Die Rolle der Stromnetze in der Energiewende

Fachvortrag von Elmar Jaeker beim Klimabündnis Bergstraße

Zu diesem Thema gab es bei einer Online-Veranstaltung des Klimabündnis‘ Bergstraße einen fundierten, aber verständlichen Vortrag von Elmar Jaeker, aktiv bei den Engineers 4 Future und Experte für Software und künstliche Intelligenz für eine nachhaltige Energieversorgung. Das Klimabündnis freut sich, den aufgezeichneten Vortrag auch veröffentlichen zu dürfen und die Vortragsfolien zum Download auf seiner Homepage bereitzustellen.

Versorgungssicherheit

Zur Versorgungssicherheit führte Elmar Jaeker aus, dass diese in Deutschland bisher sehr hoch ist und der wachsende Anteil der Erneuerbaren keinen negativen Einfluss hat. Deutschland liegt unter allen Ländern an 3. Stelle hinter Süd-Korea und Japan, vor Österreich und den Niederlanden und weit vor den USA und China. Unter der netzseitigen Versorgungssicherheit versteht man, dass die Energie jederzeit zu den Verbrauchern gelangt. Ein Maß dafür ist die durchschnittliche Versorgungsunterbrechungsdauer pro Jahr und Kunde. Diese lag in 2024 bei 14,9 Minuten. Um diesen Wert herum schwankten auch die Ausfallzeiten der Jahre davor.

Man unterscheidet bei den Stromnetzen Höchst-, Hoch-, Mittel- und Niederspannungsnetze. Für die Höchst- und Hochspannungsnetze sind bundesweit 4 Übertragungsnetzbetreiber zuständig. Für die Mittel- und Niederspannungsnetze sind etwa 900 Verteilnetzbetreiber zuständig. Früher wurde von den großen Kraftwerken (Atom oder Kohle) in die Höchst- oder Hochspannungsnetze relativ zentral eingespeist und der Strom dann nach unten und in die Fläche verteilt.

Heute wird von Offshore-Windkraftanlagen in das Höchstspannungsnetz eingespeist, von Onshore-Windkraftanlagen in das Hoch- und Mittelspannungsnetz, von großen Freiflächen-PV-Anlagen in das Mittelspannungsnetz und von den vielen PV-Dachanlagen in das Niederspannungsnetz.

Die Verteilung geht inzwischen nicht mehr nur von oben nach unten sondern auch von unten nach oben und von den vielen kleinen PV-Anlagen auch horizontal.

Neue Herausforderungen für die Stromnetze

Durch die Erneuerbaren sind neue Herausforderungen entstanden. Windenergie- und PV-Anlagen produzieren dann, wenn der Wind weht bzw. die Sonne scheint, unabhängig davon, wie groß gerade der Verbrauch ist. Durch den Erzeugungsüberschuss im Norden und dem höheren Energiebedarf im Süden ergeben sich lokale Engpässe in den Übertragungsnetzen. Durch die wechselnde Einspeisung entstehen Spannungsprobleme und durch den Mehrverbrauch durch Wärmepumpen und E-Autos entstehen auch lokale Engpässe in Verteilnetzen.

Die Netzbetreiber sind natürliche Monopolisten. In den Netzen gibt es keinen Wettbewerb. Die Netzbetreiber müssen jedoch ihre Netze für Anbieter von Energie öffnen. Dadurch ist es uns als Verbrauchern möglich, unseren Stromlieferanten frei auszuwählen. Die Netzbetreiber sind privatwirtschaftliche Unternehmen, die eine Rendite erwirtschaften. Der Markt ist staatlich durch Gesetze reguliert und von der Bundesnetzagentur überwacht. Diese legt auch die Höhe der Rendite der Übertragungsnetzbetreiber fest (6-7%).

Die Netzbetreiber haben für den sicheren, zuverlässigen und effizienten Betrieb zu sorgen, für Anpassung und Erweiterung der Netze, dazu gehören Störfallmanagement, Engpassmanagement, Einspeise- und Lastmanagement, Netzverstärkung und –ausbau.

In 2024 ereigneten sich 74% der Engpässe in den Übertragungsnetzen, 26 % in den Verteilnetzen. Das Maßnahmenvolumen betrug 30 TWh und kostete 2,8 Milliarden Euro.

96,5 % der erneuerbaren Erzeugung konnte transportiert werden (wegen deren Vorrang).

Netzbetreiber können Erzeugungsanlagen anweisen Strom abzuregeln oder die Erzeugung zu erhöhen. Es werden Entschädigungen gezahlt und es gibt die verschiedensten Regeln dafür.

Ausbau der Übertragungsnetze

Seit 2013 gibt es eine Bundesbedarfsplanung für den Ausbau der Übertragungsnetze.

Bis 2045 sollen 18.808 km neu gebaut werden. Es werden Szenarien entwickelt, Netzentwicklungspläne erstellt, ein Bundesbedarfsplan festgelegt, sodann über Raumordnungsplanung bis hin zur Planfeststellung die Trassen gebaut.

Im 3. Quartal 2024 waren davon 3000 km fertig, 3183 km genehmigt bzw. im Bau, 7937 km in oder vor der Planfeststellung oder im Anzeigeverfahren.

Die Planungen haben sich deutlich beschleunigt durch gesetzliche Veränderungen in der vergangenen Legislaturperiode. Die Ausbaugeschwindigkeit hat zugenommen.

Der Netzausbau ist teuer, kostet geschätzt ca. 650 Mrd. € bis 2045. Kein Netzausbau ist jedoch  teurer: Man muss für Einspeisemanagement ca. 3 Mrd. pro Jahr rechnen und Klimafolgekosten von 280-910 Mrd. € bis 2050. Dazu ist auch zu beachten, dass Deutschland in den letzten 20 Jahren 1.700 Mrd. € für Importe fossiler Brennstoffe ausgegeben hat, überwiegend aus autoritären Ländern, die unserer Demokratie feindlich gegenüberstehen. Der Netzausbau hat demgegenüber den Vorteil, dass hier im Land investiert wird, damit Arbeitsplätze erhalten oder geschaffen werden, Sozialleistungen generiert und Steuern gezahlt werden – auch wenn die beauftragten Unternehmen teilweise internationale Konzerne sind.

Batteriespeicher

Groß-Batteriespeicher spielen eine große Rolle, um die Schwankungen in der Stromerzeugung auszugleichen, in der Zukunft noch viel mehr.

Batteriespeicher speichern Strom, wenn er billig ist und geben ihn ab, wenn er teuer ist und werden auf diese Art wirtschaftlich betrieben. Teilweise ist dies jedoch nicht netzdienlich. Ist zum Beispiel Strom günstig wegen großer Windstrommengen im Norden, könnten Betreiber von Speichern im Süden des Landes Strom  einspeichern und später bei steigenden Preisen wieder verkaufen wollen. Dies führt in den Transportnetzen zu höheren Belastungen, um den Strom aus dem Norden zu transportieren, so dass ggf. Engpassmanagementmaßnahmen notwendig werden. Im Süden besteht Mangel und fossile Kraftwerke müssen hochgefahren werden. Einen Speicher im Süden des Landes gerade dann zu füllen, ist für das Netz kontraproduktiv. Es kommt somit darauf an, wo die Speicher lokalisiert sind, welche Anreize sie bekommen, damit sie auch netzdienlich betrieben werden. Dabei sind noch viele rechtliche und wirtschaftliche Fragen offen.

Smart Grids

Die Netze müssen immer intelligenter gesteuert werden, um den notwendigen Netzausbau zu minimieren. Die Verteilnetzbetreiber müssen zwar Leitungen verstärken oder zusätzliche Leitungen bauen, Transformatoren vergrößern und Speicher einrichten, können aber auch Verbrauchseinrichtungen steuern und privates Energiemanagement ermöglichen.

Es gibt schon 1,8 Mio. Heimspeicher, die täglich Überschussstrom aus privaten PV-Anlagen einspeichern und dadurch die Netze entlasten. Dazu ist eine flächendeckenden Installation von Smart Metern, ausgestattet mit Gateways zum Netzbetreiber notwendig.
Elmar Jaeker abschließend: „Technisch ist hier schon vieles möglich, aber es gibt noch viele organisatorische, rechtliche und steuerliche Hürden.“

Der Vortrag ist nachzuhören unter https://youtu.be/QBx4V4p73xs