Das Stromnetz in Deutschland und der Welt | Polarstern
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Strommast unter Sternen

Das Stromnetz – in Deutschland und der Welt

Die elektrotechnischen Basics zu Aufbau, Größe und Leistungsgrenzen unseres Stromnetzes: Teil 2 vermittelt vertiefte Kenntnisse, wie das Stromnetz funktioniert.

Das unterirdische Kabel-Stromnetz und die Blindstrom-Problematik

Sie prägen unser Landschaftsbild so sehr, dass wir sie fast nicht mehr wahrnehmen: Strommasten und Leitungen, kilometerlang, deutschlandweit. Aber warum ist das eigentlich so – könnte man die Leitungen nicht einfach unter die Erde legen und den freien Platz oberirdisch viel besser nutzen: Bäume pflanzen oder Baugrund erschließen etwa? Damit beschäftigt sich unter anderem dieser Artikel: 

  • Warum ist das Stromnetz nicht unterirdisch?
  • Warum werden die Stromleitungen über Land gelegt?
  • Was hat die Blindleistung damit zu tun?

In Teil 1 zum Stromnetz sind wir bei den Erläuterungen zu überirdischen Leitungen und unterirdischen Kabeln stehen geblieben. Wie ich bereits erwähnt habe, gibt es bei der Stromübertragung Probleme aufgrund unseres Blindstrombedarfs. Das bedeutet, dass wir über unsere Stromnetze auch eine „blinde“ Leistung übertragen müssen, die wir eigentlich nicht übertragen wollen (siehe 6 Grundbegriffe, die Du kennen musst).

Blindleistung ist notwendig und belastet das Stromnetz

In der Energietechnik arbeiten auch ineffiziente Arbeiter, die nur scheinbar Leistung (sogenannte „Scheinleistung"), aber leider keine wirkliche Leistung („Wirkleistung") erbringen. Man nennt das Ergebnis dann „Blindleistung“.

Betreiben wir beispielsweise einen elektrischen Motor, dann bezieht dieser aus dem Stromnetz zu 80 – 90 % Wirkleistung, aber leider auch etwa 10 – 20 % Blindleistung.

Der Blindleistungsbedarf wird für den Aufbau des elektrischen Feldes des Motors benötigt. Und diese Leistung muss von unseren Kraftwerken geliefert und von unseren Stromnetzen übertragen werden. Das reduziert jedoch die Übertragungskapazität des Stromnetzes.

Unterirdische Stromleitungen sind besonders anfällig

Bei erdverlegten, also unterirdischen Leitungssystemen ist dieses Blindstromproblem deutlich größer, als bei den Überlandleitungen. Warum das so ist?

  • Die Stromübertragung über Kabelsysteme verliert mit zunehmender Kabellänge an Übertragungsleistung.
  • Die Ursache hierfür ist der Blindstrom, in diesem Falle auch Ladestrom genannt.
  • Erdverlegte Stromleitungen weisen einen mit der Kabellänge stark zunehmenden Ladestrom auf.

Dies ist durch den konstruktiven Kabelaufbau aus Stromleiter und dem isolierenden Kabelschirm bedingt und entsteht, sobald Wechselstrom durch das Kabel fließt.

Die Kabellänge beeinflusst den Anteil an Blindstrom

Warum reduziert das aber nun die Übertragungskapazität des Kabels?

  • Jedes Kabel kann nur eine gewisse Menge Strom transportieren.
  • Dabei spielt es keine Rolle, ob Blindstrom oder Wirkstrom übertragen wird.
  • Je länger das Kabel ist, desto höher ist der Blindstromanteil und desto geringer ist dann der zusätzliche Wirkstrom, der vom Kabel noch übertragen und von uns genutzt werden kann.

Es gibt sogar eine Kabellänge, bei der überhaupt kein Wirkstrom und somit keine Wirkleistung mehr über das Kabel übertragen werden kann. Das passiert dann, wenn die kapazitive Blindleistung die gesamte Übertragungsleistung des Kabels ausschöpft. Letztendlich ist man bei der Übertragung von Wechselstrom über weite Strecken daher auf Freileitungen angewiesen.

Schau genau hin: Wo kommt dein Strom her?

Ist Wechselstrom oder Gleichstrom besser fürs Netz?

Die Übertragungsverluste in einer Stromleitung steigen mit der Leitungslänge linear an. Bei Leitungen, die sehr große Leistungen (ab 1000 MVA) über sehr weite Entfernungen übertragen müssen, sind die Verluste demnach relativ hoch. Es gibt aber eine Möglichkeit das Problem der Übertragungsverluste zu reduzieren. Es kann die sogenannte Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) mit Spannungen zwischen 200 kV bis über 800 kV eingesetzt werden (200.000 – 800.000 Volt!). Das bedeutet, dass man anstelle des hin und her fließenden Wechselstroms einen Gleichstrom auf die Reise schickt, der immer nur in eine Richtung fließen will.

Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung

Die HGÜ erfordert aber einen hohen technischen und finanziellen Aufwand für den Leitungsbau und den Einsatz einer sogenannten Umrichtertechnik. Der im Kraftwerk erzeugte Wechselstrom muss zuerst zu Gleichstrom „umgerichtet“ beziehungsweise „gleich gerichtet" werden, bevor er im Netz auf Reise geht. Vor der Einspeisung in ein regionales Stromverteilnetz muss das wieder rückgängig gemacht werden, da wir ausschließlich Wechselstromverbraucher zu Hause an der Steckdose angeschlossen haben. Es wird also insgesamt zweimal zwischen Wechsel- und Gleichstrom gewandelt. Aber warum das alles?

Gleichstrom kann keine Blindleistung übertragen

Der Vorteil des Gleichstroms ist primär, dass in Gleichstromnetzen keine Probleme durch die Blindleistung entstehen. Über eine HGÜ kann also die volle Wirkleistung übertragen werden und es fallen auch weniger Übertragungsverluste an. Das klingt eigentlich super. Der Nachteil ist aber, dass Gleichstrom im Gegensatz zum Wechselstrom gar keine Blindleistungen übertragen kann. Dies ist aber für den Bedarf unserer heutigen Stromverbraucher nötig, zum Beispiel für unseren Motor.

Die Gleichstromübertragung wird für weite Strecken genutzt

Ein weiterer Nachteil ist, dass sich Leistungsflüsse in vermaschten Gleichstromnetzen, das heißt in einem Netz mit vielen Netzknoten, nur schlecht steuern lassen. Im öffentlichen Stromnetz ist es aber nötig, Lastflüsse zu steuern, um Teilnetze nicht zu überlasten. Eine Möglichkeit zur Lastflusssteuerung ist der sogenannte Phasenschieber-Transformator, der eine unsymmetrische Last zwischen den drei Stromphasen „umverteilen“ und somit ausgleichen kann. Diese Möglichkeit fehlt bei der Gleichstromübertragung. Daher wird die HGÜ eigentlich nur für die Energieübertragung auf weiten Strecken zwischen zwei Netzknotenpunkten eingesetzt.

Die HGÜ verteilt eine hohe Kraftwerksleistung

Spätestens jetzt wird klar, dass diese HGÜ nichts für die regionale Stromübertragung ist. Sie ist vor allem dann von Vorteil, wenn wir zum einen sehr viel Kraftwerksleistung in einer Gegend produzieren, in der kaum Strombedarf herrscht. Ein Beispiel hierfür sind die Windkraftparks der Nord- und Ostsee. Zum anderen muss an sehr weit entfernten Gebieten ein hoher Strombedarf bestehen, zum Beispiel weil Kraftwerke abgeschaltet werden sollen. Das ist auch bei uns in Bayern der Fall, da wir (OK, nicht alle von uns, aber zumindest die meisten Bürger) keinen Atomstrom mehr produzieren oder verbrauchen wollen.

Du bestimmst: Welcher Strom kommt ins Netz?
Das Stromnetz in Deutschland und der Welt

Das Stromnetz – öffentlich, grenzenlos? Das Stromnetz in Deutschland und der Welt

Ein Stromnetz soll jedem zur Verfügung stehen, soviel ist klar. Daher sprechen wir auch vom öffentlichen Stromnetz und nicht etwa, weil es gratis zugänglich für alle ist: natürlich schließt der Netzbetreiber die Stromverbraucher nur auf Anfrage und gegen Bezahlung an sein Stromnetz an. Das Wort öffentlich bezieht sich auf das Leitungsnetz, das von einem öffentlichen Netzbetreiber „betrieben“ wird, um den Strom von einem Stromerzeuger an den Stromverbraucher durchzuleiten. Das geschieht zum Beispiel beim Bau eines neuen Hauses durch die Verlegung eines Stromkabels bis zum Hauptanschlusskasten. Früher waren die Netzbetreiber auch die Stromerzeuger selbst. Jetzt gibt es eine gesetzliche Verpflichtungen zur Trennung der Unternehmensbereiche Stromerzeugung und Netzbetrieb.Seit der Liberalisierung des deutschen Strommarktes im Jahr 1998 können Kunden ihren Energielieferanten frei wählen. Viele Kunden wechseln deshalb zu einem Stromversorger, der ihren Vorstellungen entspricht und wie Polarstern nur echten Ökostrom aus natürlichen, erneuerbaren Quellen verkauft.

Das Stromnetz verbindet Länder

Das öffentliche Stromnetz gibt es nicht nur in Deutschland, sondern auf der ganzen Welt. Die Stromleitungen enden also nicht an unseren Grenzen und auch der transportierte Strom macht dort keinen Halt. Vielmehr laufen die Stromleitungen in den angrenzenden Ländern weiter. Es gibt sogar „Seekabel“ die den Strom am Meeresboden bis nach Großbritannien leiten. Die enorme Ausdehnung des Netzes ermöglicht, dass wir unseren Stromüberschuss an unsere Nachbarn abgeben oder auch Versorgungsengpässe über Strom aus dem Ausland decken können. Eine tolle Sache – so selbstverständlich, dass wir es gar nicht mehr bemerken. In ärmeren Ländern funktioniert die Energieversorgung leider nicht so gut wie in Deutschland und das bedeutet gravierende Entwicklungshemmnisse. In Kambodscha etwa sind viele kleine Dörfer nicht an die öffentliche Energieversorgung angeschlossen. Die Menschen verbringen viel Zeit damit, Holz zum Kochen zu sammeln und nutzen stinkende Petroleumlampen und Dieselgeneratoren. Polarstern setzt sich für erneuerbare Energie weltweit ein und unterstützt deshalb für jeden Strom- oder Gaskunden eine Familie in Kambodscha beim Bau ihrer eigenen Minibiogasanlage.

Das deutsche Stromnetz – im Detail

Wenn man alle öffentlichen deutschen Stromleitungen zusammenrechnet, hat unser Stromnetz eine Gesamtlänge von über 1,78 Millionen Kilometern.

Das Stromnetz in Deutschland ist – schwer vorstellbar– 1.780.000.000 Meter lang! Damit könnte man eine Leitung ca. 45 Mal um die Erde wickeln.

Mal ehrlich, wer hätte das gedacht? Von dieser wahnsinnig langen Strecke sind...

  • in der Höchstspannungsebene etwa 35.000 km,
  • in der Hochspannungsebene > 80.000km,
  • in der Mittelspannungsebene > 514.000 km und
  • in der Niederspannungsebene > 1,16 Millionen km installiert.

Wir sind also sehr vernetzt und vermascht in unserem Netz in Deutschland.

Aktuelle Herausforderungen für das Stromnetz der Zukunft

Nord-Süd-Stromtrasse mit Wechsel- oder Gleichstrom?

Es gibt viele unterschiedliche Möglichkeiten, an Strom zu gelangen. Ob wir ihn auf dem Dach selbst produzieren, ihn von einer Windkraftanlage in Norddeutschland bekommen oder aber vom Kohlekraftwerk „nebenan“. Seit geraumer Zeit wird die Frage diskutiert, was denn am nachhaltigsten, wirtschaftlichsten und sichersten sei. Dazu gibt es viele Ideen, Pläne und reichlich Kritik. Zunächst wurde - vereinfacht ausgedrückt - auf dem Reißbrett eine neue Stromtrasse von den Windparks im Norden bis vor unsere Haustüre im Süden geplant. Der Trassenverlauf ist natürlich stark umstritten, soll doch der zu übertragende Strom möglichst unsichtbar bis in unsere Steckdose fließen können. Einen „Wireless“ Strom gibt es aber in der Leistungsklasse der großen Kraftwerke noch nicht...

"Unsichtbare" Stromleitungen sind nicht effektiv

Man kann den Strom zwar in Kabeln unterirdisch und damit so gut wie nicht sichtbar übertragen. Allerdings sind diese Erdkabel sehr viel teurer als Freileitungen und die Kabel eignen sich eigentlich nicht für die Stromübertragung auf langen Strecken.

Warten auf die Revolution der Stromübertragung

Man kann mit Kabelsystemen also nur beschränkt lange Streckenabschnitte überwinden. Somit gibt es wohl noch keinen Königsweg in der Stromübertragung von Nord nach Süd, der allen Anforderungen genüge tut. Was uns bleibt ist aber eine spannende Zeit mit öffentlichen Diskussionen, Bürgerinitiativen, ein zunehmendes Engagement der Bürger in Fragen der Energiewende und unterhaltsame Sprüche in den Medien.

Gregor Dachs ist unser Mann für Elektrotechnik, der Komplexes schön einfach erklären kann.

Und das sind wir:

Polarstern ist ein wirklich unabhängiger Ökostromanbieter aus München. Wir sorgen dafür, dass Strom aus erneuerbaren Energien ins Stromnetz eingespeist und zu dir nach Hause transportiert wird. Mit Wirklich Ökostrom wirst du Teil der weltweiten Energiewende – du beziehst Strom aus deutscher Wasserkraft und unterstützt gleichzeitig eine Familie in Kambodscha beim Bau einer Mikrobiogasanlage.

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