Kühlschrank, Deckenlicht, Handy aufladen – ohne Strom geht bei uns nicht viel. Zum Glück kommt der einfach aus der Steckdose. Doch welchen Weg hat er bis dahin hinter sich? Wie funktioniert eigentlich unser Stromnetz? Und was muss getan werden, damit die Stromversorgung stabil bleibt?
Was ist überhaupt ein Stromnetz?
Das Stromnetz bezeichnet ein zusammenhängendes Netzwerk an Einrichtungen der Energietechnik, die unsere Stromversorgung gewährleisten. Konkret gehören dazu elektrische Erdkabel und Freileitungen sowie die diversen Schalt- und Umspannwerke, die wie Knotenpunkte für den Stromfluss funktionieren.
Dabei fliesst der Strom jedoch nicht direkt vom Kraftwerk zur Steckdose. Vielmehr nimmt er seinen Weg über verschiedene Netzebenen, die sich in ihrer elektrischen Spannung unterscheiden:
- Das Übertragungsnetz (Höchstspannung 220 Kilovolt / 380 Kilovolt) ist so etwas wie der "Energiehighway" Deutschlands. Es überträgt den von den unterschiedlichen Kraftwerken erzeugten Strom über das ganze Land.
- Das Hochspannungsnetz (60 - 110 Kilovolt) ist für die Grobverteilung zuständig. Dabei werden vor allem Städte, Regionen und Ballungszentren oder besonders stromintensive Industriebetriebe versorgt.
- Das Mittelspannungsnetz (6 - 30 Kilovolt) ist ein weiteres Verteilnetz, das Kleinstädte und Industriebetriebe versorgt.
- Das Niederspannungsnetz (230 Volt / 400 Volt) ist für die Feinverteilung – die sogenannte "letzte Meile" – zuständig. Jetzt kommt der Strom also auch in unserer Steckdose an. Das Handy kann wieder aufgeladen werden.
Wie gross ist unser Stromnetz?
In Deutschland sind alle Verbraucher an ein flächendeckendes Verbundnetz angeschlossen, das wiederum in ein europäisches Verbundsystem eingebunden ist. Das deutsche Netz erstreckt sich über mehr als 1,7 Millionen Kilometer. Zum Vergleich: Das deutsche Autobahnnetz ist etwa 13.200 Kilometer lang (Stand 1. Januar 2021).
Damit der Strom an jede einzelne Steckdose geleitet wird, benötigt es eine komplexe Infrastruktur. Allein in Stuttgart gibt es zum Beispiel 7.500 Kabelverteilerschränke, 1.000 Umspannstationen und 24 Umspannwerke. Täglich kümmern sich 200 Mitarbeiter darum, dass der Strom ungehindert fliesst.
Wie kommt der Strom in die Steckdose?
Der Strom, mit dem wir unser Handy aufladen, hat bereits einen langen Weg hinter sich. Von den grossen Erzeugern – also etwa Offshore-Windparks, Kohle- oder Gaskraftwerke – mit 380.000 Volt über das Übertragungsnetz, dann über diverse Umspannstationen, über die verschiedenen Verteilernetze und örtliche Verteiler bis zu unserer Steckdose.
In Europa nutzen wir Wechselstrom (AC) mit einer Netzfrequenz von 50 Hertz. Das bedeutet, dass sich hundert Mal in der Sekunde die Polarität der elektrisch geladenen Teilchen von Plus nach Minus ändert – fünfzig Mal in jede Richtung. Damit der Strom fliesst, müssen Erzeugung und Verbrauch im Einklang sein. Vereinfacht gesagt heisst das: Es muss genauso viel Strom ins Netz fliessen wie entnommen wird. Man kann sich das ähnlich vorstellen wie bei einer Wasserleitung: Wenn an der einen Seite Wasser in die Leitung kommt, entsteht Druck, sodass an einer anderen Stelle Wasser aus dem Hahn fliessen kann.
Wie wird das Netz stabil gehalten?
Damit das Netz stabil bleibt, ist es zwingend erforderlich, die Schwingung von 50 Hertz jederzeit aufrechtzuerhalten. Bereits kleinste Abweichungen können zu Schäden führen, grössere Veränderungen gar zu einem Zusammenbruch des Netzes. Doch die 50 Hertz bleiben nur stabil, wenn sich Stromproduktion und –verbrauch die Waage halten.
Allerdings schwankt der Stromverbrauch je nach Wochentag oder Tageszeit erheblich. Zwischen 10 und 14 Uhr ist der Verbrauch meist am höchsten. Nachts wiederum sinkt die Nachfrage auf den Tiefstwert. Um die Frequenz zu halten, müssen die Netzbetreiber deshalb Kraftwerke hoch- oder herunterfahren.
Dazu eignen sich jedoch nicht alle Kraftwerke. Kohle- oder Wasserkraftwerke etwa sorgen für die sogenannte Grundlast. Um schnell Leistungsanpassungen vorzunehmen, eignen sich wiederum schnell anlaufende Kraftwerke. Dazu gehören etwa Gasturbinenkraftwerke oder Pumpspeicherkraftwerke.
Die Steuerung der Netzauslastung wird europaweit koordiniert. Dies übernimmt der Verband der EU-Netzbetreiber. So ist es möglich, in ganz Europa Kraftwerke kurzfristig zu- und abzuschalten.
Wie funktioniert das mit der Netzeinspeisung?
Immer mehr Verbraucher werden selbst zu Erzeugern – zum Beispiel mit einer Photovoltaikanlage auf dem Dach. Den damit erzeugten Strom können diese im eigenen Haushalt verbrauchen. Zum anderen können Überschüsse ins Netz gespeist werden. Dazu benötigt man einen Netzanschluss des lokalen Energieversorgers.
Eine Solaranlage produziert Gleichstrom. Dieser muss durch einen Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt werden. Erst dann kann er ins Netz eingespeist werden. Um eine Einspeisevergütung zu erhalten, ist ausserdem ein Einspeisezähler vonnöten. Dieser ist ebenfalls beim lokalen Energieversorger erhältlich.
Verwendete Quellen:
- statista.de: Länge der Autobahnen in Deutschland von 1995 bis 2021
- energiesystem-forschung.de: Kurz erklärt. Energie transportieren
- Stuttgart Netze GmbH: Wie funktioniert das Stromnetz?
- next-kraftwerke.de: Was ist die Netzfrequenz?
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