Die Lage ist fraglos etwas angespannt. Natürlich sollen die Gaskraftwerke mit dem knappen und teuren Erdgas sparsam umgehen. Parallel aber behinderte das sommerliche Niedrigwasser des Rheins die Anlieferung von Steinkohle zu den Kraftwerken in Nordrhein-Westfalen, Hessen und Baden-Württemberg. Frankreich ist vom Stromexporteur zum Importeur geworden, weil 27 von 56 Atomreaktoren nicht am Netz sind. Sollte tatsächlich das Gas knapp werden, könnten hunderttausende Strom fressende Heizlüfter in Betrieb gehen. Es erscheint zumindest möglich, dass es zu einem Blackout kommt – einem großflächigen, lang andauernden Stromausfall.

Verantwortlich dafür, dass das Stromnetz trotz der ungünstigen Rahmenbedingungen stabil bleibt, sind die vier großen Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB) TenneT TSO, Amprion, 50Hertz Transmission und TransnetBW. Sie konkurrieren nicht miteinander, sondern sind jeweils für ein bestimmtes Gebiet verantwortlich. Sie betreiben die 37 300 Kilometer Höchstspannungsleitungen (380 und 220 Kilovolt) und stellen sicher, dass sich Einspeisung und Verbrauch stets die Waage halten. Zu diesem Zweck halten sie Regelleistung zur Verfügung, das sind Kraftwerke, die ihre Leistung sehr schnell anpassen können, um kurzfristige Schwankungen im Stromnetz auszugleichen.

Wie das Netz stabil bleibt

Manchmal ist auch zu viel Strom im Netz. Bei Starkwind in Norddeutschland und über der Nordsee laufen beispielsweise alle Windkraftwerke auf Hochtouren. Die Hochspannungsleitungen können aber nur eine begrenzte Menge Strom abtransportieren. Also müssen Erzeuger vom Netz getrennt werden, um ein Ungleichgewicht zu vermeiden. Diese Prozesse sind gut eingespielt und haben sich über viele Jahre bewährt.

Die vier deutschen ÜNB agieren nicht allein: Deutschlands Übertragungsnetz ist in ein gigantisches kontinentaleuropäisches Verbundsystem eingebettet, das auch Marokko, Tunesien, Algerien und die Türkei umfasst. Seit März dieses Jahres sind auch Moldawien und die Ukraine angeschlossen. Den Betrieb koordiniert der Verband Europäischer Übertragungsnetzbetreiber (ENTSO-E). Von Lissabon bis Charkiw und von Tunis bis Odense schwingt das gesamte Stromnetz in einem gemeinsamen 50-Hertz-Gleichtakt.

Wenn in Deutschland die Gefahr eines Strommangels absehbar ist, versuchen die Netzbetreiber zunächst, aus dem Ausland zusätzliche Leistungspotenziale zu besorgen, die sie bei Bedarf abrufen können. Trotz einiger heikler Schieflagen hat der Verbund größere Stromausfälle seit Jahren zuverlässig verhindern können. In diesem Jahr aber sind Kohle, Gas und Öl knapp, die Flüsse führen zu wenig Wasser, um alle Kraftwerke zu kühlen, und Frankreichs Atomkraftwerke liefern weniger als die Hälfte ihrer installierten Leistung.

»Lastabwurf« ist wohl das schlimmste Szenario

Deshalb haben die Übertragungsnetzbetreiber im Auftrag des Bundeswirtschaftsministeriums mit drei Sonderanalysen die Sicherheit der Stromversorgung bei unterschiedlich starken Belastungen simuliert. Bei einer kritischen Lage ergibt sich demnach für Deutschland kein Strommangel, bei einer sehr kritischen Lage kann der Einsatz der Kernkraftwerke einen Strommangel verhindern, der sonst für einige Stunden einen so genannten »Lastabwurf« nötig machen würde. Darunter verstehen die Fachleute kontrollierte stundenweise Stromabschaltungen.

Die dritte und letzte Analyse ging von extrem pessimistischen Annahmen aus: Frankreich bringt keines seiner in Reparatur befindlichen Kernkraftwerke bis zum Winter ans Stromnetz, Polen kann keinen Kohlestrom abgeben, wegen des Niedrigwassers fehlen in Deutschland Kohlevorräte an den Reservekraftwerken, und Starkwind flutet den Norden Deutschlands mit Strom, so dass die Nord-Süd-Leitungen maximal belastet werden. Wenn man jetzt noch 2,5 Gigawatt für Heizlüfter (das entspricht etwa zwei Millionen gleichzeitig betriebenen Geräten) ansetzt, dann müsste man mit bis zu zwölf Stunden Lastabwurf rechnen.

Nun sind aber kontrollierte Abschaltungen noch kein »Blackout«. Auf Anfrage von »Spektrum.de« haben die vier Übertragungsnetzbetreiber eine gemeinsame Stellungnahme abgegeben. Darin heißt es unter anderem: »Wir gehen nicht von einem flächendeckenden Ausfall des europäischen Stromnetzes aus. Sollte es zur Aufrechterhaltung der Netzstabilität unumgänglich sein, kann es, als Ultima Ratio, zu kontrollierten Lastabschaltungen kommen. Hierbei handelt es sich um eine zeitlich begrenzte Abschaltung der Stromversorgung einzelner Teile der Verbraucher. Kontrollierte Abschaltungen werden in der Regel angekündigt.«

Die Netzbetreiber fordern Unterstützung aus der Politik

Folgt man den Übertragungsnetzbetreibern, ist eine große Stromversorgungskrise denkbar unwahrscheinlich. Von der Regierung aber wünschen sich die Netzbetreiber mehr Unterstützung. Fünf Punkte zählen sie ausdrücklich auf:

1. Mehr Transportkapazität
   Die großen Leitungsseile der Hochspannungsleitungen dürfen nicht zu warm werden. Das bedeutet aber auch, dass sie im Winter mehr Leistung transportieren können als im Sommer – wenn das erlaubt wird.
2. Absprachen mit den Nachbarländern über Redispatch-Potenzial
   Der Begriff »Redispatch« bezeichnet die kurzfristige Anpassung von Kraftwerksleistung an eine veränderte Situation. Je höher das Potenzial, desto sicherer die Versorgung.
3. Vertragliches Lastmanagement
   Verträge mit größeren Abnehmern über mögliche Stromleistungsanpassungen sollen erleichtert werden.
4. Reserven freigeben
   Sämtliche Reserven – auch Netzreserve und besondere netztechnische Betriebsmittel – müssen für die bilanzielle Lastdeckung und den Redispatch nutzbar gemacht werden.
5. Alle Kraftwerkskapazitäten für den Fall von Stresssituationen absichern
   Die Marktrückkehr der Kohlekraftwerke aus der Reserve sollte erleichtert werden, und die Versorgung von Gaskraftwerken mit Brennstoff muss sichergestellt sein. Kernkraftwerke sollten verfügbar bleiben.

Der kommende Winter ist aber nur eine der drängenden Aufgaben für die Netzbetreiber. Das europäische Stromnetz steht vor einem tief greifenden Umbau, ohne dass dabei die Betriebssicherheit leiden darf. »Für uns Übertragungsnetzbetreiber ist 2030 morgen, und 2050 ist schon übermorgen«, erklärte Manuela Wolter, Pressesprecherin von TenneT TSO.

Der nächste Winter ist erst der Anfang

Vor der Zeit der Erneuerbaren sicherten einige hundert große Kraftwerke die Stromversorgung in Deutschland. Sie erzeugten immer so viel Strom, wie jeweils benötigt wurde. Solar- und Windkraftanlagen liefern unabhängig vom Bedarf nur dann Energie, wenn die Sonne scheint und der Wind weht.

Gleichzeitig wird der Stromverbrauch deutlich ansteigen. Die Bundesregierung erwartet einen Anstieg von 565 Terawattstunden (TWh) im Jahr 2021 auf rund 750 TWh im Jahr 2030, »unter anderem durch die zunehmende Elektrifizierung von Industrieprozessen, Wärme und Verkehr (Sektorenkopplung)«. 80 Prozent davon sollen erneuerbare Energiequellen beitragen. Um dieses Ziel zu erreichen, müssten im Jahr 2030 Onshore-Windkraftanlagen mit einer Leistung von 115 GW installiert sein. Solaranlagen sollen 215 Gigawatt bereithalten – ein Mehrfaches des heutigen Werts. Und damit ist noch lange nicht Schluss.

»Wir nehmen für das Jahr 2045 zwischen 520 und 620 Gigawatt installierte Leistung aus erneuerbaren Energien an, davon knapp zwei Drittel aus Fotovoltaik. Zudem prognostizieren wir Übertragungsnetzbetreiber für eine klimaneutrale Zukunft Deutschlands eine Verdopplung des Brutto-Stromverbrauchs auf rund 1000 TWh im Jahr 2045 im Vergleich zu heute«, sagt Thomas Wiede, Leiter Unternehmenskommunikation bei Amprion, im Gespräch mit »Spektrum.de«.

Zum Vergleich: Aktuell beträgt die maximal benötigte Leistung etwa 80 Gigawatt. Der Umbau auf 100 Prozent erneuerbare Energie erfordert also eine massive Erweiterung der Netzkapazität. Das geht aber nicht im Hauruckverfahren. Allein das Höchstspannungsnetz besteht aus mehr als 37 300 Kilometer Leitung. Insgesamt sind in Deutschland sogar 1,92 Millionen Kilometer öffentliche Stromleitungen verlegt.

Das Stromnetz wird dezentraler

Schon jetzt ist es bei Starkwind schwierig, das Netz auszubalancieren. Bei einem weiteren Ausbau der Windkraft an Land und auf See wäre es deshalb sinnvoll, den Strom an Ort und Stelle zu speichern und gar nicht erst in das europäische Verbundnetz zu schicken. Elektrolyseure, große Anlagen zur Herstellung von grünem Wasserstoff, könnten diese Aufgabe übernehmen. »Große Elektrolyseure sollten dort errichtet werden, wo große Mengen Erneuerbaren-Strom produziert werden«, erklärt Manuela Wolter. »Das ist insbesondere an der Nordseeküste der Fall.«

Die Bundesregierung will bis 2030 eine Elektrolysekapazität von zehn Gigawatt aufbauen. Effektiv arbeitende Elektrolyseure der passenden Größe sind allerdings noch im Planungsstadium, bisher existiert nicht einmal ein Prototyp.

Im Fall der sehr weit verteilt erzeugten Solarenergie verfolgen Netzbetreiber, Forschungseinrichtungen und kommerzielle Anbieter einen anderen Ansatz: Die Energie soll kleinteilig verbraucht oder gespeichert werden und am besten auch gleich zur Wärmeerzeugung beitragen. Das entlastet die Netze und verringert die Gefahr einer Schieflage.

In dem Ende 2020 abgeschlossenen C/sells-Projekt beispielsweise erprobten 57 Partner, darunter Stadtwerke und Übertragungsnetzbetreiber, ein so genanntes zelluläres Modell. Dabei sollen die Zellen autonom miteinander kommunizieren und Energieangebot und -nachfrage untereinander abgleichen. Bereits ein Einfamilienhaus mit einem Smartgrid kann eine Zelle darstellen, wenn es beispielsweise eine Solaranlage auf dem Dach, einen Stromspeicher im Keller und ein Elektroauto in der Garage hat.

Auch ein Industriegebiet oder ein Stadtteil kämen als Zelle in Frage. Darüber sind Regionalzellen oder Übertragungsnetzzellen angeordnet. Die Partner suchten dabei eine zugleich technisch und wirtschaftlich sinnvolle Lösung. Die Auswertung läuft noch.

In Zukunft werden viele Verbraucher zugleich Produzenten sein, das Schlagwort lautet »Prosumer«. Allerdings ist Strom vermutlich nicht mehr jederzeit in jeder Menge verfügbar. Das Stromnetz der Zukunft hängt kritisch an einem ständigen Austausch von gigantischen Datenmengen zwischen Millionen von Akteuren. Nur so wird sich die stark schwankende Stromerzeugung der Erneuerbaren einigermaßen mit dem Verbrauch abgleichen lassen, ohne die Netze zu überlasten oder extrem teure Riesenspeicher zu bauen.

(Anm. d. Red.: Der Artikel wurde am 25. Oktober 2022 bezüglich der Entscheidung von Bundeskanzler Olaf Scholz aktualisiert, drei AKW in Streckbetrieb weiterzubetreiben.)