Technik

Unser Stromnetz ist im internationalen Vergleich gut ausgebaut und weit verzweigt. Unterteilt wird es in das Übertragungsnetz, das große Strommengen über weite Strecken transportiert, und das Verteilnetz, das den Strom bis in unsere Häuser bringt. Je nach Anforderung kommen dabei unterschiedliche Spannungsebenen und Übertragungstechniken zum Einsatz.

Spannungsebenen des Stromnetzes

Das Stromnetz besteht aus unterschiedlichen Spannungsebenen, die miteinander verknüpft ein möglichst sicheres Gesamtsystem bilden. 

Die verschiedenen Ebenen haben zum Ziel, Verluste beim Energietransport so gering wie möglich zu halten. Bei der Übertragung von elektrischer Energie sind die Verluste abhängig von der Stromstärke und der Länge des Transportweges. Um die Verluste so gering wie möglich zuhalten, müssen bei steigenden Leitungslängen geringere Stromstärken gewählt werden. Da jedoch die Energieübertragung gleich bleiben soll, ist im selben Zuge die Spannung zu erhöhen. Deshalb werden im Übertragungsnetz deutlich höhere Spannungen verwendet als im Verteilnetz (Nieder- bis Hochspannung).

Die Höchstspannungsebene ist somit für den Stromtransport über größere Entfernungen bestimmt. Die Hochspannungsebene ist für den regionalen Stromtransport vorgesehen. Größere Energieerzeuger können direkt einspeisen und größere Verbraucher direkt abnehmen. Die Mittelspannungsebene verbindet Dörfer. Auf der Niederspannungsebene wird der Strom schließlich bis in die Haushalte verteilt.

Arten der Stromübertragung

Übertragen wird der Strom in Deutschland üblicherweise als sogenannter Drehstrom, weil er leicht auf verschiedene Spannungsebenen umzuwandeln und technisch einfacher zu handhaben ist. Drehstrom ist eine besondere Form des Wechselstroms, der in einem Generator in drei Spulen mit einem leichten zeitlichen Versatz erzeugt und mit drei Leitern abgeführt wird. Drehstrom ist demnach ein dreifacher, phasenverschobener Wechselstrom.

Momentan wird auf der Höchstspannungsebene in Deutschland Energie vor allem mit der Höchstspannungs-Drehstrom-Übertragungstechnik (HDÜ) übertragen. Bei dieser Art der Stromleitung wird Energie in den entstehenden Wechselfeldern gespeichert. Die dafür notwendige Leistung kann nicht genutzt werden und wird deshalb als Blindleistung bezeichnet. Je länger eine solche Leitung ist, desto weniger Energie kann tatsächlich als Wirkleistung genutzt werden. 

Bei der Höchstspannungs-Gleichstrom-Übertragungstechnologie (HGÜ) entstehen keine Wechsel- sondern Gleichfelder. Wesentlichen Blindleistungsverlusten im Dauerbetrieb werden somit umgangen. Zur Einbindung dieser Technologie in das bestehende Stromnetz sind Konverterstationen notwendig, die eine Umwandlung von Wechsel- in Gleichstrom und umgekehrt ermöglichen. Dies führt zu höheren Gestehungskosten, die sich aufgrund der eingesparten Blindleistungsverluste erst über längere Distanzen amortisieren.

Stromübertragung über weite Distanzen

Ab etwa 400 Kilometern Länge werden die Verluste bei der Höchstspannungs-Drehstrom-Übertragung zu groß. Deshalb kommt hier die Höchstspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-Technologie zum Einsatz, mit der deutlich längere Distanzen – bis zu mehreren tausend Kilometern – verlustarm überwunden werden können. 

Bisher wurden HGÜ-Leitungen in Deutschland nur bei der Anbindung von Offshore-Windparks an das Festland oder bei anderen Seekabeln eingesetzt. Die auf dem Festland geplanten Gleichstromtrassen verbinden in der Regel zwei Punkte miteinander und haben keine Abzweigungen. Hauptgrund sind die notwendigen Konverterstationen zur Umwandlung des Stromes.

Erdkabel oder Freileitung

Für die Übertragung von Strom über längere Strecken ist es deutlich kostengünstiger die Stromleitungen auf Masten zu befestigen. Freileitungen haben den Vorteil, dass sie über eine hohe Übertragungsleistung verfügen und vergleichsweise schnell und kostengünstig errichtet werden können. Eine Verkabelung ist je nach Örtlichkeit in etwa vier- bis achtmal so teuer wie eine Freileitung. 

Ebenso ist die Wartung und Reparatur von Freileitungen deutlich einfacher und kostengünstiger als bei Erdkabeln. Zur Übertragung von Strom über lange Distanzen wird deshalb die Freileitung dem Erdkabel häufig vorgezogen. 

Demgegenüber stehen die Veränderung des Landschaftsbildes und die Anfälligkeit von Witterungseinflüssen beim Einsatz von Freileitungen. Ebenso stellen Masten und Stromleitungen ein mögliches Hindernis für Vögel und Fledermäuse dar.

Wann sind Erdkabel Pflicht?

Unter rein wirtschaftlichen Gesichtspunkten sind Freileitungen der Erdverkabelung vorzuziehen. Da ein Spannungsfeld zwischen dem Ausbau erneuerbarer Energien, der kostengünstigen Bereitstellung von Energie und der Akzeptanz in der Bevölkerung besteht, wurden gesetzliche Rahmenbedingen geschaffen, bei denen unter gewissen Umständen eine Erdverkabelung dem Freileitungsbau vorzuziehen ist.

So wurde 2015 per Gesetz ausschließlich für die Übertragungsnetze eine Erdverkabelung neuer HGÜ-Projekte als Soll- und für HDÜ-Projekte als Kann-Vorschrift festgelegt.

Auf Verteilnetzebene gilt hingegen § 43h EnWG, wonach Hochspannungsleitungen (110 kV und weniger) als Erdkabel auszuführen sind, wenn die Kosten für das Erdkabel die Kosten für die Freileitung um den Faktor 2,75 nicht übersteigen. Ein Freileitung kann dennoch gebaut werden, wenn öffentliche Belange dem nicht entgegenstehen.