Erneuerbare Energien

Wie Schaltvorgänge Engpässe im Stromnetz entschärfen

Vorhandene Schalter können Stromflüsse verändern und Leitungen entlasten. Wie das funktioniert und wo die Grenzen liegen.

Von Wolfgang

01. Nov. 20265 Min. Lesezeit

Eine Stromleitung ist überlastet, anderswo im selben Netz bleiben Reserven. Manchmal können Netzbetreiber diesen Engpass entschärfen, indem sie vorhandene Schalter anders einstellen. Die Veränderung der Verbindungen verteilt die elektrischen Flüsse neu. Ob das hilft, hängt vom gesamten Netz und seiner aktuellen Belastung ab.

Die Methode heißt Topologieoptimierung. Sie nutzt keine neue Stromquelle und macht eine einzelne Leitung nicht stärker. Sie sucht eine günstigere Verschaltung des vorhandenen Netzes. In Teilen der USA gehört sie bereits zum Werkzeugkasten gegen teure Engpässe. Doch vor jeder Änderung steht die Frage, ob das Netz auch bei einem weiteren Ausfall sicher bleibt.

Warum eine Verbindung zum Problem werden kann

Ein Stromnetz besteht aus vielen miteinander verbundenen Leitungen, Umspannwerken und Schaltern. Kraftwerke, Speicher und Verbraucher speisen an verschiedenen Stellen ein oder entnehmen Energie. Der Strom verteilt sich dabei über die verfügbaren Verbindungen nach den elektrischen Eigenschaften des Netzes. Betreiber können ihm nicht wie einem Paket eine beliebige Route zuweisen.

Eine Leitung oder ein anderes Betriebsmittel darf nur innerhalb seiner technischen Grenzen belastet werden. Wird eine Grenze erreicht, kann das Netz an dieser Stelle zum Engpass werden, obwohl benachbarte Leitungen noch nicht ausgelastet sind. Netzbetreiber müssen dann unter Umständen die Erzeugung anders verteilen: Ein Kraftwerk vor dem Engpass fährt herunter, ein anderes hinter dem Engpass hoch. Auch erneuerbare Erzeugung kann betroffen sein.

Diese Eingriffe können Geld kosten. Wie stark sich ein Engpass auf den Preis auswirkt, hängt vom jeweiligen Markt und den verfügbaren Alternativen ab. Ein regional berechneter Nutzen lässt sich deshalb nicht ohne Weiteres auf die Rechnung eines einzelnen Haushalts umlegen.

Was ein Schalter an den Stromflüssen ändert

Die Topologie beschreibt, welche Teile eines Netzes gerade miteinander verbunden sind. Ein Schalter kann eine Leitung oder eine Verbindung in einem Umspannwerk öffnen oder schließen. Damit ändert sich die Struktur, über die sich die elektrischen Flüsse verteilen. Unter geeigneten Bedingungen wird eine stark belastete Stelle dadurch entlastet, während andere vorhandene Leitungen mehr übernehmen.

Das wirkt zunächst überraschend: Eine zusätzliche Trennung kann in einem vermaschten Netz zu einer günstigeren Verteilung führen. Das bedeutet aber nicht, dass Abschalten grundsätzlich Kapazität schafft. Ein falscher Schaltzustand kann einen Engpass verlagern oder verschärfen. Entscheidend ist die Kombination aus Netzstruktur, Einspeisung und Verbrauch zum betreffenden Zeitpunkt.

Schematischer Ablauf der Netzumschaltung — Von der Messung zur geprüften Schaltoption: vereinfachter Ablauf. (Quelle: KI generiert)

Software kann zahlreiche mögliche Verschaltungen berechnen und den Fachleuten im Netzbetrieb Vorschläge machen. Sie betrachtet dabei nicht nur die aktuelle Belastung, sondern auch vorhersehbare Folgen einzelner Ausfälle. In einem Konferenzbeitrag bei der US-Regulierungsbehörde FERC beschreiben Beteiligte beispielsweise das Öffnen und Schließen von Leitungen und Verbindungen in Umspannwerken sowie den Einsatz für Betriebsplanung und Echtzeitbetrieb.

Der eigentliche Test kommt nach der Berechnung

Ein rechnerisch günstiger Vorschlag ist noch keine Schaltanweisung. Betreiber müssen prüfen, ob die betroffenen Leitungen und Anlagen die neue Belastung vertragen und ob Schutz- und Betriebsvorgaben eingehalten werden. Ein wichtiges Szenario ist der Ausfall eines weiteren Betriebsmittels: Ein Netz kann im Normalzustand entlastet erscheinen und nach einer Störung dennoch an anderer Stelle überlastet sein.

Hinzu kommt die Abstimmung zwischen den Beteiligten. Eine Maßnahme in einem Netzgebiet kann Flüsse außerhalb dieses Gebiets verändern. In der Praxis müssen deshalb regionale Netzkoordination und die Betreiber der betroffenen Anlagen zusammenarbeiten. Daten über den aktuellen Zustand und ein ausreichend genaues Netzmodell sind die Grundlage für eine brauchbare Entscheidung.

Die bei einer FERC-Veranstaltung vorgestellten Erfahrungen von Alliant Energy, dem Netzbetreiber ATC und dem Softwareanbieter NewGrid beschreiben genau diese Zusammenarbeit: Vorschläge zur Entlastung wichtiger Engpässe werden gemeinsam mit dem regionalen Koordinator MISO und weiteren Netzbetreibern bewertet. Der Beitrag stammt von Beteiligten; er zeigt einen praktischen Einsatz, aber keine für jedes Netz gültige Erfolgsquote.

Was die US-Zahlen aussagen

Dass die Methode mehr als ein Gedankenspiel ist, zeigt ein Beispiel aus dem mittleren Westen der USA. FERC-Kommissar David Rosner nennt für das Topologieprogramm von MISO im Jahr 2025 113 Millionen US-Dollar vermiedene Engpasskosten. Die Angabe bezieht sich auf diese Region und dieses Jahr. Sie ist weder eine weltweite Prognose noch der Betrag, um den eine bestimmte Stromrechnung gesunken ist.

Rosner verweist außerdem auf eine Entscheidung für den Netzkoordinator Southwest Power Pool. Dort wurde ein Verfahren für wirtschaftlich motivierte Netzumschaltungen zugelassen. Eine solche Regel ist wichtig: Selbst wenn eine technische Möglichkeit existiert, braucht es Zuständigkeiten und Abläufe, nach denen ein Vorschlag eingereicht, geprüft und umgesetzt werden kann.

Die Größenordnung hängt vom Einzelfall ab. Wo kaum geeignete freie Wege vorhanden sind, kann eine Umschaltung wenig bewirken. Auch wenn die Belastung häufig wechselt, müssen Vorschläge zu den tatsächlichen Bedingungen passen. Ein Ertrag aus einem US-Markt lässt sich deshalb nicht einfach auf Deutschland übertragen.

Warum neue Leitungen trotzdem gebraucht werden

Topologieoptimierung hilft, vorhandene Infrastruktur besser zu nutzen. Sie kann Überlastungen entschärfen, ohne zunächst eine neue Trasse zu bauen. Andere Maßnahmen setzen an einem anderen Punkt an: Die dynamische Bewertung einer Freileitung berücksichtigt etwa Wetterbedingungen, um deren aktuell sichere Belastbarkeit zu bestimmen. Umschalten verändert dagegen die Verbindungen im Netz.

Beide Ansätze haben Grenzen. Muss dauerhaft wesentlich mehr Energie zwischen Regionen transportiert werden, reichen betriebliche Änderungen allein nicht zwangsläufig aus. Das US-Energieministerium beschreibt Netztechnologien deshalb im Zusammenhang mit der Modernisierung bestehender Leitungen und dem langwierigen Ausbau neuer Verbindungen. Auch Rosner betont, dass Umschaltungen notwendige Investitionen in Infrastruktur nicht ersetzen.

Der Nutzen liegt in der Zeit und den Möglichkeiten dazwischen: Ein Netzbetreiber kann eine vorhandene Reserve finden, eine andere Verschaltung sicher prüfen und einen konkreten Engpass verringern. Ob das gelingt, entscheidet nicht die Software allein, sondern das Verhalten des gesamten Netzes.