Die Netzfrequenz: Warum die 50 Hertz so wichtig sind

Die Netzfrequenz spielt eine zentrale Rolle in der Aufrechterhaltung der Stromversorgung und der Stabilität des Energienetzes. Die Netzfrequenz gibt die Anzahl der Wechselstromzyklen pro Sekunde an und wird in Hertz gemessen. Im Unterschied zu Gleichstrom, der einen konstanten Stromfluss in eine Richtung aufrechterhält, ändert Wechselstrom ständig seine Richtung, was zur periodischen Änderung der Netzfrequenz führt.

Im deutschen sowie im europäischen Stromnetz beträgt die Standardnetzfrequenz 50 Hertz. Diese 50 Hertz sind gleichbedeutend mit der Anzahl der Schwingungen pro Sekunde im Wechselstromnetz und sind entscheidend für die Synchronisation von Stromerzeugung und -verbrauch. Denn hier besteht ein Verhältnis, das stabil bleiben muss. Ähnlich wie auch ein Wasserrohr einen gewissen Druck haben muss: Verbrauchen viele Haushalte parallel Wasser, verringert sich der Druck in der Leitung und muss entsprechend erhöht werden. Wird er nicht erhöht, haben wir nur noch ein Plätschern am Wasserhahn. Andersherum droht die Gefahr, dass es irgendwo zum Leck kommt, wenn der Druck zu hoch ist. Diese Konstanz ist ebenso entscheidend für den reibungslosen Betrieb elektrischer Geräte und Systeme im gesamten Land.

Eine stabile Netzfrequenz ist jedoch kein statisches Phänomen, sondern erfordert präzise Koordination und Überwachung. Hierbei kommt den Übertragungsnetzbetreibern eine entscheidende Rolle zu. Sie überwachen fortlaufend die Netzfrequenz und greifen bei Bedarf ein, um Schwankungen auszugleichen und die Frequenz auf dem optimalen Niveau zu halten. Diese Feinabstimmung ist von essenzieller Bedeutung, da sie nicht nur die Effizienz der Stromversorgung gewährleistet, sondern auch die Sicherheit und Langlebigkeit der angeschlossenen elektrischen Geräte oder gar der Generatoren in Kraftwerken beeinflusst.

Um zu verstehen, wie sensibel diese Frequenz unser Stromnetz beeinflusst, genügt ein Blick auf die Zahlen: Alles außerhalb des Bereichs von 49,8 bis 50,20 Hertz gilt als schwere Störung. In der Folge werden dann Maßnahmen zur Regulierung der Netzfrequenz eingeleitet. 

An dieser Stelle kommt die Regelenergie ins Spiel. Ist die Netzfrequenz dabei zu gering, wird zusätzlicher Strom ins Netz eingespeist. Diese positive Regelenergie wird beispielsweise durch Kraftwerke realisiert, die in der Lage sind, ihre Einspeiseleistung in wenigen Sekunden oder Minuten zu steigern. Reicht das nicht aus, muss der Verbrauch heruntergefahren werden - etwa durch Großabnehmer, die vorübergehend geplant vom Netz genommen werden. Im Falle einer zu hohen Netzfrequenz spricht man hingegen von negativer Regelenergie: Hier besteht ein Überangebot an Strom und in der Folge muss entweder die Stromproduktion verringert oder mehr Strom abgenommen werden. Eine Herausforderung der Erneuerbaren Energien liegt daher darin, den überschüssigen Strom an sonnigen und windigen Tagen zu speichern.

Da der Anteil Erneuerbarer Energien im deutschen Energiemix ständig zunimmt und immer mehr Autos und Heizungen auf Strom umgestellt werden, wird die Aufrechterhaltung der Netzfrequenz zu einer noch komplexeren Herausforderung, die innovative Lösungen und eine ständige Anpassung der Infrastruktur erfordert. Denn von Wind- und Solarenergie können wir zwar für immer umsonst leben, und das klimaneutral, aber wir sind damit auch sehr zeitgebunden. Denn Wind und Sonne sind nicht immer da und dafür punktuell dann umso intensiver. Zurück zur Analogie der Wasserleitung bedeutet extremer Wind oder ein sehr sonniger Tag also einen enormen Druck auf unsere Leitungen. Und wenn beides ausbleibt, eben zu wenig.

Neben allen offenkundigen Vorteilen der erneuerbaren Energien führen sie uns also auch zu einem Problem auf zwei Ebenen: Unser nachhaltiger Strom ist nicht primär dann verfügbar, wenn wir ihn brauchen. Und damit einher geht eine noch größere Schwierigkeit, die Netzfrequenz im Soll-Bereich zu halten. Es gibt als Angebot und Nachfrage und parallel dazu das tatsächliche, physische Gleichgewicht zwischen Stromerzeugung und Verbrauch.

Bis 2030 soll der Bruttostromverbrauch in Deutschland zu mindestens 80 Prozent aus Erneuerbaren Energien gedeckt werden – so die Pläne der Bundesregierung. Kürzlich bestätigte eine Studie sogar die Machbarkeit, gleich ganz Europa bis zu diesem Zeitpunkt zu 100 % auf Erneuerbare Energien umzurüsten. Auch wenn das wohl so nicht eintreffen wird, steht damit zumindest für Deutschland fest, dass das Stromnetz und der Stromverbrauch flexibler werden müssen, um sich dieser Art der Energieerzeugung anzupassen.

Eine Möglichkeit dazu liegt in den Stromspeichern, wie es sie bei privaten Betreibern von Solaranlagen im Keller gibt. In der Menge verfügen diese Batteriespeicher über das Potenzial, in Echtzeit überschüssige Energie aufzunehmen oder im gegenteiligen Fall auch in Echtzeit Energie ins Netz einzuspeisen. Wenn sie in denjenigen Zeitfenstern geladen werden, in denen Erneuerbare Energien im Überfluss vorhanden sind, können sie die gespeicherte Energie dann im Haus nutzbar machen, wenn die Sonne nicht scheint und der Wind nicht weht.

Es ist jedoch auch möglich, den direkten Verbrauch an die Erzeugung und ihren Rhythmus anzupassen. So kann beispielsweise das Elektroauto geladen werden, sobald zu viel Strom verfügbar ist oder die Wärmepumpe kann in diesem Zeitraum intensiv heizen. Was umständlich klingt, ist mit einem intelligenten Energiemanagementsystem wie Heartbeat ganz einfach: Das smarte Gerät erkennt in Echtzeit, wann der Strompreis an der Strombörse besonders günstig ist, weil gerade Solar- und/oder Windenergie reichlich verfügbar sind. Ohne menschliches Zutun kann dann die Wärmepumpe in Betrieb genommen und das Elektroauto geladen werden.

Indem wir den Verbrauch der Stromerzeugung folgen lassen, lösen wir also nicht nur das Problem aus dem Zusammenspiel zwischen Erneuerbaren Energien und der Netzfrequenz, sondern betreiben unsere Geräte auch noch wesentlich günstiger als unsere Nachbarn, die nicht von schwankenden Strompreisen profitieren können.