Was Stabilität im Energiesystem bedeutet: Warum Strom zuverlässig fließt

Strom lässt sich nur in begrenztem Umfang in Speicheranlagen wie Batterien oder Pumpspeicherkraftwerken zwischenspeichern. Deshalb muss im Stromsystem zu jedem Zeitpunkt so viel elektrische Leistung bereitgestellt werden, wie gerade verbraucht wird. Dieses Gleichgewicht ist entscheidend dafür, dass die Netzfrequenz in Europa konstant beim Sollwert von 50 Hertz bleibt.

Schon kleine Abweichungen wirken sich auf diese Frequenz aus. Ist zu wenig Leistung im System, sinkt sie. Wird zu viel eingespeist, steigt sie. Größere Schwankungen könnten technische Anlagen beeinträchtigen und im Extremfall zu Versorgungsstörungen führen. Netzstabilität bedeutet daher vor allem, das System laufend auszubalancieren.

Mit dem Ausbau erneuerbarer Energien hat sich die Stromerzeugung stark verändert. Da Strom aus Photovoltaik und Windkraft wetterabhängig erzeugt wird, schwankt die Einspeisung heute stärker als in früheren, stärker zentral organisierten Energiesystemen. Gleichzeitig wird Strom zunehmend dezentral erzeugt und an vielen Stellen ins Netz eingespeist. Das macht das Energiesystem dynamischer und erhöht die Anforderungen an seine Steuerung.

Eine Wolkenfront kann die Solarproduktion innerhalb kurzer Zeit senken. Flauten reduzieren die Leistung von Windparks. Gleichzeitig verändert sich auch der Stromverbrauch stetig, etwa durch Haushalte, Industrie oder das Laden von Elektrofahrzeugen.

Um das Stromnetz stabil zu halten, greifen Netzbetreiber auf verschiedene Ausgleichsmechanismen zurück. Besonders wichtig ist dabei die sogenannte Regelreserve. Das sind flexible Kapazitäten, die nach Bedarf innerhalb von Sekunden oder Minuten aktiviert werden können. Diese Reserven stammen beispielsweise aus:

• flexiblen Erzeugungsanlagen, etwa regelbaren Biomasseanlagen oder anderen kurzfristig steuerbaren Energieanlagen
• Batteriespeichern
• Pumpspeicherkraftwerken
• steuerbaren Industrieanlagen

Treten kurzfristig unerwartete Abweichungen zwischen Einspeisung und Verbrauch auf, werden diese Reserven aktiviert. Das kann zum Beispiel der Fall sein, wenn Wind- oder Solaranlagen kurzfristig weniger Strom liefern als prognostiziert oder der Verbrauch kurzfristig stärker steigt als erwartet. Wird dagegen mehr Strom erzeugt als gerade gebraucht wird, kann die Einspeisung einzelner Anlagen reduziert oder überschüssiger Strom zum Beispiel in Batteriespeichern zwischengespeichert werden.

Für ein stabiles Energiesystem reicht es nicht aus, dass insgesamt genug Strom vorhanden ist. Der Strom muss auch dorthin gelangen, wo er gebraucht wird. Genau das ist nicht immer einfach, denn Strom wird nicht zwangsläufig dort erzeugt, wo der Verbrauch am höchsten ist. Ein Beispiel: Weht im Norden besonders viel Wind, erzeugen Windparks dort große Mengen Strom. Dieser muss dann über weite Strecken in andere Regionen Deutschlands transportiert werden. Sind Leitungen auf diesen Strecken stark ausgelastet, kann es zu Engpässen kommen.
Damit das Netz nicht überlastet wird, greifen Netzbetreiber ein und steuern die Stromflüsse gezielt um. Fachleute sprechen dabei von Redispatch. Dabei wird zum Beispiel veranlasst, dass in einer Region weniger Strom eingespeist und an anderer Stelle mehr erzeugt wird. So bleibt das Netz auch dann stabil, wenn regional besonders viel Strom produziert wird.

Damit Netzbetreiber solche Situationen frühzeitig erkennen, arbeiten sie mit umfangreichen Prognosen. Wetterdaten, Erfahrungswerte zum Stromverbrauch und aktuelle Einspeisedaten helfen dabei, schon im Voraus abzuschätzen, wie sich das Stromnetz in den kommenden Stunden entwickeln könnte.

Alle diese Informationen laufen in Netzleitstellen zusammen. Dort überwachen Fachleute das Stromsystem rund um die Uhr und greifen ein, wenn Anpassungen nötig werden. Ein Blick aus der Praxis zeigt, worauf es dabei ankommt: „Ein stabiles Energiesystem bedeutet nicht, dass immer alles gleichbleibt. Sonne, Wind und Verbrauch verändern sich laufend. Unsere Aufgabe ist es, diese Veränderungen in Echtzeit auszugleichen, damit das Netz jederzeit stabil bleibt“, sagt Gert Jüchter, Leiter der Netzleitstelle Strom bei EWE NETZ. Rund um die Uhr haben er und sein Team das gesamte Netz im Blick und reagieren unmittelbar auf sich verändernde Anforderungen – sieben Tage die Woche, 24 Stunden am Tag.

Nicht nur Netzbetreiber und Energieanlagen helfen dabei, das Stromsystem stabil zu halten. Künftig können auch Haushalte und Unternehmen stärker dazu beitragen. Denn viele Anwendungen lassen sich flexibel digital steuern und gezielt dann nutzen, wenn besonders viel Strom verfügbar ist, etwa an sonnigen oder windreichen Tagen. Das hilft dabei, Angebot und Nachfrage besser aufeinander abzustimmen. Dazu zählen zum Beispiel:

• Wallboxen, die Elektroautos bevorzugt dann laden, wenn viel Strom im Netz verfügbar ist
• Wärmepumpen, die ihren Betrieb zeitlich anpassen können
• Batteriespeicher im Haushalt, die zum Beispiel Strom aus Photovoltaikanlagen zwischenspeichern und später wieder abgeben
• Intelligent gesteuerte Haushaltsgeräte, die zum Beispiel Waschmaschine oder Geschirrspüler automatisch dann starten, wenn viel Strom verfügbar ist

So wird Stromverbrauch künftig an vielen Stellen flexibler und kann aktiver zum Ausgleich im Energiesystem beitragen. Dass sich Ladezeiten von Elektroautos dabei unterscheiden können, erläutern wir auch in unserem Beitrag zur Frage: Warum lädt mein E-Auto manchmal langsamer als erwartet?

Auch wenn das Energiesystem heute dynamischer arbeitet als noch vor einigen Jahren, bleibt die Stromversorgung in Deutschland sehr zuverlässig. Stromausfälle sind im internationalen Vergleich weiterhin selten und meist nur von kurzer Dauer. EWE NETZ liegt mit einer durchschnittlichen Ausfallzeit von nur 3,4 Minuten pro Jahr und Kunde sogar noch deutlich unter dem bundesdeutschen Durchschnitt von 11,7 Minuten und gehört damit zu den Spitzenreitern in Europa. Möglich wird das durch das Zusammenspiel vieler Bausteine. Dazu gehören unter anderem:

• verfügbare Reserven für kurzfristige Schwankungen
• eine intelligente Steuerung der Stromnetze
• genaue Prognosen für Wetter und Verbrauch
• digitale Überwachung in Echtzeit
• die Vernetzung mit Stromnetzen in anderen europäischen Ländern

Bei EWE NETZ kommt hinzu, dass sein Stromnetz in Ems-Weser-Elbe vollständig erdverkabelt ist. Bereits seit den 1980er Jahren setzt EWE konsequent auf Erdkabel statt Freileitungen. Dadurch bleibt das Netz auch bei Stürmen, Schneefällen oder Gewittern stabil. „Hinzu kommt eine dichte Netzstruktur, die schnelle Umschaltungen ermöglicht. Fällt eine Leitung aus, kann in der Regel innerhalb von Sekunden oder Minuten auf eine andere umgeschaltet werden“, so Gert Jüchter weiter. Die Energiewende verändert also, wie Netzstabilität erreicht wird. Der Anspruch an eine sichere Stromversorgung bleibt dabei unverändert hoch.

Mit dem weiteren Ausbau erneuerbarer Energien wird das Stromsystem künftig noch dynamischer. Deshalb gewinnen flexible Steuerung, Digitalisierung und intelligente Vernetzung weiter an Bedeutung.

Seine Stabilität entsteht gerade dadurch, dass es sich permanent an neue Bedingungen anpasst.

Ein stabiles Energiesystem ist kein starres System. Es entsteht durch das Zusammenspiel von Stromerzeugung, Verbrauch, Netzsteuerung und Reserven, die fortlaufend aufeinander abgestimmt werden. Stabilität bedeutet dabei, Frequenz, Spannung und Stromflüsse auch unter wechselnden Bedingungen innerhalb sicherer Grenzen zu halten.

Auch für Verbraucherinnen und Verbraucher wird diese neue Flexibilität zunehmend relevant. Wer Strom künftig gezielt dann nutzt, wenn viel erneuerbare Energie verfügbar ist, kann das Energiesystem aktiv unterstützen und unter Umständen auch finanziell profitieren, etwa mit dynamischen Stromtarifen. Voraussetzung dafür sind in der Regel passende Technik und ausreichend flexible Anwendungen. Wie dynamische Stromtarife funktionieren, für wen sie sich eignen und worauf dabei zu achten ist, erklärt die hallo nachbar-Redaktion im Überblick in unserem weiterführenden Beitrag zum Thema.