Risiko Blackout

Es war kurz nach sieben Uhr am Morgen, als es schlagartig dunkel wurde in Buenos Aires und den meisten anderen Teilen Argentiniens. Die Lichter erloschen, Züge blieben stehen, Radios und Kühlschränke gingen aus. Nichts bewegte sich mehr am 16. Juni 2019 im Südosten Südamerikas. Ein Fehler in der Verbindung zweier argentinischer Kraftwerke hatte die Stromversorgung großräumig lahmgelegt. Der Blackout wirkte sich weit über die Grenzen hinweg aus: Auch das Nachbarland Uruguay sowie Teile von Paraguay und Brasilien waren betroffen. Das öffentliche Leben stand weitgehend still. Fast 48 Millionen Menschen waren ohne Strom – viele davon mehrere Tage lang.

Große und lang andauernde Stromausfälle wie dieser sind in den Industriestaaten selten – doch wenn sie sich ereignen, haben sie weitreichende Folgen. Denn die moderne hochtechnisierte Gesellschaft hängt auf Gedeih und Verderb am Tropf des Stromnetzes. Haushalt, Verkehr, Geschäfte, Arbeitsplätze und die Versorgung mit Nahrungsmitteln, Trinkwasser und Wärme – alles ist auf elektrischen Strom angewiesen. Deshalb sorgen sich viele Menschen um die Sicherheit der Stromversorgung.
 

Die Energiewende facht in Deutschland diese Sorge an: Das System der Erzeugung und Verteilung von Strom, das jahrzehntelang wie in Stein gemeißelt erschien, wird seit Jahren umgekrempelt. Viele Großkraftwerke, die elektrische Energie aus Erdgas, Kohle oder Atomkernen gewinnen, verschwinden von der Landkarte der Stromversorgung und werden durch Windkraftwerke, Photovoltaikmodule und Biomasseanlagen ersetzt.

Damit fällt auch ein Grundpfeiler für die Zuverlässigkeit der Stromversorgung. Denn anders als etwa in einem Kernkraftwerk lässt sich aus den erneuerbaren Quellen Wind und Sonnenlicht nicht jederzeit Energie schöpfen. Wie viel Strom die Anlagen produzieren, bestimmen die Wetterlage sowie Tages- und Jahreszeit – eine Wechselhaftigkeit, die sich bislang nur durch konventionelle Kraftwerke ausgleichen ließ, die als Reserve bereitstehen. Sie liefern den Strom, der bei Flaute und Dunkelheit fehlt, und bringen Bedarf und Angebot miteinander in Einklang. 

Wie sich die Stabilität der Stromversorgung in Deutschland künftig entwickelt, darüber sind sich die Experten nicht einig. So mahnen die Autoren einer Studie der Unternehmensberatung Oliver Wyman, Politik und Energiewirtschaft müssten rasch handeln, um negativen Folgen der Energiewende entgegenzuwirken. Sie fordern den Neubau von Gaskraftwerken, die abgeschaltete Kern- und Kohlekraftwerke teilweise ersetzen sollen. Nur so lasse sich die durch mehr Wind- und Solarstrom beeinträchtigte Planbarkeit ausgleichen.

Den Verdacht wachsender Risiken für die Stromversorgung schürte der Juni 2019. Da stand Deutschland gleich dreimal kurz vor einem Blackout: Am 6., 12. und 25. Juni stellten die Übertragungsnetzbetreiber einen Strommangel in den Leitungen fest, weil zu wenig Reserveleistung aus konventionellen Kraftwerken angeboten wurde. Das ließ die Netzfrequenz sinken – ein Hinweis auf einen Stabilitätsverlust des Netzes. Weicht die Frequenz zu stark vom Sollwert der Wechselstromfrequenz von 50 Hertz ab, droht die Versorgung zu kollabieren. Nur dank des Imports von Strom aus Nachbarländern ließen sich die Engpässe beseitigen und ein Blackout abwenden.  

Im Unterschied zu den Beratern von Oliver Wyman sind andere Forscher optimistisch. So kommen Wissenschaftler des Freiburger Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme in einer aktuellen Studie zu dem Schluss, dass sich eine verlässliche Stromversorgung auch ohne fossile Kraftwerke gewährleisten lässt: durch eine clevere Verquickung der Stromerzeuger und -verbraucher im Netz.

Auch Alexander Nollau sieht das so. „Sowohl die Nutzung erneuerbarer Energiequellen zur Stromgewinnung als auch das Einbinden neuer Verbraucher wie Elektroautos stellen das Netz zwar vor eine große Herausforderung“, sagt der VDE-Experte und Leiter Energy der vom VDE getragenen Normungsorganisation Deutsche Kommission Elektrotechnik, Elektronik, Informationstechnik (VDE|DKE). „Doch die lassen sich meistern, wenn wir neben dem Bau neuer Leitungen das Netz auch mit Intelligenz ausstatten.“

Entscheidend ist für Nollau das sogenannte Niederspannungsnetz, der letzte Teil des Stromnetzes, der zwischen den Trafohäuschen und den Anschlüssen in Haushalten und Gewerbebetrieben verläuft. Dort müssen bei Neubauten bereits seit geraumer Zeit „intelligente Stromzähler“ (Smart Meter) installiert werden. Seit Januar 2020 gilt zudem: Wer eine Photovoltaikanlage betreibt oder mehr als eine Mindestmenge an Strom pro Jahr verbraucht, muss einen bestehenden herkömmlichen Stromzähler durch ein intelligentes Gerät ersetzen.

Smart Meter registrieren penibel den zeitlichen Verlauf des Stromverbrauchs und übermitteln die Daten digital an den Messstellenbetreiber. Und der nutzt sie, um etwa bei einem Strommangel im Netz gezielt gegenzusteuern – zum Beispiel, indem er manche Verbraucher vorübergehend mit weniger elektrischer Energie versorgt. „Nicht jeder braucht immer die volle Anschlussleistung“, sagt Nollau. „Mit intelligenten Stromzählern plus Steuerungsmodul könnte sich die Versorgung je nach Bedarf variieren und anpassen lassen.“ Mit einer neuen Generation von Smart Metern, die den Stromfluss eigenständig regeln können, soll das künftig an jedem Hausanschluss automatisch bewerkstelligt werden.

Um den Ausgleich von Stromerzeugung und -verbrauch zu vereinfachen, setzt Nollau zudem auf eine zellulare Gliederung des Energiesystems: Künftig sollten Windräder, Photovoltaikanlagen, Gebäude und Ladestationen für Elektroautos in kleinen Einheiten kombiniert werden, deren Stromversorgung weitgehend unabhängig voneinander ist. „Dadurch muss weniger Strom über weite Entfernungen transportiert werden“, sagt Alexander Nollau. „Das entlastet das Netz und verringert das Risiko weiträumiger Stromausfälle.“

Clevere Technik und eine flexible Steuerung werden also künftig die Rolle eines Wächters über die Versorgungssicherheit übernehmen, wenn konventionelle Kraftwerke nicht mehr zur Verfügung stehen. Und die intelligente Vernetzung ist noch aus einem weiteren Grund von entscheidender Bedeutung: „Wenn der Strom doch einmal ausfällt, muss es die Möglichkeit zu einem sogenannten Schwarzstart geben“, sagt Hermann de Meer, Lehrstuhlinhaber für Informatik mit Schwerpunkt Rechnernetze, Rechnerkommunikation und Energieinformatik an der Universität Passau. Darunter verstehen Energieingenieure das Wiederanfahren des Stromnetzes aus eigener Kraft, ohne dafür Strom zur Verfügung zu haben, der von außen geliefert wird.

Nach dem großen Blackout in Südamerika im Sommer 2019 gelang das mithilfe großer Wasserkraftwerke. In Deutschland sorgen dafür bislang vor allem große Turbinen in fossilen Kraftwerken: Durch die Trägheit ihrer enormen Masse rotieren sie auch nach einem Stromausfall zunächst weiter – und liefern damit den nötigen Schwung, um die Stromerzeugung wieder anzuwerfen. Fachleute sprechen dabei von Systemdienstleistung.  

„Diese klassischen synchronen Generatoren werden mit der Energiewende nach und nach außer Betrieb genommen“, sagt de Meer. „Doch Systemdienstleistungen wie die Schwarzstartfähigkeit müssen trotzdem weiter funktionieren. Sonst kann die Wende nicht gelingen.“ Auch dazu liegt der Schlüssel für den Forscher in der Verbindung, Bündelung und Automatisierung der dezentralen Energieerzeuger: Nur gemeinsam und koordiniert durch eine intelligente Steuerung sind Windkraftanlagen und Solarmodule in der Lage, einem Stromausfall entgegenzuwirken – und ihn, wenn es doch einmal dazu kommt, zu überwinden. „Dazu sind spezielle Sicherungen gegen zu hohe Stromflüsse notwendig sowie Batteriespeicher an Photovoltaikanlagen, die einen Teil des erzeugten Stroms bunkern“, sagt de Meer. „Und den können die Speicher etwa für einen Neustart des Netzes nach einem Blackout bereitstellen.“ Auch Superkondensatoren können diese Aufgabe erfüllen: Vorrichtungen, mit denen sich elektrische Energie sehr schnell zur Verfügung stellen lässt. 

„Ohne dieses technische Rüstzeug wird es nicht gelingen, den Strombedarf vollständig aus erneuerbaren Quellen zu decken“, betont Hermann de Meer. „Dann wären wir weiterhin auf herkömmliche Kraftwerke angewiesen, um die Stromnetze gegen Ausfälle abzusichern – obwohl sie zur Stromerzeugung eigentlich nicht mehr nötig sind.“ Um das Zusammenspiel dezentraler Sicherungseinheiten innerhalb des Stromnetzes möglichst einfach handhaben zu können, entwickelt der Passauer Informatiker gemeinsam mit Forscherkollegen anderer Disziplinen eine neuartige Software: „Eine Art Betriebssystem für das Stromnetz, wie Windows für den Computer. Das ist der zweite Schritt der Energiewende.“

Für die Stromversorgung in Deutschland bedeutet das: Eine enge Verknüpfung von Stromnetz und Informationstechnik ist die Grundlage für einen auch künftig zuverlässigen Betrieb. Doch macht nicht gerade sie das Stromnetz auch angreifbar? „Mit der Digitalisierung und Vernetzung der Infrastrukturen steigt auch die Gefahr, Opfer von Cyberattacken zu werden“, sagt VDE|DKE-Experte Alexander Nollau. „Aber durch die Entwicklung von internationalen Sicherheitsnormen und -standards geben wir der Energiebranche ein wirksames Mittel dagegen an die Hand.“

Wie gefährlich Hacker-Attacken auf das Stromnetz sind, lässt sich zurzeit nur schwer quantifizieren. Dass dieses Risiko besteht, belegt ein Zwischenfall, der im März 2020 bekannt wurde: Hacker waren ins Computernetz des Verbandes europäischer Übertragungsnetzbetreiber ENTSO-E eingedrungen. Darin sind 42 Netzbetreiber aus ganz Europa zusammengeschlossen, darunter auch die deutschen Unternehmen 50Hertz, TransnetBW, Tennet und Amprion. Die Organisation sorgt für die Optimierung des Stromaustauschs über die europäischen Grenzen hinweg. Eine Gefährdung des Strombetriebs habe durch den Cyberangriff nicht bestanden, betont ein ENTSO-E-Sprecher. Doch die Attacke macht deutlich, dass es eine hundertprozentige Sicherheit in einem eng vernetzten System nicht gibt.  

Aus gutem Grund warnt das Technische Hilfswerk (THW) davor, die Risiken eines Blackouts in Deutschland zu unterschätzen. Bislang sei die Bevölkerung schlecht darauf vorbereitet. Um das zu ändern, wird das THW mit mehr als 33 Millionen Euro aus Bundesmitteln seine Vorkehrungen für den Ernstfall verstärken – und unter anderem 670 Notstromaggregate anschaffen. Sie sollen bei einem länger ‧andauernden Stromausfall den Betrieb in Krankenhäusern aufrechterhalten und eine Kommunikation zwischen Polizei und Rettungsdiensten ermöglichen. Das Risiko, dass die Notfallausrüstung tatsächlich einmal gebraucht wird, ist überschaubar. Aber: Sicher ist sicher.