Wie mehr Strom in die Leitung passt

Das Ereignis ist zwar schon mehr als ein Jahrzehnt her, die Erinnerungen sind jedoch noch erstaunlich frisch: Anfang November 2006 soll das riesige Kreuzfahrtschiff „Norwegian Pearl“ von der Meyer Werft in Papenburg über die Ems ausgeschifft werden. Damit dabei nichts schief geht, wird planmäßig eine Höchstspannungsleitung über dem Fluss abgeschaltet. Doch die ganze Aktion ist schlecht geplant. Plötzlich sitzen an diesem Samstagabend gegen 22 Uhr Millionen Menschen in Europa bis zu zwei Stunden im Dunklen. Selbst in Marokko sind die Auswirkungen zu spüren. Die Ingenieure hatten eine Kardinalregel des Stromtransports verletzt – das „n-1-Kriterium“ (sprich: „n minus 1“). Die Folge war einer der größten Stromausfälle der jüngsten Zeit.

Unter dem Grundsatz der n-1-Sicherheit in der Netzplanung verstehen Experten, dass ein voll ausgelastetes Netz aus n Komponenten auch nach dem Ausfall einer Komponente (etwa eines Transformer oder eines Stromkreises), also mit n minus 1 Komponenten, noch funktionieren muss. In diesem Fall darf es nicht – wie im November 2006 geschehen – zu einer Versorgungsunterbrechung oder Ausweitung der Störung kommen. Ein Puffer sorgt dafür, dass Straßenlaternen weiterhin leuchten, Maschinen ohne Unterbrechung laufen und elektrische Heizungen Wohnungen wärmen. Bei besonders sensiblen Verbrauchern wie etwa der Chemie-Industrie, für die ein Strom-Ausfall eine Gefahrensituation mit sich bringen könnte, gilt zuweilen sogar eine über das n-1-Kriterium hinausgehende Regel: Hier wird das Netz so ausgelegt, dass auch bei betriebsbedingter Abschaltung eines Elements und zeitgleichem Ausfall eines weiteren (n-2-Fall) die Netzsicherheit gewährleistet bleibt.

Das Licht bleibt (fast) immer an

Gerade in Deutschland ist die Sicherheit der Stromversorgung ein besonderes Gut. Die Versorger betonen immer wieder zu Recht, wie selten hierzulande selbige ausfällt. Ganze zwölf Minuten sitzen die Menschen zwischen Zingst im hohen Norden und Zugspitze im tiefen Süden im Schnitt pro Jahr im Dunklen. Da kann nur noch die Schweiz mithalten. In Großbritannien und Frankreich sind es jeweils rund 50 Minuten, in den USA sogar das Doppelte. An der deutschen Spitzenleistung will niemand rütteln, den dafür notwendigen Kapazitätspuffer im Netz nicht in Frage stellen. Erst im vergangenen Jahr lehnte der Chef der Bundesnetzagentur, Jochen Homann, ein Abrücken vom n-1-Kriterium kategorisch ab. Punkt.

Aber angesichts von Netz-Engpässen und schleppendem Bau neuer Leitungen muss die Frage erlaubt sein, ob man nicht noch etwas mehr aus den bestehenden Leitungen herausholen kann? Oder wie es der BDEW – der Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft – ausdrückt: „Die optimale Auslastung des Bestandsnetzes ist ein Thema, das uns in den nächsten Jahren sicher beschäftigen wird.“ Das n-1-Kriterium könne etwa zunächst rein theoretisch weiterentwickelt werden. Und die neuen Elemente dann – nach entsprechenden Forschungen und Tests auf ihre Tauglichkeit – ins System eingeführt werden. Ein wichtiger Ansatz ist laut BDEW: Die Absicherung des Stromnetzes auf mehrere Schultern verteilen.

Dabei helfen beispielsweise Anlagen wie der riesige Batteriespeicher des ostdeutschen Regionalversorgers Wemag. Dieser hat in Schwerin zusammen mit dem Technologieunternehmen Younicos den größten kommerziellen Speicher in Europa gebaut. Seine Aufgabe: Kurzfristige Netzschwankungen, die bei Wind- und Sonnenenergie auftreten können, ausgleichen. Nach der jüngsten Erweiterung kommt die Batterie auf eine verdoppelte Leistung von zehn Megawatt, die Kapazität wurde mit nun 14,5 Megawattstunden beinahe verdreifacht. „Im Rahmen der Energiewende müssen neue Technologien Systemdienstleistungen wie Frequenz- und Spannungsstabilität übernehmen“, unterstreicht die Wemag.

Netze sind nur zu 70 Prozent ausgelastet

Einer, der sich mit der intelligenten Weiterentwicklung des n-1-Kriterums beschäftigt, ist Christoph Maurer. Der promovierte Wirtschaftsingenieur leitet die Aachener Consentec GmbH, ein Beratungsunternehmen, das sich auf die Energiewirtschaft spezialisiert hat. Ausgangspunkt seiner und der Überlegungen anderer Experten ist die Tatsache, dass heutzutage die Netze im Normalfall mit etwa 70 Prozent ihrer Belastbarkeit gefahren werden. Dank der verbleibenden 30 Prozent kann sich der Strom bei einer Störung auf andere Leitungen bzw. im Netz verteilen ­– und so geht nirgends das Licht aus. „Fakt ist aber auch: Die allermeiste Zeit werden diese 30 Prozent Kapazität nicht benötigt. Sie sind vielmehr eine reine Reserve für den sehr unwahrscheinlichen Fall, dass eine Störung eintritt“, erläutert Maurer. Die große Frage ist nun, ob man diesen satten Puffer nicht doch irgendwie nutzen kann. Kann man die Auslastung weiter steigern, ohne die Sicherheit zu vernachlässigen?

Das Mittel dazu ist ein Mehr an intelligenter Steuerung. Dazu gehört auf der einen Seite die automatische Netzführung. Hier wird dem Strom nicht einfach „freie Bahn“ gelassen, sondern er wird auf einen bestimmten Weg geführt. Vorteil: Wenn eine Leitung im Falle einer Störung bereits stark belastet ist, eine andere aber noch Kapazität besitzt, sinkt durch den lenkenden Eingriff ins System die Gefahr eines Crashs. Das Ganze erinnert an einen Polizisten an einer Kreuzung, der den Verkehr weg vom Stau auf Straße A hin zur Straße B leitet, wo es noch halbwegs läuft. Durch die stärkere Lenkung fließt der Strom also gleichmäßiger.

Super-Batterien für den Notfall

Der zweite Punkt ist die sogenannte reaktive Betriebsführung. Heute arbeitet diese präventiv. Bedeutet: Weil für den potenziellen Fehlerfall vorgesorgt wird, kann das Netz nicht seine vollständige Leistung entfalten. Was ist aber, wenn es Mittel gibt, die hochverfügbar sind und sehr schnell eingesetzt werden können, um auf Störungen zu reagieren? Ein Beispiel: Im Norden bläst der Wind so kräftig, dass die Netze vollständig ausgelastet sind. Wenn jetzt eine Leitung unvorhergesehen ausfällt, müssen Offshore-Anlagen abgeschaltet werden, weil der Strom nicht abtransportiert werden kann. (Anmerkung am Rande: Wenn es im hiesigen Netz Probleme gibt, dann haben die häufig mit (viel) Wind zu tun.) Im Süden wird die Energie jedoch gebraucht. Ausreichend Zeit, um Kraftwerke hochzufahren, gibt es aber nicht. Eine Alternative wären sehr große Super-Batterien, die dann in die Bresche springen. Die können schon mal die Größe eines Fußballplatzes haben und damit noch ein paar Nummern wuchtiger daherkommen als die Wemag-Batterie in Schwerin.

„Eine ganz kurze Zeit hält eine Leitung auch mal eine Überlastung aus“, weiß Consentec-Chef Maurer. Wenn aber sicher ist, dass innerhalb dieser Zeit ein solcher Turbo-Booster die Dinge wieder ins Gleichgewicht bringt, dann kann die Leitung im täglichen Betrieb nicht mehr bloß mit 70 sondern mit deutlich mehr Prozent gefahren werden. „Aktuell ist dieser Ansatz ungefähr im Stadium zwischen Forschung und Test“, analysiert der Fachmann. Im nächsten Jahrzehnt könnte die Technik dann in der Praxis zeigen, ob sie die Spannung dauerhaft hochhalten kann.