Station 6: Das Stromnetz als Rückgrat der Energiewende

Kurz erklärt

Das Stromnetz ist eine riesige, hochkomplexe Maschine und das Rückgrat der EnergieSystemWende. Hier laufen erneuerbare Erzeugung, Mobilität und Wärme zusammen. Damit das in Zukunft gelingt, muss das Netz nicht nur ausgebaut, sondern von Anfang an resilient geplant werden.

1. Was siehst Du hier?

Du stehst vor einem großen Backsteinbau. Was früher ein Umspannwerk war, ist heute eine denkmalgeschützte Event- und Gewerbe-Location. Gebaut wurde das Umspannwerk zwischen 1924 und 1928 von der BEWAG, einem Energieversorgungsunternehmen. Wegen seines hohen Turms hat das Gebäude sogar einen Spitznamen: Man nennt es die „Kathedrale der Elektrizität“.

Aber was ist eigentlich ein Umspannwerk? Strom fließt nicht überall mit derselben Spannung. Über weite Strecken wird er mit sehr hoher Spannung transportiert, um Verluste zu reduzieren. Bei uns in der Steckdose zu Hause ist die Spannung deutlich geringer. Umspannwerke sind die Knotenpunkte im Stromnetz, an denen der Strom zwischen diesen verschiedenen Spannungsebenen „umgespannt“ wird. Dieses Gebäude hat früher genau das gemacht: Für den Berliner Südosten wurde hier der Strom auf niedrigere Spannungsebenen heruntertransformiert und dann verteilt.

Vertiefung: Warum wird Strom mit hoher Spannung transportiert?

Beim Transport von Strom entstehen Verluste. Ein Teil der elektrischen Energie wird in den Leitungen in Wärme umgewandelt.

Durch eine hohe Spannung kann dieselbe Energiemenge mit einer geringeren Stromstärke transportiert werden. Dadurch sinken die Verluste. Für den Transport über weite Strecken wird deshalb Höchst- oder Hochspannung genutzt.

In der Nähe der Verbraucher:innen wird die Spannung anschließend schrittweise reduziert. Umspannwerke und Transformatoren sorgen dafür, dass auf jeder Netzebene die passende Spannung bereitsteht.

2. Welche Rolle spielt das Stromnetz im Energiesystem?

Umspannwerke sind aber nur ein einzelnes Bauteil im Stromnetz. Für die Führung steht dieses Gebäude deshalb stellvertretend für das ganze Stromnetz, das im Alltag unsichtbar bleibt. Hier wird es als imposante Architektur greifbar.

Das Stromnetz verbindet alle bisherigen Stationen. Es bringt die verschiedenen Sektoren der Energiewende zusammen: erneuerbare Erzeugung, Wärme und Mobilität wachsen immer mehr zusammen. Dieses Zusammenwachsen nennt man „Sektorenkopplung“. Als letzte Station unserer Tour führt hier also alles zusammen: dezentrale Energiewende, Wärmewende und soziale Fragen.

Einordnung: Welche Funktion hat das Stromnetz im Energiesystem?

Das Stromnetz ist das Rückgrat der EnergieSystemWende. Bis 2045 soll Deutschland klimaneutral sein. Eine zentrale Aufgabe hierfür ist, unseren Strom vollständig auf Erneuerbare umzustellen. Das geht nur, wenn wir die Herausforderungen der EnergieSystemWende dabei wirklich lösen. Deshalb spricht man beim Stromnetz auch vom „Flaschenhals der Energiewende“: Das Netz kann die Transformation entweder voranbringen oder ausbremsen.

3. Wo liegen die Herausforderungen?

Man kann sich das Stromnetz wie ein riesiges Räderwerk vorstellen. Seine Einzelteile greifen alle ineinander. Wie über unsichtbare Fahrradketten miteinander verbunden, dehnt sich unser Stromnetz von der Ukraine im Osten, Frankreich im Westen bis Marokko im Süden aus. Das Stromnetz ist also eine riesige komplexe Maschine. Und in dieser Maschine muss jederzeit alles zusammenpassen.

Früher kam unser Strom von einer kleinen Zahl großer, konventioneller Kraftwerke, aus Kohle, Gas und Kernkraft. In Zukunft sind es Millionen von Solarzellen und Windrädern, die das Netz mit Strom versorgen. Dadurch wird das ohnehin sehr komplexe Stromnetz noch sehr viel komplexer.

Was passiert, wenn ein Teil dieses Systems zusammenbricht, zeigt der Stromausfall letztes Jahr in Spanien und Portugal. Hier ist das gesamte Stromnetz innerhalb von Sekunden vollständig ausgefallen. Solche Stromausfälle werden in Zukunft immer verheerender. Schließlich hängen durch die Sektorenkopplung Mobilität und Wärme zunehmend am Stromnetz.

Wir befinden uns bereits mitten in der Transformation des Energiesystems. Damit das Stromnetz stabil bleibt, müssen die Netzbetreiber schon heute häufig eingreifen und Kraftwerke hoch- und herunterfahren. Das nennt man Redispatch und kostet Milliarden Euro pro Jahr.

Es ist also das Ziel, das Stromnetz möglichst geschickt umzubauen, sodass es stabil läuft und die Netzbetreiber möglichst selten eingreifen müssen, was gleichzeitig die Kosten senkt. Aber wie machen wir das?

Vertiefung: Was ist ein Kaskadenausfall?

Bei einem Kaskadenausfall passiert etwas Ähnliches wie beim Dominoeffekt. Hierbei führt der Ausfall einer einzelnen Leitung oder eines Kraftwerks zum nächsten Ausfall und löst eine Kettenreaktion aus, an deren Ende ein großflächiger Blackout stehen kann

Fällt eine Leitung aus, verteilt sich der Strom auf andere Leitungen. Diese werden dadurch stärker belastet. Überschreitet eine Leitung ihre Belastungsgrenze, wird sie aus Sicherheitsgründen automatisch abgeschaltet. Dadurch müssen wiederum andere Teile des Netzes noch mehr Strom übernehmen. Innerhalb kurzer Zeit kann sich die Störung über große Regionen ausbreiten. Entscheidend ist deshalb nicht nur, ob jedes einzelne Bauteil stabil ist. Wichtig ist auch, wie alle Teile des Systems miteinander wechselwirken.

4. Welche Lösungen sind möglich?

Was wir brauchen, ist einen ausgeklügelten technischen und politisch-ökonomischen Rahmen, der das Netz entlastet und alle vorherigen Stationen mitdenkt. Dafür gibt es drei wichtige Hebel:

1) Dezentralität als Chance. Die vielen kleinen, verteilten Erzeuger sind nicht nur Problem, sondern auch Chance. Ein dezentrales Netz kann robuster sein als eines, das nur an wenigen Großkraftwerken hängt. Und kleine, lokale Inselnetze, die zur Not auch für sich allein weiterlaufen können, erhöhen die Sicherheit gegen Stromausfälle.

2) Flexibilitäten ausnutzen. Erneuerbare sind volatil. Mal scheint die Sonne, mal nicht. Deshalb müssen wir Erzeugung und Verbrauch klüger aufeinander abstimmen, statt immer nur dickere Leitungen zu bauen. Dabei helfen uns flexible Verbraucher und Speicher. Genau hier kommt die Mobilitäts- und Wärmewende ins Spiel.

3) Engpässe minimieren. Wir müssen das Netz dort ausbauen und stärken, wo der Strom heute nicht durchkommt – zum Beispiel von Nord nach Süd.

Das übergeordnete Ziel muss sein, die Stabilität des Stromnetzes von Anfang an mitzuplanen und mitzudenken.

5. Forschung im Reiner Lemoine Kolleg

Resiliente Netzplanung und Kaskadenausfälle

Forschende:r — Nubius Brandner

Nubius beschäftigt sich in seiner Promotion damit, wie sich die Transformation des Stromnetzes auf seine Resilienz auswirkt. Genauer gesagt geht es um die zuvor erwähnten Millionen von Solarzellen und Windräder. Nubius untersucht Effekte, die dadurch entstehen, dass diese im Stromnetz miteinander wechselwirken. Diese Wechselwirkungen machen das Stromnetz enorm komplex. Große, komplexe Systeme zeigen besondere Netzwerkeffekte. Und genau diese Netzwerkeffekte hat Nubius im Stromnetz zuletzt mit Methoden aus der Physik untersucht.

Dazu hat Nubius Kaskadenausfälle analysiert. Große Stromausfälle sind oft Kaskadenausfälle: Hierbei führt der Ausfall einer einzelnen Leitung oder eines Kraftwerks zum nächsten Ausfall und löst eine Kettenreaktion aus, an deren Ende ein großflächiger Blackout stehen kann, so wie damals in Spanien und Portugal.

Dabei zeigt sich etwas Überraschendes, das man auch aus dem Straßenverkehr kennt: Manchmal sorgt eine zusätzliche Straße nicht für weniger, sondern für mehr Stau. Ein Modell, das das Stromnetz auf seine wesentlichen Wechselwirkungen reduziert, zeigt: Im Stromnetz kann es ähnlich sein. Einzelne, besonders stabile Kraftwerke machen das ganze Stromnetz nicht automatisch stabiler. Was für sich genommen robuster ist, kann das gesamte System im Zusammenspiel mit Millionen anderen Bausteinen leichter aus dem Gleichgewicht bringen.

Diese Forschung soll dabei helfen, das erneuerbare Stromnetz besser zu verstehen und damit zu erkennen, welche Maßnahmen eine sichere und günstige Transformation am wirkungsvollsten voranbringen.

Mehr zur Forschung von Nubius Brandner

6. Denkfrage

Denkfrage

Was schätzt Du: Wie viel erneuerbarer Strom wird in Deutschland aufgrund von Netzengpässen abgeregelt und damit nicht genutzt?

A) weniger als 4 Prozent
B) ungefähr 15 Prozent
C) mehr als 30 Prozent

Antwort anzeigen

Richtig ist Antwort A: weniger als 4 Prozent.

Mehr als 96 Prozent des erzeugten erneuerbaren Stroms werden genutzt. Dennoch sind die abgeregelten Mengen relevant. Sie zeigen, dass an bestimmten Orten zeitweise mehr Strom erzeugt wird, als das Netz aufnehmen und weitertransportieren kann.

Die Herausforderung besteht deshalb nicht nur darin, mehr Wind- und Solaranlagen zu bauen, sondern Erzeugung, Netze, Speicher geschickt aufeinander abzustimmen.

Quelle zur Antwort

Abschluss der Tour

Die sechs Stationen zeigen, dass sich die Energiewende nicht auf eine einzelne Technologie reduzieren lässt. Der Ausstieg aus fossiler Wärmeversorgung, die Nutzung industrieller Abwärme, gesellschaftliche Beteiligungsprozesse, gemeinschaftlich organisierte Solarenergie, Fragen sozialer Gerechtigkeit sowie ein resilientes Stromnetz stellen vielmehr Teilaspekte derselben Transformation dar.

Am ehemaligen Abspannwerk laufen diese Themen zusammen: Das Stromnetz verbindet erneuerbare Stromerzeugung mit Wärme, Mobilität, Industrie und den Alltag der Menschen. Eine erfolgreiche Energiewende braucht deshalb nicht nur neue Anlagen. Sie braucht ein Energiesystem, das als Ganzes geplant wird: klimaneutral, resilient, bezahlbar und gesellschaftlich getragen.

Quellen und weiterführende Informationen

Falls diese Station Euer Interesse geweckt hat: Der Architekt dieses Gebäudes, Hans Heinrich Müller, hat in den 1920er-Jahren insgesamt 40 Umspannwerke entworfen. Ein weiteres BEWAG-Umspannwerk steht in der Bergmannstraße, in Kreuzberg.

Umspannwerk Kreuzberg https://denkmaldatenbank.berlin.de/daobj.php?obj_dok_nr=09031138

Was für sich genommen robuster ist, kann das gesamte System im Zusammenspiel mit Millionen anderen Bausteinen leichter aus dem Gleichgewicht bringen: https://arxiv.org/abs/2606.20060