Transport
Lange Zeit wurde Strom in Deutschland fast ausschließlich zentral erzeugt und von großen Kraftwerken zu den Verbrauchern verteilt. Doch diese Einbahnstraße gibt es nicht mehr: Heute speisen zusätzlich viele kleine und größere Typen von Anlagen für erneuerbare Energie ihren Strom in das Tausende Kilometer lange Leitungsnetz ein. Und die Solarzellen auf dem Dach liefern mal Strom für die Familie und mal Strom für die Allgemeinheit. Das hat Folgen: Das Netz muss nun viel mehr können als früher – es muss die unterschiedlichen Strommengen, die auch noch sehr wechselhaft zu verschiedenen Tageszeiten anfallen, mit dem Strombedarf in Einklang bringen. Und dabei die Frequenz von 50 Hertz halten, damit das Stromnetz stabil bleibt.
Nach Berechnungen des Bundesverbands der Energie- und Wasserwirtschaft (BDEW) ist das deutsche Stromnetz rund 1,8 Millionen Kilometer lang. Das garantiert die Versorgung aller Haushalte, Unternehmen und sonstiger Verbraucher mit Elektrizität. Denn alle Stromerzeuger sind mit diesem umfassenden Netz verbunden. So führt der Ausfall zum Beispiel eines Kraftwerks oder eines Transformators nicht unmittelbar dazu, dass überall die Lichter ausgehen.
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.
Spannungsebenen
Die Stromübertragung von Kraftwerken, dezentralen Anlagen und Verbrauchern in Deutschland findet über Freileitungen auf Masten oder über Kabel unter der Erde statt. Je höher die Spannung in ihnen, desto weitere Wege können überbrückt werden. Deshalb haben die Leitungen verschiedene Durchmesser und die Masten unterschiedliche Höhen. Allerdings sind für viele Stromanwendungen Spannungen, die mehr als 230 oder 400 Volt betragen, zu hoch. Aus diesem Grund 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 arbeitet mit 380 und 220 Kilovolt. Mit ihm wird Strom über weite Strecken transportiert, bestimmt ist er für große Industriebetriebe und für Regionalversorger, die den Strom weiterverteilen. Für diese Netzebene sind vier Betreiber zuständig, die sogenannten Übertragungsnetzbetreiber: TenneT TSO, 50Hertz Transmission, Amprion und in Baden-Württemberg die TransnetBW . Das Übertragungsnetz in Deutschland ist circa 36.600 Kilometer lang und mit speziellen Kuppelleitungen mit den Stromnetzen anderer europäischer Länder verbunden. Das ist das europäische Verbundnetz.
Das Hochspannungsnetz mit 110 Kilovolt misst 86.000 Kilometer. Zusammen mit dem Mittelspannungsnetz (30, 20 und 10 Kilovolt, 521.000 Kilometer) liefert es elektrische Energie für Unternehmen und Stadtwerke oder kleine Energieversorger. In den Orten und Städten gelangt dann der Strom zu den Haushalten, zum Gewerbe und zu landwirtschaftlichen Betrieben mit dem Niederspannungsnetz (230 oder 400 Volt, 1.194.000 Kilometer).
Elemente im Stromnetz
Umspannwerke und -stationen sowie Ortsnetztransformatoren sorgen für den notwendigen Wechsel zwischen den Spannungsebenen. Die „Transformation“ von einer Ebene zur nächsten funktioniert im Prinzip mit einem Eisenkern, um den zwei elektrisch voneinander getrennte Spulen aus Kupferdraht gewickelt sind. Die eine Spule hat sehr viele Drahtwindungen, die andere deutlich weniger. Der bei der Spule mit den vielen Windungen ankommende Strom wird zur anderen Spule hingeleitet. Es entsteht ein wechselndes Magnetfeld, erzeugt von der angelegten Wechselspannung. Mit der Folge: Über den Eisenkern wird in der anderen Spule der Strom umgespannt.
Freileitungsmasten
Für die Überbrückung längerer Strecken im Netz werden Höchst- und Hochspannungen genutzt. Frei stehende gitterförmige Masten aus Stahl tragen dabei die Leitungen in einer Höhe zwischen 30 und 100 Metern. Die Kabel bestehen aus Aluminium, Stahl, Kupfer oder einer Stahl-Aluminium-Mischung. Freileitungsmasten haben mehrere Vorteile: Sie sind schnell aufzubauen, günstig in der Produktion und einfach zu warten. Allerdings können sie bei extremen Wetterlagen beschädigt werden (Eis bei Kälteeinbrüchen, Stürme), und sie wirken auf das Landschaftsbild. Die Faustregel lautet: Ein Kilometer Freileitung kostet etwa eine Million Euro.
Auch in der Mittelspannung kommen Freileitungen zum Einsatz, die Masten bestehen dann meist aus Beton, können aber auch aus Stahl sein. In der Niederspannungsebene sind Freileitungen in Deutschland fast verschwunden, wenn die Masten noch zu sehen sind, bestehen sie aus Holz, seltener aus Beton.
In schwindelerregenden Höhen – Kontrollgänge am Mast
Video mit freundlicher Genehmigung der TransnetBW
Erdkabel
Die Alternative zu Freileitungen heißt Erdkabel. Mit größerem Querschnitt und dem Material Kupfer transportieren diese Kabel den Strom verlustärmer als die Aluminiumfreileitungen. Sie sind vor Witterungseinflüssen geschützt – und unsichtbar. Jedoch brauchen Erdkabel eine breite Schneise, damit sie jederzeit für Reparaturen zugänglich sind. Auf den Kabelstrecken selbst dürfen außerdem keine Bäume wachsen. Ihre Wurzeln könnten die Trasse beschädigen. Beim Bau wird ein etwa zwei Meter tiefer Graben ausgehoben, in den die Kabelstränge gelegt werden. Dieser wird zur Hälfte mit einem thermisch stabilen Material aufgefüllt. Auf diese Weise wird die Wärme der Leitungen abgeführt, die bei der Stromdurchleitung entsteht.
Wegen der umfangreichen Erdarbeiten und des teureren Materials liegen die Kosten für Erdkabel um das Fünf- bis Zehnfache über denen für Freileitungen. Mit rund 90 Prozent Anteil finden sich die meisten Stromerdkabel in der Niederspannung, also in direkter Nähe der Verbraucher. Rund zehn Prozent der Leitungen in der Hoch- und Höchstspannung sind Erdkabel. Insgesamt verliefen nach Berechnungen des BDEW Anfang 2018 rund 82 Prozent der Leitungen in Deutschland unterirdisch.