Mittelspannung – jetzt und künftig ein Eckpfeiler im Stromnetz
Die Mittelspannung ist das Rückgrat des deutschen Stromnetzes. Sie verbindet Erzeuger, Verbraucher und erneuerbare Energien und gilt als Schlüsseltechnologie in der Energiewende. Im künftigen Smart Grid soll sie die dezentrale Erzeugung, Netzstabilität und intelligente Steuerung unterstützen – alles unverzichtbare Bausteine für unsere Energiezukunft.
Das Wesentliche in Kürze
Definition: Im deutschen Stromnetz gibt es verschiedene Spannungsebenen, auf denen Strom transportiert wird. Die Mittelspannung umfasst Spannungsbereiche über 1.000 Volt bis ca. 30.000 Volt (1 bis 30 Kilovolt). Das Mittelspannungsnetz versorgt Regionen, Ortschaften, Industrien und Gewerbe mit Strom.
Rolle im Stromnetz: Die Mittelspannung dient als wichtiges Bindeglied zwischen Nieder- und Hochspannung sowie zwischen zentralen Kraftwerken, dezentralen Energieerzeugern und Verbrauchern.
Mittelspannung und Erneuerbare: Erneuerbare Energien werden zum Großteil dezentral erzeugt und von größeren Anlagen ins Mittelspannungsnetz gespeist. Somit stellt es einen wichtigen Faktor für den weiteren Ausbau erneuerbarer Energien in Deutschland dar.
Bedeutung im Smart Grid: Dem Mittelspannungsnetz fällt aufgrund seiner Kapazität, Reichweite und Flexibilität eine tragende Rolle im Smart Grid – dem intelligenten Stromnetz der Zukunft – zu.
Was ist Mittelspannung?
Mittelspannung bezeichnet Spannungsbereiche im Stromnetz zwischen 1 kV und 30 kV (Kilovolt). Sie dient als Bindeglied zwischen der Hochspannung, die große Energiemengen über weite Strecken transportiert, und der Niederspannung, die Haushalte und kleinere Verbraucher versorgt. Mittelspannungsnetze spielen somit eine zentrale Rolle in der regionalen Energieverteilung und beim Betrieb industrieller Anlagen. Die tatsächliche Arbeitsspannung im Mittelspannungsnetz beträgt in vielen Fällen 10 kV, 20 kV oder 30 kV.
Die Mittelspannung unterscheidet sich durch ihren Spannungsbereich sowie ihre Einsatzgebiete von der Nieder-, Hoch- und Höchstspannung. Die Niederspannung (230 V oder 400 V) versorgt vor allem Haushalte und kleine Betriebe – sie kommt also auch bei dir zuhause an. Im Gegensatz dazu ist die Hochspannung (über 30 kV bis 150 kV) für den Ferntransport von Energie zuständig. Die Mittelspannung (1 kV bis 30 kV) ist also genau zwischen die beiden geschaltet. Sie sorgt dafür, dass deine Region sowie Gewerbe und Industrie Strom erhalten.
Darüber hinaus gibt es noch die Höchstspannung (über 150 kV bis 380 kV), die von großen Kraftwerken wie auch in leistungsstarken Offshore-Windparks produziert wird. Für den Transport bis zu dir wird erst die Höchst- in Hochspannung, die Hoch- in Mittelspannung und die Mittel- in Niederspannung umgewandelt – und schließlich kannst du deinen Fernseher einschalten.
Die Grenzen zwischen den Spannungsebenen sind nicht ganz einheitlich definiert, man findet etwa für die Mittelspannung auch Werte wie 6–60 kV oder 1–52 kV. Vermutlich liegt das daran, dass nur bestimmte Werte in der Praxis Anwendung finden, wie die Grafik unten zeigt.
Klar ist aber: Unterschiedliche Verbraucher nutzen unterschiedliche Spannungen. Große Krankenhäuser zum Beispiel bedienen sich oft direkt aus dem Mittelspannungsnetz, denn sie brauchen mehr Power als Niederstrom.
Welche Rolle spielt die Mittelspannung momentan im deutschen Stromnetz?
Die Mittelspannung ist, wie schon gesagt, eine essenzielle Zwischenstufe im deutschen Stromnetz. Sie verbindet zentrale Kraftwerke, dezentrale Energieerzeuger und Verbraucher.
Technische Merkmale und Spannungsbereiche der Mittelspannung
Der Spannungsbereich der Mittelspannung ist ideal für die Übertragung von Energie über mittlere Entfernungen. Das minimiert Übertragungsverluste, während die Spannungswerte gleichzeitig niedrig genug bleiben, um Transformationskosten zu senken.
Übertragungsverluste bei Mittelspannung
Machen wir einen kleinen Ausflug zu den physikalischen Prinzipien des Stromtransports – Achtung, es wird ein wenig nerdig: Bei einer gegebenen elektrischen Leistung (P = U × I) kann die Stromstärke (I) durch eine Erhöhung der Spannung (U) reduziert werden. Um es nicht zu kompliziert zu machen: Eine niedrigere Stromstärke führt zu geringeren Verlusten.
Im Kontext der Mittelspannung bedeutet das:
Der Spannungsbereich von 1 kV bis 30 kV ist hoch genug, um die Stromstärke bei der Übertragung über mittlere Entfernungen reduzieren zu können (im Vergleich zum Hochspannungsnetz).
Das verringert Wärmeverluste in den Leitungen erheblich, was die Energieeffizienz des Netzes steigert.
Gleichzeitig bleibt die Spannung in diesem Bereich niedrig genug, um die Kosten für Transformatoren und Isolationsmaßnahmen zu begrenzen, was bei höheren Spannungen wie in Hoch- oder Höchstspannungsnetzen teurer wäre.
Die Mittelspannung bietet daher einen optimalen Kompromiss zwischen Verlustminimierung und Wirtschaftlichkeit.
Einsatzgebiete: Gewerbe, Industrie und regionale Verteilnetze
Die Mittelspannung kommt dort zum Einsatz, wo eine relativ hohe, aber eben nicht die höchste Leistung erforderlich ist. Beispiele sind:
Industrie: Große Produktionsanlagen nutzen Mittelspannung, um Energieverluste zu minimieren und einen stabilen Betrieb zu gewährleisten.
Gewerbe: Einkaufszentren, Krankenhäuser und größere Betriebe versorgen sich häufig direkt aus dem Mittelspannungsnetz.
Regionale Verteilnetze: Diese verteilen Energie auf Mittelspannung von Umspannwerken bis hin zu den Transformatoren, die sie auf Niederspannungsebene in dein Zuhause bringen.
Vorteile der Mittelspannung im Vergleich zu Nieder- und Hochspannung
Mittelspannungsnetze kombinieren die Vorteile von Nieder- und Hochspannung:
Sie verlieren über mittlere Distanzen im Vergleich zur Niederspannung weniger Energie.
Mittelspannung ist – einfacher als Hochspannung – an regionale Bedürfnisse anpassbar.
Zudem ergeben sich im Vergleich zur Hochspannung geringere Investitions- und Betriebskosten, insbesondere bei der Versorgung von regionalen Verbrauchern und dezentralen Energieerzeugern.
Bedeutung der Mittelspannung für das heutige Stromnetz
Im heutigen Stromnetz bildet die Mittelspannung eine der Grundlagen für eine verlässliche Stromversorgung. Sie stellt die effiziente Versorgung sowohl von Großverbrauchern als auch Endnutzern sicher. So weit, so gut. Was aber passiert, wenn immer mehr erneuerbare Energien ins Netz gespeist werden? Das sehen wir uns jetzt genauer an.
Mittelspannung und erneuerbare Energien – ein gutes Match
Wie lassen sich erneuerbare Energien so effizient wie möglich ins Stromnetz speisen? Dabei spielt die Mittelspannung eine zentrale Rolle: Als Schnittstelle zwischen der lokalen Einspeisung und dem überregionalen Netz transportiert sie Energie effizient und gewährleistet eine stabile Versorgung – trotz der Schwankungen, die mit Windkraft, Photovoltaik und anderen erneuerbaren Quellen verbunden sind.
Warum ist das Mittelspannungsnetz wichtig für die Erneuerbaren?
Die Erzeugung erneuerbarer Energien findet zunehmend dezentral statt, beispielsweise in Windparks, Solaranlagen und Biogasanlagen. Diese speisen ihren Strom häufig direkt in das Mittelspannungsnetz ein. Von dort gelangt die Energie zu Transformatoren, die den Strom in die Hoch- oder Niederspannungsebene weiterleiten. Die Mittelspannung übernimmt dabei eine wichtige Pufferfunktion, um Angebot und Nachfrage auszugleichen.
Kleinere Windparks, die oft an Küsten oder in ländlichen Gebieten stehen, speisen ihren Strom direkt ins Mittelspannungsnetz ein. Transformatoren heben oder senken die Spannung, je nach Bedarf.
Solaranlagen, insbesondere größere Freiflächenanlagen, nutzen die Mittelspannung für die Einspeisung, da sie so näher am Verbraucher bleiben und die Transportverluste minimieren.
Biogasanlagen erzeugen kontinuierlich Strom und speisen ihn gleichmäßig ins Mittelspannungsnetz ein, was die Netzstabilität unterstützt.
Herausforderungen: Lastflüsse, Spannungshaltung und Netzausbau
Die zunehmende Einspeisung erneuerbarer Energien stellt neue Anforderungen an das gesamte Stromnetz und insbesondere an die Mittelspannungsnetze:
Wind- und Solaranlagen erzeugen Strom je nach Wetterlage, was zu ungleichmäßigen Lastflüssen führt. Schwankungen in der Einspeisung beeinflussen außerdem die Netzspannung. Die Mittelspannungsebene muss diese Schwankungen ausgleichen, um eine konstante Versorgung zu gewährleisten. Zudem sind viele bestehende Mittelspannungsnetzenicht für die hohen Einspeisemengen ausgelegt. Der Netzausbau ist daher entscheidend, um eine bessere Integration erneuerbarer Energien zu ermöglichen.
Lösungen: dezentrale Einspeisung und smartes Netzmanagement
Erneuerbare Energien werden zu großen Teilen auf regionaler Ebene – also dezentral – eingespeist, was die Belastung der überregionalen Netze reduziert. Mittelspannungsnetze gewinnen daher zunehmend an Bedeutung, wenn es um die Steuerung des Energieflusses geht.
Ein intelligentes Netzmanagement wird dafür unumgänglich sein: Moderne Technologien wie regelbare Transformatoren, Spannungskontrollsysteme und Energiespeicher helfen, Schwankungen auszugleichen. Sie sorgen dafür, dass das Netz flexibel auf die Einspeisebedingungen reagieren kann.
Schon gewusst? Ein Netzwerk aus dezentralen Energieerzeugungsanlagen nennt man auch virtuelles Kraftwerk.
Vorteile für die Energiewende
Die Mittelspannungsebene ermöglicht eine effiziente Integration erneuerbarer Energien und trägt so maßgeblich zur Energiewende bei. Ihre zentrale Rolle im Stromnetz ist ein Schlüsselfaktor dafür, dass der Umstieg auf nachhaltige Energiequellen ohne Einbußen bei der Versorgungssicherheit gelingt.
Das Mittelspannungsnetz verbindet die dezentrale Erzeugung mit lokalen Netzen und sorgt bei Schwankungen für Ausgleich. Es stellt somit einen bedeutenden Faktor für den weiteren Ausbau erneuerbarer Energien in Deutschland dar.
Welche Rolle wird die Mittelspannung im Smart Grid spielen?
Ein Smart Grid ist ein intelligentes Stromnetz, welches
die Erzeugung, Speicherung und den Verbrauch von Strom aus unterschiedlichen Quellen miteinander verbindet,
Stromerzeugung und -verbrauch so effizient wie möglich steuert und
Leistungsschwankungen automatisch ausgleicht.
Das Ganze basiert auf smarten Informations- und Kommunikationstechnologien. Noch sind wir in Deutschland nicht so weit, aber immerhin befinden wir uns auf dem Weg zum Smart Grid.
Der Netzausbau – manche begreifen ihn auch als kompletten Umbau des Netzes, wie wir es heute kennen – ist eine grundlegende Voraussetzung für das Smart Grid.
Das Mittelspannungsnetz bietet sich für eine tragende Rolle im Smart Grid an. Es ist deswegen so zentral, weil es die optimale Schnittstelle zwischen verschiedenen Ebenen und Akteuren im Stromnetz darstellt und dabei Aufgaben erfüllt, die weder das Hoch- noch das Niederspannungsnetz effizient übernehmen könnten.
Es verbindet dezentrale Energieerzeuger (z. B. Windparks, Solaranlagen, Biogasanlagen) mit den Transformatoren, die Strom in das Niederspannungsnetz oder direkt zu größeren Verbrauchern (z. B. Industriebetrieben) leiten.
Im Gegensatz zum Niederspannungsnetz, das für die Versorgung von Haushalten optimiert ist, hat das Mittelspannungsnetz die Kapazität, größere Energiemengen von erneuerbaren Quellen aufzunehmen, über mittlere Entfernungen zu transportieren und zu verteilen.
Dezentrale erneuerbare Energiequellen wie Wind- oder Solaranlagen speisen ihre Energie oft direkt in das Mittelspannungsnetz ein, da es technisch und wirtschaftlich effizienter ist.
Es ist außerdem ein guter Dreh- und Angelpunkt für die Steuerung und Koordination von Erzeugern, Speichern und Verbrauchern. Im Niederspannungsnetz wäre das zum Beispiel nur begrenzt umsetzbar, da es dort vorrangig um die Endverbraucher geht.
Das Mittelspannungsnetz balanciert Angebot und Nachfrage auf regionaler Ebene aus, bevor Strom in das Niederspannungsnetz gelangt. Es übernimmt eine Pufferfunktion, die verhindert, dass Lastschwankungen das empfindlichere Niederspannungsnetz überlasten.
Netzregelungen wie beispielsweise die Integration von Batteriespeichern sind im Mittelspannungsnetz effizienter, weil es größere Energiemengen und eine Vielzahl von Akteuren zusammenführt.
Smart-Grid-Technologien lassen sich im Mittelspannungsnetz besonders kosteneffizient einsetzen. Es erfordert weniger Transformationsschritte als das Niederspannungsnetz und deckt größere Gebiete mit weniger Infrastruktur ab als das Hochspannungsnetz.
Das Mittelspannungsnetz dient auch als Plattform für innovative Lösungen wie virtuelle Kraftwerke, die die Steuerung und Vermarktung dezentraler Energieproduktion ermöglichen.
Im Smart Grid wird die Mittelspannung also eine Art Rückgrat bilden. Das Mittelspannungsnetz bietet die Kapazität, Reichweite und Flexibilität, um Strom effizient von dezentralen Erzeugern zu verteilen, Schwankungen auszugleichen und die Netzstabilität zu sichern. Es arbeitet auf einer Ebene, die für die Steuerung und Optimierung des Stromnetzes ideal ist.
Die Mittelspannung ist ein Eckpfeiler der künftigen Energieinfrastruktur
Die Mittelspannung ist unverzichtbar für die jetzige und die künftige Energieinfrastruktur Deutschlands. Sie trägt zur Versorgungssicherheit bei, minimiert Verluste und bringt die Voraussetzungen für eine noch bessere Integration erneuerbarer Energien in das Stromnetz der Zukunft mit sich. Um diese tragende Rolle ausfüllen zu können, ist allerdings noch ein umfassender Ausbau des derzeitigen Netzes nötig. 1KOMMA5° bringt dich auf diesem Weg aber schon jetzt voran!