Sonntag, 3. August 2014

Zur Hierarchie des deutschen Stromnetzes

Die Energiewende führt zwangsweise zu einer Reihe von technischen und wirtschaftlichen Problemen, die nicht kurzfristig, sondern allenfalls im Zeitbereich von Jahrzehnten zu lösen sind. Vorrangig ist dabei das Manko der Stromtrassen, deren bisherige Struktur die Einspeisung von Sonnen- und Windstrom in grossen Mengen nicht ohne weiteres zulässt. Die Problematik der fehlenden leistungsstarken Nord-Süd-Trassen zur Anbindung der onshore- und offshore-Windparks an die Verbraucher in Süddeutschland ist allseits bekannt. Viel weniger bekannt ist, dass auch bei den hierarchisch weit darunter liegenden Verteilnetzen ein hoher Investitionsbedarf besteht, der in der Öffentlichkeit jedoch nur selten artikuliert wird.

Die Hierarchie der Stromleitungen

Unser Stromnetz ist in vier Ebenen gegliedert. An der Spitze befindet sich das Höchstspannungs- oder Übertragungsnetz, das mit 380 Kilovolt (kV), bzw. bei älteren Verbindungen mit 220 kV, betrieben wird. Es besteht aus Freileitungen mit Masten bis zu 90 Metern Höhe, welche die grossen Stromerzeuger, also die Atom-, Kohle- und Wasserkraftwerke anbinden. Dabei besitzt es eine Länge von ca. 36.000 km; derzeit fehlen etwa 4.500 km zur Einspeisung der grossen Windparks.

Unter dem Übertragungsnetz sind die Verteilnetze angesiedelt und zwar gestaffelt nach Hochspannung, Mittelspannung und Niederspannung. Das Hochspannungsnetz, mit ca. 75.000 km Länge, bedient über Freileitungen die Grosskunden (wie BASF) und die Umspannwerke. Das darunter liegende Mittelspannungsnetz mit ca. 500.000 km Länge - zumeist als Erdkabel - ist unter anderem für regionale Industriebetriebe und Krankenhäuser gedacht, die eine Spannung von 10 bis 20 kV nutzen. Das Niederspannungsnetz mit gut 1 Million km an Erdkabellänge bringt den Strom mit einer Spannung von 230/400 V zu den privaten Endverbrauchern.

Grundsätzlich fliesst der Strom "von oben nach unten", d. h. vom Höchstspannungsnetz zum Niederspannungsnetz. Man kann das deutsche Stromnetz vergleichen mit dem Strassennetz: das Höchstspannungsnetz entspricht den Autobahnen, das Hochspannungsnetz den Fernstrassen, das Mittelspannungsnetz den Durchgangsstrassen und das Niederspannungsnetz den vielen kleinen Strassen in den Wohngebieten.

Die Energiewende bringt neue Anforderungen

Derzeit sind in Deutschland ca. 25.000 Windkraftanlagen installiert mit einer maximalen Gesamtleistung von 25.000 Megawatt (spitze). Grosse Windparks benötigen also, wenn der Wind kräftig weht, ebenso hohe Anschlussleistungen wie grosse konventionelle Kraftwerke und werden deshalb an das Hochspannungsnetz oder gar an das Übertragungsnetz angebunden.

Im Gegensatz dazu sind die Paneele der Photovoltaikanlagen zumeist auf dem Land zu finden und daher weit verstreut in das Niederspannungsnetz eingebunden. Bei entsprechendem Sonnenschein werden hier zu Spitzenzeiten um die 30.000 Megawatt erzeugt. Dabei kann es zu einem besonderen Problem kommen: der Umkehr des Lastflusses. Wenn der Strom im Niederspannungsnetz (wegen Überfülle) nicht abgenommen werden kann, dann fliesst er von dort ins Mittelspannungsnetz oder gar Hochspannungsnetz und Übertragungsnetz. Das Niederspannungsnetz hat sich damit - unfreiwillig - zu einem Sammel- und Ausgleichsnetz entwickelt und im Gegensatz zu früher fliesst der Strom jetzt sowohl von oben nach unten als auch von unten nach oben. Die Netzführung muss sich auf diese zum Teil abrupten Wechsel einstellen. Das ist nicht einfach, wenn die Stromproduktion eines grossen Solarfeldes wegen vorbeiziehender Wolken immer wieder zwischen 100 Prozent und nahezu Null schwankt.

Hoher Investitionsbedarf, grosse Bauprobleme

Ein Netzausbau ist also auch bei den hierarchisch niedrigeren Netzen unabdingbar. Die Kosten für den Ausbau des gesamten Netzes werden von den zuständigen Stellen auf 28 Milliarden Euro abgeschätzt. Von diesen entfallen auf das Höchst- und Hochspannungsnetz 16, auf das Mittelspannungsnetz 8 und auf das Niederspannungsnetz 4 Milliarden Euro. Der Netzausbau kommt allerdings nur stockend voran. Von den 1.855 km Trassen, die laut Bundesregierung "sofort" gebaut werden müssten, wurde im Jahr 2012 kein einziger Kilometer realisiert, im nachfolgenden Jahr nur knapp hundert Kilometer.

Besonders schlecht bestellt ist es mit der Akzeptanz der Freileitungsmasten für die Überlandnetze. Immer wieder wird von der Öffentlichkeit die Forderung vorgebracht, diese - unsichtbar - als sogenannte Erdkabel im Boden zu verstauen. Aber das klingt einfacher, als es ist. Um ein Erdkabel zu verlegen, müssen die Netzbetreiber zunächst eine Arbeitstrasse von bis zu 40 Metern einrichten um Platz zu machen für die Bau- und Transportfahrzeuge. Die Kabelschächte sind dann zwar nur noch wenige Meter breit, aber nach Abschluss der Bauarbeiten dürfen über, und mehrere Meter neben den Schächten, nur schwachwurzelnde Pflanzen wachsen. Landwirte können diese Fläche also nur eingeschränkt bewirtschaften.
Zuweilen wird auch der Grundwasserspiegel durch die zwei Meter tiefen Schächte beeinträchtigt, ebenso wie durch die Wärme, welche die Kabel erzeugen. Darüber hinaus müssen die Netzbetreiber im Abstand von mehreren hundert Metern garagengrosse Gebäude errichten, die den Zugang zu den Verbindungsmuffen der Kabelabschnitte ermöglichen. Dazu kommen schliesslich noch die hohen Kosten: Erdkabel zu verlegen dauert etwa doppelt solang wie der Bau von Freileitungen. Die Gesamtkosten bei Erdkabeln übertreffen die der Freileitungen um den Faktor 3 bis 8.
Also: es gibt noch viel zu tun, packen wir´s an!

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