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Das Stromnetz in Deutschland
Das Stromnetz in Deutschland ist ein komplexes System von elektrischen Leitungen, Anlagen und Technologien. Nach Berechnungen des Bundesverbands der Energie- und Wasserwirtschaft (BDEW) ist das deutsche Stromnetz rund 1,9 Millionen Kilometer lang, was fünf Mal der Entfernung zum Mond entspricht. Das Stromnetz garantiert die Versorgung aller Haushalte, Unternehmen und sonstiger Verbraucher mit Elektrizität. Denn auch alle Stromerzeuger sind mit diesem umfassenden Netz verbunden. Damit es einwandfrei funktioniert, muss die Frequenz im Stromnetz konstant bei 50 Hertz liegen. Das bedeutet: Energie, die ins Netz eingespeist wird, muss unmittelbar verbraucht werden. Denn Energie speichern kann das Stromnetz selbst nicht.
Fakten
Wie das deutsche Stromnetz entstand
Heute ist ein Stromanschluss selbstverständlich, quasi ein Grundrecht aller. Das war in der Anfangszeit der Versorgung mit Elektrizität ganz anders: Einzelne Unternehmen begannen ihre Betriebe zu elektrifizieren, einige größere Städte bauten Kraftwerke für den Eigenbedarf. Wer nicht das Glück hatte, in der Nähe dieser Erzeugungsstandorte zu sein und einen Anschluss zu bekommen, musste weiter ohne Strom leben. Das betraf Ende des 19. Jahrhunderts noch die meisten Deutschen. Und wenn ein Kraftwerk ausfiel, konnte kein anderes einspringen – die damaligen Stromnetze waren Inseln. Im 20. Jahrhundert änderte sich das rapide. Zu den vereinzelten Stadtwerken kamen Überlandversorger und Verbundunternehmen hinzu. Auch die EnBW hat ihren Ursprung in dieser Zeit. Sie organisierten für alle Teile Deutschlands die Stromversorgung und verbanden sich miteinander über ein Netz von Leitungen, dem sogenannten Verbundnetz.
Wie groß ist das deutsche Stromnetz?
Nach Berechnungen des Bundesverbands der Energie- und Wasserwirtschaft (BDEW) ist das deutsche Stromnetz rund 1,9 Millionen Kilometer lang. Fast Jeder in Deutschland, der Strom erzeugt und verbraucht, ist mit diesem gigantischen Netz verbunden. Das deutsche Stromnetz ist aber nicht isoliert: um auch einen grenzüberschreitenden Energieaustausch zu ermöglichen, ist es mit den Stromnetzen anderer europäischer Länder verbunden. Es ist Teil des sogenannten europäischen Verbundnetzes (ENTSO-E), zu dem 40 Mitglieder aus 36 Ländern gehören. Mit dabei ist seit Januar 2024 auch der ukrainische Betreiber Ukrenergo.
Wie zuverlässig ist das deutsche Stromnetz?
Das deutsche Stromnetz gilt als eines der zuverlässigsten Stromnetze der Welt und garantiert die Versorgung sämtlicher Haushalte, Unternehmen und sonstiger Verbraucher hierzulande mit Elektrizität. Die hohe Verlässlichkeit zeigt sich in der geringen durchschnittlichen Unterbrechungsdauer der Stromversorgung pro Kunde, die im Jahr 2022 laut Bundesnetzagentur nur etwa 12,2 Minuten betrug – im internationalen Vergleich steht Deutschland damit gut da.
Durchschnittliche Stromunterbrechung je Verbraucher (in Minuten pro Jahr)*
Durchschnittliche Stromunterbrechungsdauer im Ländervergleich (in Minuten pro Jahr)
* SAIDI (System Average Interruption Duration Index); ** mit höherer Gewalt; Stand 2022, Quellen: Bundesnetzagentur, VDE FNN
Wie kommt der Strom in die Steckdose?
Im Grunde ist es ganz einfach: Der Strom wird erzeugt, beispielsweise von einem großen Kraftwerk, einem Wind- oder Solarpark oder einer von hunderttausenden kleinen PV-Anlagen auf deutschen Eigenheimen. Die elektrische Energie wird über den Netzanschluss ins Stromnetz eingespeist und über Freileitungen oder Erdkabel dorthin transportiert, wo sie gerade benötigt wird. Umspannwerke sorgen dafür, dass der Strom am Ende mit der richtigen Spannung, nämlich 230 Volt, an der heimischen Steckdose ankommt. Den größten Teil der Strecke wird Strom aber mit höherer Spannung transportiert. So ist es möglich, ihn effizient über lange Distanzen zu transportieren, da höhere Spannungen geringere Energieverluste verursachen.
Was einfach klingt, ist jedoch komplex und erfordert ein perfektes Zusammenspiel verschiedener Akteure: den Energieerzeugern, den Übertragungs- und Verteilnetzbetreibern, die sich um die verschiedenen Spannungsebenen im Netz kümmern, und den Verbrauchern, die über ihr Verhalten den Energiebedarf – und damit auch die Situation im Stromnetz – beeinflussen.
Diese Spannungsebenen gibt es im Stromnetz
In Deutschland gibt es vier Spannungsebenen: die höchste Spannung beträgt 380 Kilovolt (380.000 Volt), die niedrigste 230 Volt – das ist die Spannung, die in deutschen Haushalten an Steckdosen anliegt.
- Das Höchstspannungsnetz, auch Übertragungsnetz genannt, ist rund 36.600 Kilometer lang und arbeitet mit 380 bzw. 220 Kilovolt (kV). In dieses Netz speisen beispielsweise Kraftwerke oder Offshore-Windparks ihre Energie ein. Aufgrund der hohen Spannung kann der Strom effizient landesweit und international verteilt werden. Man spricht deshalb auch oft von „Stromautobahnen“. Betrieben wird das Übertragungsnetz von vier Unternehmen: TenneT TSO, 50Hertz Transmission, Amprion und TransnetBW.
- Im Hochspannungsnetz herrscht eine Spannung von 110 kV. Es stellt die oberste Spannungsebene im Verteilnetz dar und dient als Schnittstelle zum Übertragungsnetz. An die Hochspannung sind große Solarparks, Wasserkraftwerke und Windparks angeschlossen. Aber auch Abnehmer, wie Industrieparks oder energieintensive Unternehmen, beispielsweise aus der Chemiebranche. Über Hochspannung/Mittelspannungs-Umspannwerke erfolgt dann die regionale Weiterverteilung des Stroms an kleinere Verbraucher.
- Im Mittelspannungsnetz variiert die elektrische Spannung je nach Anforderungen und Gegebenheiten im Bereich von 10 bis 30 kV. Es ermöglicht den Transport von Strom über mittelgroße Entfernungen mit minimalen Energieverlusten. An diese Spannungsebene sind meist kleinere Erzeugungsanlagen wie Solarparks, einzelne Windanlagen und Biogasanlagen angeschlossen.
- Auf lokaler Ebene wird der Strom mit der geringsten Spannung von 400 Volt transportiert. Über die Niederspannungsebene sind Haushalte sowie kleine Unternehmen an das Stromnetz angeschlossen und nehmen den Strom ab. Gleichzeitig speisen aber auch hunderttausende Eigenheim-Solaranlagen ihren Strom ein – Tendenz steigend. Für die Verteilnetzbetreiber ist die Integration von erneuerbaren Energien eine der größten Herausforderungen.
Länge des Stromnetzes in Deutschland
Stand 2022, * mittlere Distanz zum Mond; Quellen: DLR, BDEW, eigene Berechnung
Die besondere Rolle von Umspannwerken
Umspannwerke sind wichtige Knotenpunkte im Stromnetz, die verschiedene Spannungsebenen miteinander verbinden. Über Transformatoren ermöglichen sie die effiziente Wandlung von Energie zwischen beispielsweise einem Hochspannungs- und einem Mittelspannungsnetz. Dabei gilt: Je höher die Spannungsebene, umso effizienter kann die Energie über größere Strecken verteilt werden. Neben Transformatoren gibt es weitere Bestandteile - vor allem Schaltanlagen, Schutz- und Automatisierungstechnik. Sie dienen als Schaltzentralen zur Steuerung des Energieflusses und zur Verknüpfung oder Trennung verschiedener Teile des Stromnetzes. Die Transformation von der Mittel- auf die Niederspannungsebene erfolgt in Umspannstationen, auch Ortsnetzstationen genannt, die in Wohngebieten oder entlang von Straßen zu finden sind.
Freileitungsmasten oder Erdkabel – was ist besser?
Freileitungsmasten und Erdkabel sind zwei verschiedene Methoden für den Transport von elektrischer Energie. Beide haben ihre Vor- und Nachteile. In dicht besiedelten oder landschaftlich sensiblen Gebieten sind Erdkabel trotz höherer Kosten oft die bevorzugte Wahl. In ländlichen oder weniger sensiblen Gebieten bieten Freileitungsmasten aufgrund ihrer Wirtschaftlichkeit und einfachen Wartung oft die bevorzugte Lösung.
Freileitungen sind kostengünstig
Bei Freileitungsmasten tragen freistehende Stahlkonstruktionen die Leitungen in einer Höhe von 30 bis 100 Metern. Die Leiterseile bestehen aus Aluminium, Stahl, Kupfer oder einer Mischung aus Stahl und Aluminium. Freileitungsmasten bieten mehrere Vorteile: Sie sind schnell aufzubauen, kostengünstig in der Herstellung und einfach zu warten. Allerdings können extreme Wetterbedingungen wie Eis oder Stürme sie beschädigen, außerdem beeinflussen sie das Landschaftsbild. Eine Faustregel besagt, dass ein Kilometer Freileitung etwa eine Million Euro kostet.
Freileitungen werden oft für Höchst- und Hochspannungsleitungen genutzt. Die Masten bestehen meistens aus Beton, bisweilen auch aus Stahl. Im Niederspannungsbereich sind Freileitungen in Deutschland fast verschwunden. Wenn die Masten noch zu sehen sind, bestehen sie in der Regel aus Holz, seltener aus Beton.
Die unsichtbare Alternative: Erdkabel
Die Alternative zu Freileitungen sind Erdkabel. Diese Kabel aus Kupfer haben einen größeren Querschnitt und transportieren Strom verlustärmer als Aluminiumfreileitungen. Sie sind vor Witterungseinflüssen geschützt und unsichtbar. Erdkabel benötigen jedoch eine breite Schneise für Reparaturarbeiten. Auf den Kabelstrecken dürfen keine Bäume wachsen, da ihre Wurzeln die Trasse beschädigen könnten. Beim Bau wird ein etwa zwei Meter tiefer Graben ausgehoben, in den die Kabel gelegt werden. Dieser wird zur Hälfte mit einem thermisch stabilen Material aufgefüllt, um die bei der Stromdurchleitung entstehende Wärme abzuleiten. Wegen der umfangreichen Erdarbeiten und des teureren Materials sind Erdkabel vier- bis sechsmal teurer als Freileitungen.
Etwa 90 Prozent der Stromerdkabel befinden sich in der Niederspannung, also in der Nähe der Verbraucher. Rund zehn Prozent der Hoch- und Höchstspannungsleitungen sind Erdkabel. Für die Stromautobahnen, die erneuerbare Energie vom Norden in den Süden bringen sollen, gilt seit 2015 der gesetzlich beschlossene Erdkabelvorrang – auch wenn das mit Milliarden an Mehrkosten verbunden ist. Kosten, die alle Verbraucher über den Strompreis mitzahlen.
Quelle: EnBW
Wer kümmert sich um das deutsche Stromnetz?
Die Verantwortung für den Betrieb, die ständige Überwachung und die Instandhaltung des deutschen Stromnetzes liegt bei den Übertragungs- und Verteilnetzbetreibern. In Deutschland gibt es vier große Übertragungsnetzbetreiber: TenneT TSO, 50Hertz Transmission, Amprion und TransnetBW. Diese betreuen das überregionale Höchstspannungsnetz und sorgen für einen kontinuierlichen und stabilen Stromfluss, um Schwankungen im Netz zu vermeiden, die zu Stromausfällen führen könnten. Außerdem kümmern sie sich um die Anbindung des deutschen Stromnetzes an das europäische Verbundsystem ENTSO-E. Das europäische Verbundsystem ermöglicht den grenzüberschreitenden Energieaustausch zwischen den angeschlossenen Ländern und verbessert dadurch die Zuverlässigkeit der Stromversorgung.
Mehrere hundert kleine Netzbetreiber
Um die regionalen und lokalen Verteilnetze, die den Strom letztlich zu den Endverbraucher*innen bringen, kümmern sich in Deutschland mehrere hundert kleine und große Netzbetreiber wie zum Beispiel die Netze BW oder viele Stadtwerke. Sie tragen in der Regel auch die Verantwortung dafür, erneuerbare Energiequellen wie etwa Photovoltaikanlagen auf privaten Hausdächern in ihr Netz zu integrieren. Aber auch neue Verbraucher wie Wallboxen für Elektroautos und Wärmepumpen anzuschließen.
Die steigende dezentrale Energieerzeugung führt dazu, dass regionale und lokale Netzbetreiber zunehmend innovative Lösungen und digitale Technologien nutzen, um eine effiziente, zuverlässige und nachhaltige Energieversorgung sicherzustellen. Sogenannte Smart Grids, also intelligente Stromnetze, ermöglichen eine Überwachung und Steuerung in Echtzeit. Sie sollen helfen, Lastschwankungen zu managen und den Energiefluss optimal zu steuern, um den Bedürfnissen der Verbraucher*innen und den Anforderungen an die Netzstabilität gerecht zu werden.
Wie hoch ist die Frequenz in unserem Stromnetz?
In Deutschland und in den meisten Teilen Europas beträgt die Standardfrequenz im Stromnetz 50 Hertz. Das heißt, dass der Strom in einer Sekunde 50-mal in jede Richtung fließt. Er ändert damit seine Fließrichtung 100-mal pro Sekunde. Die Einhaltung dieser Frequenz ist entscheidend für die Stabilität des Stromnetzes und die Funktion von elektrischen Geräten, die für diese Frequenz ausgelegt sind. Ist dieses Gleichgewicht gestört, weil beispielsweise mehr Strom verbraucht als erzeugt wird oder umgekehrt, kann dies zu Schwankungen in der Netzfrequenz führen. Derartige Unausgewogenheiten sind sofort durch schnelle Anpassungen in der Stromerzeugung oder durch Regelenergie auszugleichen, um die Netzfrequenz stabil zu halten und eine sichere Stromversorgung zu gewährleisten.
Herausforderungen für die Frequenzstabilität entstehen vor allem durch die zunehmende Integration erneuerbarer Energien wie Wind- und Solarenergie, deren Stromproduktion wetterabhängig und damit weniger vorhersehbar ist.
Wie bleibt das Stromnetz stabil?
Stromnetzbetreiber müssen die Durchleitung diverser Energieströme managen und gleichzeitig die Netzstabilität aufrechterhalten, indem sie schnell auf Schwankungen in der Stromproduktion und -nachfrage reagieren. Die Übertragungsnetzbetreiber spielen dabei eine zentrale Rolle: Im Rahmen eines sogenannten Redispatches können sie zum Beispiel veranlassen, dass Kraftwerke ihre Leistung herunter- oder hochfahren oder in Spitzenlastzeiten Reservekraftwerke für die Erzeugung sogenannter Regelenergie aktivieren. Und sie dürfen Lasten abschalten, indem sie beispielsweise Industrieanlagen und größere Stromkunden kurzfristig vom Netz nehmen, um Instabilitäten durch Überlastung zu vermeiden.
Wenn die ergriffenen Maßnahmen noch nicht ausreichen, um die Netzstabilität zu gewährleisten, können bei drohender Überlastung auch regionale Windkraft- oder Photovoltaikanlagen temporär abgeschaltet werden.
Ist das Stromnetz fit für die Energiewende?
Die steigende Produktion erneuerbarer Energien stellt das deutsche Stromnetz vor neue Herausforderungen. So wird beispielsweise der Großteil des Ökostroms aus Windenergie im Norden und Osten sowie auf See erzeugt, wo der Wind besonders stark weht. Im Gegensatz dazu befinden sich viele große Stromverbraucher, insbesondere große Industriebetriebe, im Süden und Westen Deutschlands. Daher muss der im Norden erzeugte Windstrom zumindest teilweise über Stromtrassen zu den Verbrauchszentren transportiert werden.
Derzeit ist dies nur eingeschränkt möglich. Um sicherzustellen, dass Strom aus erneuerbaren Energien auch bei zukünftig weiter steigender Produktion zuverlässig dorthin gelangt, wo er benötigt wird, müssen in Deutschland mehrere tausend Kilometer Stromtrassen ausgebaut und optimiert werden.
Beschleunigter Netzausbau in Deutschland
Damit der Netzausbau Fahrt aufnehmen kann, hat die Politik in den vergangenen Jahren unter anderem Genehmigungsverfahren schlanker und schneller gestaltet. Laut dem Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) zeigen die Beschleunigungsmaßnahmen bereits Wirkung: 2023 wurden fast 1.400 Kilometer Stromleitungen genehmigt: vier Mal so viele wie noch 2021 und doppelt so viele wie 2022. Auf weiteren rund 630 Kilometern wurde 2023 mit dem Bau begonnen, darunter auch die ersten Abschnitte der zentralen Stromtransportprojekte SuedLink, SuedOstLink, Ultranet und A-Nord. Bis Ende 2024 rechnet das BMWK mit Genehmigungen von zusätzlich rund 2.400 Kilometern. Ende 2025 sollen insgesamt mehr als 4.700 Kilometer neue Leitungen genehmigt sein.
Verteilnetz der Netze BW in Zahlen
Als größter Verteilnetzbetreiber in Baden-Württemberg baut auch die EnBW-Tochter Netze BW ihr Stromnetz massiv aus und hat dafür einen detaillierten Netzausbauplan vorgelegt: 2.900 Kilometer Hochspannungs- und 39.600 Kilometer Mittelspannungsleitungen sollen aus- oder neu gebaut werden, um bis 2045 die technischen Voraussetzungen für die angestrebte Klimaneutralität in der Energieversorgung zu schaffen. Insgesamt will die Netze BW über alle Netzebenen hinweg bis 2045 rund 35 Milliarden Euro investieren.
Politik treibt Stromnetz-Modernisierung voran
Um das gesamte Stromnetz für die Energiewende fit zu machen, hat die Politik umfassende gesetzliche Änderungen beschlossen. Mit dem Energiesofortmaßnahmenpaket wurden das sogenannte Energiewirtschaftsgesetz zur Erleichterung des Netzausbaus, das Netzausbaubeschleunigungsgesetz und das Bundesbedarfsplangesetz zur Priorisierung von Netzausbauprojekten angepasst. Zudem sollen das Gesetz zur Digitalisierung der Energiewende, welches sich der Förderung intelligenter Stromnetze (Smart Grids) widmet, sowie die Novelle der Anreizregulierungsverordnung (Erhöhung der Investitionsanreize bei Netzbetreibern) erhebliche Fortschritte bringen. Sämtliche Rahmenbedingungen sollen zu einem zügigen und bürgerfreundlichen Netzausbau beitragen.