Das Stromnetz braucht Gleichgewicht 05.12.2011, 12:07

Stromnetze im Gleichgewicht, Vorschaubild

Die Abschaltung von Hochspannungsleitungen im norddeutschen Emsland führte 2006 zu einem Ausfall von Stromlieferungen in Spanien. Was haben norddeutsche Stromleitungen mit dem spanischen Strometz zu tun?

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Das Stromnetz braucht Gleichgewicht

Geschehen 2006: Damit ein Kreuzfahrtschiff von einer landeinwärts gelegenen Werft ins Meer fahren konnte, schalteten Techniker aus Sicherheitsgründen zwei über die Ems führende 380-Kilovolt-Hochspannungsleitungen ab. Diese Maßnahme hatte die so genannte »Emslandstörung« zur Folge: Verbraucher in Spanien und anderen europäischen Ländern gingen vom Netz.

Was haben norddeutsche Stromleitungen mit dem spanischen Strometz zu tun?

Das deutsche Stromnetz hört nicht an den Staatsgrenzen auf: Wie die Fäden eines Fischnetzes durchkreuzen die Übertragungsleitungen Deutschland und Europa. Das deutsche Stromnetz ist Teil eines europäischen Verbundsystems; dieses ist ein engmaschiges Netz aus Hoch- und Höchstspannungs-Leitungen zur Stromverteilung. Es wird mit Wechselspannung bzw. Dreiphasenwechselstrom betrieben. Sein Vorteil: Stromschwankungen können in einem solchen Großverbund viel besser ausgeglichen werden als wenn jedes Land ein eigenständiges, abgeschlossenes Netz hätte. 
Warum überträgt man Strom mit hoher Spannung? Weil man bei Hochspannung die Stromstärke und damit die Leiterquerschnitte gering halten kann.
Wechselstrom ist ein Strom, der seine Richtung (Polung) in regelmäßiger Wiederholung ändert. In der EU beträgt die Netzfrequenz einheitlich 50 Hertz; ganz Europa tickt also in diesem 50-Hertz-Takt. In ein elektrisches Verteilernetz darf nur soviel elektrische Energie eingespeist werden, wie gleichzeitig abgenommen wird. Kleinere Abweichungen führen zur Änderung der Netzfrequenz, größere können großräumige Stromausfälle verursachen. Die Emslandabschaltung hatte diese Wirkung und brachte ein fatales Ungleichgewicht ins Netz.
Sackt die Netzfrequenz zu weit ab, beispielsweise auf 49 Hertz, weil der Verbrauch (die Last) zu groß ist und die Produktion zu gering, gehen irgendwo in Europa die Lichter aus. Wo genau, lässt sich nicht vorhersagen, denn das hängt von den Toleranzen in den jeweiligen Notschaltern ab.

Zusammenhang von Netzfrequenz und Generatorleistung

Die Netzfrequenz ist ein direkte Folge der Generatordrehzahl. Diese Drehzahl sollte gleichbleibend 50 Hz erzeugen. Wird von einem Kraftwerksgenerator zusätzliche Leistung verlangt, dann führt dies zu einem Anstieg des Stroms im Generator und zu einem neuen Gleichgewicht bei niedrigerer Drehzahl: Die Frequenz sinkt. Im europäischen Verbundnetz darf die Netzfrequenz nur wenig vom Sollwert 50 Hz abweichen. Bei einer Abweichung greift die Netzregelung von 0,01 Hertz automatisch ein. Beispiel: Werden in Fabrikhallen morgens die Maschinen gleichzeitig eingeschaltet, dann steigt die Belastung der Generatoren und sie laufen kurzzeitig etwas langsamer mit der Folge, dass die Frequenz absinkt. Jetzt setzt die automatische Leistungs-Frequenz-Regelung im Netz ein: In den Kraftwerken bekommen die Turbinen mehr Dampf und die Generatoren rotieren am Ende wieder mit 50 Hertz.

Stromerzeugung und Verbrauch müssen im Gleichgewicht stehen (Bild)

Stromnetze kann man mit einer Waage vergleichen

Zum besseren Verständnis der Vorgänge vergleichen Elektrotechniker Stromerzeugung und Stromverbrauch gerne mit einer Waage. Wenn die Deutschen morgens um sieben das Licht einschalten und frühstücken, steigt der Verbrauch: die Waagschale auf der Verbrauchsseite senkt sich ab. Jetzt muss die Stromproduktion gegensteuern: Kraftwerke laufen an oder erhöhen ihre Leistung. Die Waagschale auf der Produktionsseite senkt sich und bringt die Waage wieder ins Gleichgewicht. Dieses Einpendeln läuft vollautomatisch ab und ist im gesamten europäischen Netz messbar: Während des Pendelvorgangs zappelt die Netzfrequenz in Bruchteilen um die Zielgröße 50 Hertz.
Gut wäre es, wenn man Strom speichern könnte, um ihn nach Bedarf aufzunehmen oder abzugeben. Doch: Elektrischer Strom ist nicht als Strom speicherbar, sondern nur in anderen Energieformen, etwa als chemische Energie in einer Batterie oder als Lageenergie im oberen See eines Pumpspeicherkraftwerks. Stromspeicher haben eine ökonomische Seite, die mit Angebot und Nachfrage spielt. Sie verdienen ihr Geld, indem sie Strom in Zeiten von Stromüberschuss billig einkaufen und diesen in Zeiten der Stromknappheit wieder teuer verkaufen. 

Die Skizze unten ist für die Verwendung in Aufgabenblättern gedacht

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