Netzfrequenz: Was ist das? Eine einfache Erklärung

Die Netzfrequenz ist der Herzschlag unseres Stromnetzes. Sie zeigt an, wie oft der Strom pro Sekunde seine Polarität ändert bzw. wie viele Wechselstromzyklen es pro Sekunde gibt. In Europa sind es genau 50 Spannungswellen pro Sekunde. Damit wechselt der Strom 100-mal seine Polarität bzw. Richtung. Diese Frequenz von 50 Hertz (Hz) muss konstant gehalten werden, denn die Netzfrequenz ist mehr als nur eine technische Größe: Sie ist der wichtigste Indikator dafür, ob unser Stromnetz stabil läuft.

Die Koordination dieses Systems ist eine absolute Meisterleistung: Von Portugal bis Polen, von Dänemark bis Griechenland – überall in Europa schwingt der Strom im exakt gleichen Takt. Dieses riesige Verbundnetz wird von der Vereinigung der europäischen Übertragungsnetzbetreiber (ENTSO-E) koordiniert. Gemeinsam mit den nationalen Netzbetreibern sorgt ENTSO-E für eine stabile Frequenz im Stromnetz.

Der Fall der verspäteten Wecker zeigt, wie sehr die Stromnetze in den verschiedenen Ländern Europas miteinander verbunden sind: Ein politischer Konflikt zwischen Serbien und Kosovo hatte die 50-Hertz-Frequenz und die Netzzeit minimal abgesenkt – mit Auswirkungen überall in Europa. Was wie eine Kuriosität klingt, verdeutlicht eine wichtige Tatsache: Das europäische Stromnetz ist ein großes, synchronisiertes System.

Wichtig: Die erzeugte Strommenge muss zu jedem Zeitpunkt exakt der verbrauchten Menge entsprechen. Wird mehr Strom verbraucht als erzeugt, sinkt die Frequenz unter 50 Hertz. Wird mehr erzeugt als verbraucht, steigt sie über 50 Hertz. Die Folgen können gravierend sein: Bei zu niedriger Frequenz laufen elektrische Geräte langsamer, bei zu hoher schneller. Im schlimmsten Fall droht ein großflächiger Blackout.

Doch warum nutzen wir überhaupt Wechselstrom, der ständig die Richtung ändert? Wäre nicht Gleichstrom besser geeignet, der konstant in eine Richtung fließt und somit keine Frequenz hat? Die Antwort liegt in der Geschichte der Elektrifizierung und ist auch heute noch entscheidend für unser modernes Stromnetz.

Die Entscheidung für Wechselstrom fiel bereits vor über 100 Jahren und sie prägt unser Stromnetz bis heute. Beim Wechselstrom ändert der Strom regelmäßig seine Fließrichtung, in Europa 50-mal pro Sekunde. Das klingt zunächst umständlich, bietet aber entscheidende Vorteile.

Der wichtigste Vorteil: Wechselstrom lässt sich sehr effizient über weite Strecken transportieren. Dafür wird er auf hohe Spannungen bis zu 380.000 Volt „hochtransformiert“. Das sind etwa 1.650-mal mehr als die 230 Volt in unseren Steckdosen. Je höher die Spannung, desto geringer die Verluste beim Transport. Bevor der Strom in unseren Haushalten ankommt, wird er wieder auf 230 Volt „heruntertransformiert“. Mit Gleichstrom wäre diese einfache Spannungsänderung nicht möglich.

Die 50-Hertz-Frequenz ist ein historisch gewachsener Kompromiss: hoch genug für effiziente Transformatoren, niedrig genug für eine stabile Übertragung. In den USA entschied man sich für 60 Hz – beide Systeme funktionieren gut, sind aber nicht direkt miteinander kompatibel.

Die Verwendung von Wechselstrom bringt aber auch Herausforderungen mit sich: Die Netzfrequenz muss permanent überwacht und stabilisiert werden. Wie das geht, erfährst du im nächsten Kapitel. 

Damit die Frequenz im Stromnetz stabil bei 50 Hz bleibt, gibt es ein ausgeklügeltes dreistufiges Sicherheitssystem. Mit ständigen Netzfrequenzmessungen wird geprüft, ob die Frequenz im gewünschten Bereich liegt. 

Ist zu wenig Strom im Netz, wird positive Regelenergie zugeschaltet – also mehr Strom eingespeist oder der Verbrauch gesenkt. Ist zu viel Strom im System, sorgt negative Regelenergie für den Ausgleich, indem die Einspeisung reduziert oder der Verbrauch erhöht wird. Jede Stufe hat dabei ihre eigene Aufgabe und Reaktionszeit: 

• Primärregelung: Reagiert innerhalb von Sekunden, alle großen Kraftwerke passen automatisch ihre Leistung an.

• Sekundärregelung: Steht innerhalb von fünf Minuten zur vollen Verfügung, aktiviert zusätzlich schnelle Kraftwerke.

• Minutenreserve: Greift innerhalb von 15 Minuten, sorgt für langfristigen Ausgleich.

Sobald die Netzfrequenz um mehr als 0,01 Hz vom Sollwert abweicht, reagieren zunächst alle großen Kraftwerke mit mehr als 100 MW Leistung automatisch. Wie ein Reflex des Stromnetzes passen sie innerhalb von Sekunden ihre Leistung an – ganz ohne menschliches Zutun. Die schweren rotierenden Massen in den Generatoren helfen dabei, erste Schwankungen abzufedern.

Innerhalb von fünf Minuten steht zusätzlich die Sekundärregelung zur Verfügung. Besonders flexible Kraftwerke wie Pumpspeicherkraftwerke oder moderne Gaskraftwerke werden automatisch zugeschaltet. Sie unterstützen die Primärregelung und können ihre Regelleistung schnell erhöhen oder senken. Die Steuerung erfolgt gezielt in der Region, wo die Frequenzabweichung entstanden ist.

Die Minutenreserve startet nach 15 Minuten und sorgt für einen dauerhaften Ausgleich. Hier werden zusätzliche Kraftwerke hochgefahren oder gedrosselt, Industriebetriebe passen ihren Verbrauch an und, wenn nötig, wird Strom aus dem Ausland importiert. 

Die Regelenergie ist dabei nur ein Teil eines größeren Systems: des Lastenmanagements. Während die Regelenergie für die kurzfristige Stabilisierung sorgt, umfasst das Lastenmanagement viele weitere Komponenten.

Die Regelenergie sorgt also für die kurzfristige Stabilisierung, das Lastenmanagement reicht jedoch viel weiter: Es koordiniert die gesamte Planung und Steuerung von Stromerzeugung und -verbrauch – von der Minutenebene bis hin zu langfristigen Prognosen.

Das Lastenmanagement beinhaltet u. a.:

• kurzfristige Stabilisierung durch Regelenergie

• Planung der Kraftwerkeinsätze

• Steuerung großer Industrieverbraucher

• flexible Stromtarife

• internationale Koordination

Besonders die Planung spielt eine wichtige Rolle: Die Übertragungsnetzbetreiber erstellen Prognosen für den Verlauf von Erzeugung und Verbrauch und koordinieren Kraftwerke und große Verbraucher. Industriebetriebe melden zum Beispiel an, wann sie besonders viel Strom benötigen. Die Netzbetreiber können dann entsprechend reagieren und so die Netzfrequenz in Deutschland und Europa stabil halten.

Doch das traditionelle Lastenmanagement steht vor neuen Herausforderungen: Immer mehr Strom kommt aus erneuerbaren Quellen und die lassen sich nicht so einfach planen wie klassische Kraftwerke. Wenn Wolken aufziehen oder der Wind nachlässt, sinkt die Stromerzeugung. Frischt der Wind wieder auf oder scheint viel Sonne, produzieren Windparks oder Solaranlagen plötzlich sehr viel Strom. Das Lastenmanagement muss heute also deutlich flexibler sein als früher.

Die Integration erneuerbarer Energien ist eine zentrale Herausforderung für unser Stromnetz. Bis 2030 sollen sie mindestens 80 Prozent des deutschen Stromverbrauchs decken. Das bedeutet: Das Stromnetz und vor allem der Stromverbrauch müssen deutlich flexibler werden.

Hier kommen innovative Technologien ins Spiel: Eine zentrale Rolle werden künftig Smart Grids, also intelligente Stromnetze, spielen. Bis die umgesetzt sind, können auf der Seite der Verbrauchenden insbesondere Stromspeicher in Verbindung mit Solaranlagen und Wärmepumpen ein Gamechanger sein. Sie speichern dank Steuerbarkeit überschüssige Energie, wenn viel erneuerbare Energie im Netz ist, und stellen sie zur Verfügung, wenn die Sonne mal nicht scheint. So können die Schwankungen im Stromnetz flexibel und in Echtzeit ausgeglichen werden.

Mit intelligenten Systemen wie Heartbeat AI kannst du deinen Stromverbrauch optimal an die Schwankungen im Netz anpassen – und so deine Stromkosten senken. Die künstliche Intelligenz erkennt automatisch, wann viel erneuerbare Energie bei wenig Nachfrage im Netz verfügbar ist und die Preise in der Folge  niedrig sind. 

Diese Flexibilität hat gleich zwei Vorteile: Sie hilft dabei, das Stromnetz und die Frequenz stabil zu halten. Außerdem sicherst du dir mit dem Stromtarif Dynamic Pulse von 1KOMMA5° immer den günstigsten und saubersten Strom.