Blackout - Versorgungssicher mit Erneuerbaren Energien?

Datum: 21.10.2003 - Berichtigung vom 17.12.05 in Rot

Blackout - Versorgungssicher mit Erneuerbaren Energien ?

Was wir aus den Stromausfällen in USA, Großbritannien, Skandinavien und Italien und im Münsterland für die Zukunft der Erneuerbaren Energien lernen können

von Wolf von Fabeck
Geschäftsführer im Solarenergie-Förderverein Deutschland

Es darf doch nicht wahr sein: Ein Baum fällt in der Schweiz auf eine Hochspannungsleitung und in der Folge ist ganz Italien ohne Strom! Versorgungssicherheit wird zum öffentlichen Thema. Die deutschen Stromversorger machten unmittelbar nach dem italienischen Blackout darauf aufmerksam, dass für Deutschland keine Gefahr bestanden hätte, dass aber in zehn Jahren 40.000 MW Kraftwerkskapazität ERNEUERT werden müssten. Sie suggerieren damit, dass ausschließlich mit der bisherigen Kraftwerksstruktur die Versorgungssicherheit erhalten werden könne. Hier müssen wir Freunde der Erneuerbaren rasch antworten.

Versorgungssicherheit - mit Erneuerbaren Energien?

Wie mag es wohl um die Sicherheit der Stromversorgung bestellt sein, wenn später einmal wetterabhängige Wind- und Solaranlagen die Stromversorgung übernehmen, fragen uns nun selbst Freunde der Erneuerbaren Energien. Werden wir dann vielleicht alle paar Wochen im Dunkeln sitzen? Um diese Frage kompetent beantworten zu können, müssen wir uns zunächst einmal mit den Ursachen für die Zusammenbrüche befassen und dann überzeugend darstellen, ob und wie diese Ursachen bei einer zukünftigen Stromversorgung aus Erneuerbaren Energien vermieden werden können.

Wie kommt es zu einem landesweiten Blackout?

Wichtig für das Verständnis ist folgende Grundtatsache: Aus physikalischen Gründen können die Verbraucher insgesamt nicht mehr Strom verbrauchen als jeweils im gleichen Augenblick in allen Kraftwerken insgesamt erzeugt wird. Versuchen sie es trotzdem, geht die Spannung im Netz herunter, die Elektrogeräte verbrauchen infolgedessen weniger Strom (der Verbraucher merkt es bisweilen an einem Nachlassen der elektrischen Beleuchtung), und es entsteht ein neues Gleichgewicht zwischen dem zwangsweise unmerklich verminderten Stromverbrauch und der vorher nicht ganz ausreichenden Stromerzeugung. In geringen Grenzen kommen solche kleinen Spannungsänderungen ständig vor und werden möglichst rasch durch eine Erhöhung oder Verringerung der Erzeugerleistung wieder ausgeglichen. Erst wenn die Erzeugerleistung so weit abnimmt, dass bestimmte Spannungswerte im Netz unterschritten werden, kann es dramatisch werden. Nehmen wir also an, dass plötzlich und unvorhergesehen eine Übertragungsleitung unterbrochen wird, über welche Importstrom in ein Land fließt, dessen eigene Kraftwerkskapazität im Moment des Unfalls nicht ganz ausreicht. Die zweckmäßigste Reaktion wäre hier ein Abschalten aller nicht-lebenswichtigen Elektrogeräte. Es ließen sich durchaus Automaten einbauen, die dies automatisch auf ein geeignetes Rundsteuersignal hin durchführen würden, doch diese Lösung ist nicht vorgesehen. Die Stromwirtschaft wirbt ja sogar im Gegenteil damit, dass sie IMMER die benötigte elektrische Leistung zur Verfügung stellen wird.

So entsteht also plötzlich durch den Ausfall des Importstroms ein heftiges Defizit im Stromangebot gegenüber der Nachfrage. Dieses Defizit führt nun aber nicht im ganzen Land - wie weiter oben beschrieben - zum schlagartigen Absinken der Spannung etwa auf die Hälfte oder so, also auf ein neues Gleichgewicht zwischen Stromangebot und Stromnachfrage. Ein solches Gleichgewicht wäre zwar theoretisch möglich und auch technisch verwirklichbar, doch tolerieren die Verbraucher keine dunkelgelb glimmenden Beleuchtungskörper, hängenbleibende Bohrmaschinen und andere Unerträglichkeiten, wie sie in Kriegs- und Katastrophenfällen an der Tagesordnung waren und sind. Es kann dabei ja sogar zu Defekten an einigen Geräten kommen. Deshalb wird nach der geltenden Sicherheitsphilosophie lieber eine "saubere" Abschaltung vorgenommen.

Zunächst aber noch eine Überraschung: Obwohl sich elektrischer Strom fast mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet, nimmt das Stromangebot nicht schlagartig im ganzen Land ab; es wird also nicht sofort dunkel. Diese kurze Gnadenfrist wird durch die MOMENTANRESERVE ermöglicht, die aus den Schwungmassen der rotierenden Generatoren in den großen Kraftwerken stammt. Wenn den rotierenden Generatoren mehr elektrische Energie entnommen wird, als ihnen an Antriebsenergie zugeführt wird, nutzen sie ihren "Schwung" (gespeicherte kinetische Energie) aus, der in zusätzliche elektrische Energie umgewandelt wird. Sie können also für Sekunden eine höhere elektrische Leistung abgeben als ihre Dauerleistung. Natürlich werden sie dabei langsamer und damit sinkt auch die Frequenz des von ihnen erzeugten Drehstroms. Dies ist das auffälligste Alarmsignal und deutet daraufhin, dass eine Trennung des Netzes vom großen Europäischen Verbundnetz stattgefunden hat, dessen Frequenz sich nur bei der Gefahr eines gesamteuropäischen Blackouts ändern würde. Jetzt bleiben nur noch Sekunden für eine gezielte Gegenreaktion. Nach einem Alarmplan muss vollautomatisch die SEKUNDENRESERVE mobilisiert werden:

  • Ein oder mehrere Dampfkraftwerke, deren volle Leistung bis dahin nicht benötigt wurde, werden absichtlich "angedrosselt" betrieben. Das heißt: Ihre Heizkessel arbeiten mit voller Leistung, den Generatoren wird aber nicht die volle Dampfleistung zugeführt. Ihre Drosselung wird jetzt blitzschnell geöffnet und die Generatoren erhalten die volle Dampfleistung, können also ohne zeitraubenden Anheizvorgang mehr Leistung liefern.
  • Ein oder mehrere Dampfkraftwerke werden nach vertraglicher Vereinbarung mit dem regelverantwortlichen Übertragungsnetzbetreiber ständig absichtlich in Teillast betrieben. Der Teillastbetrieb - z.B. mit 40 % der Nennleistung - besteht darin, dass das Kraftwerk nicht mit voller Brennstoffzufuhr gefahren wird, etwa wie ein Auto, bei welchem das Gaspedal nicht voll durchgetreten ist, und welches deshalb nicht mit Höchstgeschwindigkeit fährt. Der Brennstoffverbrauch ist dann entsprechend geringer. Jetzt wird durch weiteres Öffnen der Dampfventile und gleichzeitiges Erhöhen der Brennstoffzufuhr die Leistungsabgabe schlagartig erhöht.
  • Gleichzeitig öffnen sich die Schieber der riesigen Pumpspeicherkraftwerke, deren obere Becken natürlich gefüllt sein müssen. Jetzt rauschen große Wassermengen durch die Fallrohre und treiben dort die Turbinen an, deren Generatoren nun ebenfalls das Stromangebot ausgleichen.

So wird Zeit gewonnen, in der eines oder mehrere der bisher nicht benötigten Mittellastkraftwerke angeheizt werden können, und in der auf jeden Fall die defekte Hochspannungsleitung repariert werden muss. Wenn aber die hier geschilderte Vorsorge nicht getroffen wurde, hilft nur noch die Zwangsabschaltung einer angemessenen Zahl von Verbrauchern, möglicherweise einer ganzen Provinz, um den weiteren Rückgang von Spannung und Frequenz sowie den landesweiten Blackout zu verhindern.

Doch offenbar ist man darauf nicht vorbereitet gewesen. So bleiben nur noch die automatischen Sicherungssysteme der Kraftwerke des Landes, die jetzt eine "Entscheidung" treffen. Wenn Spannung oder Frequenz einen zugelassenen Mindestwert unterschreiten, trennen sie das ganze Kraftwerk vom Netz und stellen die weitere Brennstoffzufuhr ab. Der ungenutzte Kesseldruck entweicht zischend als Dampfwolke durch die Sicherheitsventile und das Kraftwerkspersonal ahnt, dass in den nächsten Stunden oder Tagen eine Menge Arbeit zum Wiederanfahren der Anlage bevorsteht.

Der Dominoeffekt:

Wenn das erste Kraftwerk automatisch vom Netz gegangen ist, wird nun das Ungleichgewicht zwischen Stromangebot und Stromnachfrage noch schlimmer, ist der landesweite Zusammenbruch nicht mehr aufzuhalten. Landesweit sinken Spannung und Frequenz noch schneller ab und immer mehr Kraftwerke gehen vom Netz. Wie bei dem Spiel mit den senkrecht stehenden Dominosteinen reißt der erste umkippende Stein alle anderen mit. Ein rasches Wiedereinschalten der Kraftwerke nach der erfolgten Reparatur des auslösenden Leitungsdefekts ist zunächst ausgeschlossen, weil die überwiegende Mehrheit der Stromverbraucher ihre Elektrogeräte nicht ausschaltet und jedem Kraftwerk, welches alleine den Versuch eines Neustarts wagen würde, eine Vielzahl energiehungriger Verbraucher gegenübersteht, deren Bedarf es nicht einmal annähernd befriedigen kann. Das Wiedereinschalten ist deshalb nur netzabschnittsweise nach einem genauen Plan möglich und kann sich über Stunden hinziehen. Im ganzen Land gehen also für viele Stunden die Lichter aus, Fahrstühle und Untergrundbahnen bleiben in ihren Schächten stecken, die Wasserversorgung bricht zusammen, weil die Pumpen nicht mehr arbeiten. In technischer Hinsicht bricht finsteres Mittelalter herein, ohne dass jemand darauf vorbereitet ist.

Die Schuldfrage:

Und nun wird die Frage nach der Verantwortung gestellt. Technisches oder menschliches Versagen? Wer ist Schuld, wer hätte den Blackout verhindern können? Wenn ein Orkan einen Baum auf eine Hochspannungsleitung schleudert und sie damit zerstört, so sieht dies zunächst aus wie "höhere Gewalt" und vermittelt den Eindruck, als gäbe es keinen Schuldigen, doch greift dieser Erklärungsversuch zu kurz. Die Vorgänge, die zum landesweiten Blackout führen, wurden vorher absichtlich etwas ausführlicher dargestellt, damit ein Eindruck von der Komplexität entsteht, ein Eindruck davon, wie viele Dinge zusammen kommen müssen, damit ein Blackout NICHT geschieht. Die Schuld besteht nämlich nicht in einem fehlerhaften Tun, sondern sie liegt in einem Bündel von Unterlassungen. Die Suche nach einem Schuldigen ist deshalb nicht einfach und sie führt uns einige Jahre in die Vergangenheit.

Verantwortung liegt beim Netzbetreiber

Der erste Anstoß für einen Blackout kann sowohl in einem plötzlich versagenden Kraftwerk, er kann aber auch in einem Ausfall des Stromnetzes liegen. Die rasche Ausbreitung des Schadens nach dem Dominoeffekt jedoch kann nur der verantwortliche Netzbetreiber verhindern.

Anstoß und Ursache sind hier zu unterscheiden: Die tiefere Ursache für die landesweite Ausbreitung des Blackouts liegt nicht an den Kraftwerken oder an dem umstürzenden Baum, sondern an mangelnder Vorsorge durch die Übertragungsnetzbetreiber. Geht man den Dingen dann noch weiter auf den Grund, stellt man fest, dass der Fehler in einer Energiepolitik liegt, die ihre Verantwortung nicht mehr erkennt, geschweige sie wahrnimmt.

Die Energiepolitik nimmt ihre Verantwortung nicht wahr

Wir kommen hier zu einem strukturellen Problem. Stichworte sind: Zentralisierung, Privatisierung, Verlust der staatlichen Kontrolle, Irrglaube an die alles regelnde Kraft des freien Marktes.

Beschränken wir uns in dieser Angelegenheit einmal auf die Verhältnisse in Deutschland. Das noch bis November 1997 geltende Energiewirtschaftsgesetz aus dem Jahr 1935 enthielt in § 13 die Bestimmung:
"Der Reichswirtschaftsminister erläßt Vorschriften und Anordnungen über die technische Beschaffenheit, die Betriebssicherheit, die Installation von Energieanlagen (... ) sowie deren Überwachung".

Im Überschwang der Liberalisierung wurde dieser Passus 1997 ersatzlos gestrichen. Im Energiewirtschaftsgesetz vom 28.11.97 fehlt die Ermächtigung für den Erlass von Vorschriften zur Netz-Sicherheit und ihrer Überwachung. Auch gibt es keine Behörde zur Überwachung der Stromnetze mehr. Der Glaube an die alles regelnden Kräfte des freien Marktes hat damals dem Gesetzgeber die Hand geführt. Er hat übersehen, dass im Bereich der Stromnetze kein freier Markt existiert.

Der eigentliche Disziplinierungsmechanismus, der Unternehmer zur Qualitätssicherung zwingt, ist der Wettbewerb. Wer keine Qualität anbietet, verliert seine Kunden. Wettbewerb ist aber durch die das Quasi- Monopol der Netzbetreiber, d.h. durch die praktische Unmöglichkeit, Parallelnetze in einem fremden Versorgungsgebiet zu errichten, ausgeschaltet. Die Netzbetreiber handeln somit nur noch nach ihrem Eigeninteresse und dieses wird ausschließlich von finanziellen Abwägungen bestimmt. Erwägungen zum Gemeinwohl spielen da keine Rolle.

Fragen wir also - ganz im Sinne dieser Abwägung von Kosten und Nutzen: Was riskiert eigentlich ein Netzbetreiber, der sein Stromnetz nicht so sicher ausgestaltet und betreibt, wie es nach dem technischen Wissenstand möglich ist, so dass es sogar durch einen umfallenden Baum außer Funktion gesetzt werden kann?

  1. Die Kunden können ihn nicht verlassen.
  2. Eine strafrechtliche Verfolgung entfällt, solange nicht ein Verstoß gegen die Mindestvorschriften zur Einhaltung der elektrischen Sicherheit nachgewiesen werden kann - und diese wurden vermutlich nicht verletzt.
  3. Eine zivilrechtliche Inanspruchnahme des Netzbetreibers durch die Menge der Geschädigten ist nur noch in Spuren möglich. Die Haftpflicht der Stromnetzbetreiber gegenüber dem Stromkunden bei Stromausfall ist nämlich durch Gesetz bzw. Verordnung auf ein lächerliches Mindestmaß beschränkt:
    Die Verordnung über Allgemeine Bedingungen für die Elektrizitätsversorgung von Tarifkunden (AVBEltV) vom 21.06.79 bestimmt in § 6 unter der Überschrift "Haftung bei Versorgungsstörungen" unter anderem: "Bei grobfahrlässig verursachten Sach- und Vermögensschäden ist die Haftung des EVU gegenüber seinen Tarifkunden auf 5000 DM begrenzt. Die Haftung für Sach- und Vermögensschäden ist je Schadensereignis insgesamt begrenzt auf 20.000.000 DM bei einer Versorgung von mehr als einer Million Abnehmer."

10 EUR (20 DM) pro Kunde ist also das ganze Risiko, welches ein Netzbetreiber eingeht, der grob fahrlässig sein Netz nicht redundant auslegt (also keine Ersatzleitung vorsieht), die billigste Lösung für die Trassenführung (Freileitung statt Erdkabel) wählt, keinen Alarmplan zum Abschalten von Teilnetzen ausgearbeitet hat, nicht dafür sorgt, dass seine Pumpspeicherkraftwerke gefüllt sind. p> Die Folgen solcher unangemessenen Risikoverminderung sind absehbar... Seit der Liberalisierung des deutschen Strommarktes 1997 häufen sich die Tagungen der Stromwirtschaft, in denen Kaufleute und Techniker sich gegenseitig darüber informieren, wie man beim Ausbau und bei der Unterhaltung der Stromnetze noch mehr Geld sparen kann. Beim SFV gehen mehrmals jährlich Einladungen zu solchen Veranstaltungen ein. Es besteht die Gefahr, dass das deutsche Stromnetz - einmal eines der zuverlässigsten der Welt - sich langsam aber stetig in ein Netz verwandelt, das nur noch bei "Schönwetter" funktionieren kann. (Doch hat dies nichts mit den Erneuerbaren Energien zu tun.) Wichtiges Ziel der Energiepolitik muss deshalb die Wiedereinführung einer strengen staatlichen Kontrolle sein. Eine fachlich kompetente Netzaufsicht muss Mindestforderungen an die Sicherheit der Stromnetze ausarbeiten und durchsetzen. Dies muss unabhängig davon geschehen, ob der zukünftige Kraftwerkspark konventionell oder regenerativ sein wird. Auch bei Kohle- und Atomstrom, wollen wir ja nicht plötzlich im Fahrstuhl stecken bleiben.

Schlussfolgerung und Zusammenfassung

Aus den vorangegangenen Überlegungen lassen sich einige beruhigende Erkenntnisse zur zukünftigen Energiewende herleiten: Der Zusammenbruch der Netze war in keinem der bekanntgewordenen Fälle auf ein Versagen von Anlagen zur Nutzung der Erneuerbaren Energien zurückzuführen, sondern auf ein Versagen im Verantwortungsbereich der Übertragungsnetzbetreiber.

Wind- Wasserkraft- und Biomasseanlagen arbeiten mit rotierenden Massen; sie bieten deshalb genauso wie die Synchrongeneratoren der Großkraftwerke im Bedarfsfall eine Momentanreserve an. Diese ist bei Windanlagen wegen des großen Trägheitsradius ihrer Flügel sogar besonders hoch. Die landesweite Verteilung von Anlagen der Erneuerbaren Energien stellt einen weiteren Vorteil dar. Der oben geschilderte Dominoeffekt kann nur dann auftreten, wenn in einem Netzgebiet mehr Strom verlangt wird als gleichzeitig zur Verfügung gestellt werden kann. Je ausgewogener also das lokale Verhältnis zwischen Stromverbrauchern und Stromerzeugern ist, desto leichter ist es schaltungstechnisch, im Katastrophenfall das Verbundnetz in unabhängig voneinander reagierende selbständige Teilnetze aufzutrennen, und so den Totalausfall zumindest räumlich einzugrenzen. Dies spricht besonders für den Ausbau der Solarenergie auf den Dächern der Ballungszentren und für einen Ausbau der Windenergie auch im küstenfernen Binnenland.

Die Aufteilung der Leistung in viele kleine Anlagen der Erneuerbaren Energien stellt ebenfalls einen Vorteil dar. Der unvorhergesehene Ausfall einer kleinen Stromerzeugungseinheit kann viel leichter ausgeregelt werden als der unvorhergesehene Ausfall eines großen konventionellen Kraftwerks. Eine Vielzahl kleiner, anstelle weniger großer Anlagen, erhöht deshalb die Versorgungssicherheit. Die Frage der Versorgungssicherheit ist natürlich auch eine Frage der Sicherheit bestimmter Kraftwerkstypen bei extremer Witterung. Hier ist eine Erfahrung des jüngsten Zeit zu erwähnen: Wind- und Solarstromanlagen bekommen keine Kühlungsprobleme, wie sie im vergangenen Sommer bei fossilen und atomaren Großkraftwerken an den zum Rinnsaal eingetrockneten Flüssen auftraten.

Stromerzeugung aus Biomasse muss besser vergütet werden

Die Frage, wie eine Stromversorgung ohne konventionelle Kraftwerke aufrecht erhalten werden kann, wenn die Sonne nicht scheint und der Wind nicht weht, wird im Artikel "Grundlastfähigkeit oder Regelbarkeit - Ihre Bedeutung für die künftige Stromversorgung" ausführlicher behandelt. Hier nur soviel: Je höher der Anteil an rasch regelbaren und zuschaltbaren Stromerzeugungseinheiten ist, desto leichter kann der verantwortliche Netzbetreiber ein Defizit im Stromangebot durch Abruf von Reserveleistung ausgleichen. Hieraus ergibt sich die Forderung nach einem höheren Anteil von Speicherkraftwerken und regelbaren Biomassekraftwerken. Die Notwendigkeit einer besseren Einspeisevergütung für Strom aus Biomasse wird hier deutlich.

Mit einer über das ganze Land gut verteilten großen Zahl Stromerzeugungsanlagen der Erneuerbaren Energien bei einem hohen Anteil regelbarer Biomassekraftwerke sind wir demnach auf dem richtigen Weg.