Eine Stromleitung in Halle vor der untergehenden Sonne.
Bildrechte: MDR/Gerald Perschke

Schreckensszenario Blackout Forscher: Stromhandel kann Netze gefährden

Dass erneuerbare Energien Schwankungen in den Stromnetzen verursachen, ist bekannt. Dass aber auch der Stromhandel die Stabilität der Netze beeinflusst, zeigt erst jetzt eine Studie von Göttinger und Dresdner Forschern.

von Clemens Haug

Eine Stromleitung in Halle vor der untergehenden Sonne.
Bildrechte: MDR/Gerald Perschke

Es ist eines der größten Schreckensszenarien unserer Zeit: Blackout – in Europa fällt flächendeckend der Strom aus und bleibt tagelang weg. Aus den Wasserhähnen kommt kein Tropfen mehr, weil die Pumpen der Wasserwerke mit Strom betrieben werden. Aus dem gleichen Grund fallen Toilettenspülungen aus, schon nach kurzer Zeit droht hygienischer Notstand.

An Tankstellen gibt es ohne die auch hier elektrisch betriebenen Pumpen kein Benzin. In den Kuhställen sterben die Tiere, weil die Landwirte ohne die elektrischen Anlagen die vollen Euter nicht rechtzeitig melken können. Den Krankenhäusern geht nach 24 Stunden der Treibstoff für die Notstromaggregate aus und in den Kernkraftwerken droht der Supergau, weil die Kühlung auch bereits abgebrannter Brennelemente ohne Strom nicht funktioniert.

Ökostrom gefährdet Netzstabilität

Wie es zu einer solchen Katastrophe kommen könnte und wie sie sich verhindern lässt, darüber diskutieren Wissenschaftler und Regierungen bereits seit mehreren Jahren. Neben terroristischen Angriffen z.B. durch Hacker gelten die erneuerbaren Energien als eine der größten Bedrohungen für die Stabilität der Stromversorgung. Der Grund: Weil der Wind nicht immer gleichmäßig weht, liefern auch die Windräder mal mehr und mal weniger Strom. Auch die Energieerzeugung durch Photovoltaikanlagen schwankt, je nachdem ob es wolkig ist oder nicht.

Diese Dynamik der Energieeinspeisung führt dazu, dass auch die Netzfrequenz schwankt. In Deutschland und Europa beträgt diese Frequenz 50 Hertz. Kleinere Schwankungen sind kein Problem, aber gerät das Stromnetz gänzlich aus dem Gleichgewicht, kann ein flächendeckender Stromausfall die Folge sein.

Wie Physiker des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation (MPIDS) in Göttingen und der TU Dresden nun zeigen, werden die Schwankungen nicht nur von erneuerbaren Energiequellen verursacht. Auch der Stromhandel hat offenbar einen mindestens genau so großen Einfluss, berichtet ein Team um Benjamin Schäfer und Marc Timme im Fachjounral "Nature Energy".

Handelszyklen beeinflussen Stromfrequenz

Die Forscher führten einerseits eigene Messungen durch, sowohl in sogenannten Verteilnetzen mit niedriger Spannung, an die Privathaushalte angeschlossen sind, als auch in den Übertragungsnetzen, die Strom mit hoher Spannung von großen Kraftwerken aus über weite Strecken transportieren. Andererseits griffen sie auf die Daten von Netzbereibern wie dem Unternehmen "50 Hertz" zurück, das die Hochspannungsleitungen in Ostdeutschland unterhält.

Die statistische Auswertung habe einen deutlichen Befund gebracht, sagt Benjamin Schäfer. "Der Einfluss des Stromhandels auf die Netzfrequenz ist in etwa so groß wie der der Erneuerbaren, wenn nicht sogar noch größer." Strom wird in Deutschland in Zyklen von 15 Minuten gehandelt, unter anderem an der Leipziger Strombörse EEX. Parallel zu diesen Handelszyklen treten Schwankungen der Netzfrequenz auf, die bis zu 0,15 Hertz mehr oder weniger betragen können. "Das hat uns insofern überrascht, weil in der Öffentlichkeit und der Politik an dieser Stelle immer nur über die Rolle der Erneuerbaren diskutiert wird und nicht über die Gestaltung des Handels", sagt Marc Timme.

Abweichungen von 0,8 Hertz sind kritisch

Die Schwankungen können durchaus große Folgen haben. Sicherungsmechanismen schalten bei großen Abweichungen entweder Anschlüsse automatisch ab oder fahren die Leistungen von Kraftwerken herunter. Mitnetz-Strom etwa, ein großer Netzbetreiber in Mitteldeutschland und Brandenburg, beginnt mit dem sogenannten automatischen Lastabwurf, wenn die Spannung unter 49,2 Hertz, also 0,8 Hertz unterhalb des festgelegten Werts, sinkt. Das bedeutet: in einzelnen angeschlossenen Netzgebieten fällt der Strom aus. Steigt die Spannung im umgekehrten Fall zu stark, fahren Kraftwerke ab 50,2 Herzt ihre Leistung im 40 Prozent herunter und gehen bei 51,5 Hertz ganz außer Betrieb.

Bislang seien solche größeren negativen Folgen dieser Schwankungen nicht bekannt, sagen die Forscher. Doch die Abweichung könnten gefährlicher werden, wenn der Stromhandel weiter liberalisiert werde, ohne seine Rolle auf die Netzfrequenz zu berücksichtigen, warnen sie.

Große Netze haben nur kleine Schwankungen

Dass Deutschland in das europäische Verbundnetz eingebettet ist stabilisiert die Stromfrequenz dagegen offenbar. "Da sind viele große Kraftwerke drin, die Masse und damit Trägheit in das Netz bringen", sagt Schäfer. Kleinere Netze hingegen zeigten größere Schwankungen. Das britische Stromnetz, das vom Kontinent unabhängig sei, weise Abweichungen von 0,2 Hertz und mehr auf. "Solange in einem solchen kleinen Netz stabile elektrische Geräte verwendet werden, muss aber auch das kein Problem sein", sagt Schäfer. Man müsse diese Faktoren nur berücksichtigen.

Die Gefahr für Privathaushalte sei hier überschaubar. "Heutzutage sind viele Geräte, etwa Laptops, darauf ausgelegt, dass sie sowohl bei 50 als auch bei 60 Hertz laufen können." Größere Schwankungen könnten daher eher für die Erzeuger kritisch werden. "Aber wenn man ausreichend robuste Geräte hat, dann ist auch das kein Problem."

Dieses Thema im Programm: MDR AKTUELL | im Radio | 20. Januar 2018 | 09:39 Uhr

Zuletzt aktualisiert: 31. Januar 2018, 09:46 Uhr