Ist Europa mehrfach nur knapp am Blackout vorbeigeschrammt?

Der Fahrplan

Bevor wir uns den vier Ereignissen im Detail widmen, sollte man sich zunächst vergegenwärtigen, dass die Bewältigung von Über- wie auch Unterfrequenzzuständen – also das Vorliegen eines Leistungsüberschusses oder eines Leistungsdefizites im Netz – die grundlegendste Herausforderung beim Betrieb von Stromnetzen ist. Um Stromerzeugung und Stromverbrauch im Netz planbar im Gleichgewicht zu halten, sind Stromhändler wie auch Stromproduzenten verpflichtet, ihren Strom in Bilanzkreisen zu handeln. Mit Prognosen von Verbrauch und Erzeugung, den daraus resultierenden Bestellungen sowie Fahrplänen wird im Voraus ein Gleichgewicht im Netz geplant. Während Großverbraucher und Großkraftwerke eigene Bilanzkreise bewirtschaften, übernehmen für Kleinerzeuger wie Prosumer mit PV-Anlagen oder stromerzeugenden Heizungen die den Strom aufnehmenden Netzbetreiber oder Direktvermarkter die Prognoseerstellung. Für Letztverbraucher übernehmen wiederum die jeweiligen Energieversorger den Stromeinkauf und die Prognoseerstellung.


Die eingeplante Abweichung vom Plan

Wie bei der Wettervorhersage – die im Übrigen sehr wichtig für die Prognose von Wind und Sonnenstrom ist – tritt eine Prognose jedoch nahezu niemals genau ein. Für diesen "Regelfall" wird durch die Übertragungsnetzbetreiber sogenannte "Regelleistung" ausgeschrieben. Die am Regelleistungsmarkt teilnehmenden Betreiber flexibler Stromerzeugungsanlagen wie beispielsweise flexibilisierte Biogasanlagen, KWK-Kraftwerke und BHKW mit einem Wärmespeicher werden dafür bezahlt, sich bereitzuhalten und anhand von Steuersignalen oder der Netzfrequenz zusätzliche Leistung bereitzustellen (positive Regelleistung) oder die Stromerzeugung zu drosseln beziehungsweise die Stromerzeugung ganz einzustellen (negative Regelleistung). Alternativ zu Stromerzeugern können auch große Verbraucher Regelleistung erbringen, wenn ihr Stromverbrauch regelbar ist. Die Menge der von den Netzbetreibern marktwirtschaftlich ausgeschriebenen Regelleistung ist wiederum auch kein Zufall, sondern wird vorab genau geplant. Das Ziel aller dieser Bemühungen ist die Einhaltung einer Netzfrequenz von möglichst genau 50 Hz, wobei eine Abweichung von +/- 0,1 Hz im Regelbetrieb toleriert wird und die maximal zulässige Abweichung mit +/- 0,2 Hz spezifiziert ist.


Grenzen der Planung

Wenn jedoch vom Fahrplan derart abgewichen wird, dass die Möglichkeiten der Regelleistung zum Ausgleich von Prognosefehlern überschritten werden, kann es sehr schnell kritisch werden. Unter 49,8 Hz sowie über 50,2 Hz schalten sich beispielsweise viele ältere PV-Wechselrichter und BHKW mit Baujahren bis 2012 sowie auch bestimmte Großverbraucher mit Synchronmaschinen schlagartig ab, was zu einer Kettenreaktion führen kann. Um diesem Problem entgegenzuwirken, wurden sogar tausende alte Anlagen vor Jahren aufwendig nachgerüstet (sogenannte "50,2 Hz Problematik"), um im Falle einer Netzstörung nicht schlagartig abzuschalten, sondern im Notfall hinunter bis zu 47,5 Hz und hinauf bis zu 51,5 Hz automatisiert gegen einen unmittelbar bevorstehenden Blackout netzstabilisierend zu wirken. Doch auch im großen Maßstab liegen für den Ernstfall Planungen in den Schubladen der regelverantwortlichen Übertragungsnetzbetreiber – beziehungsweise sind diese auch im Programmcode der Netzregler und von an die Übertragungsnetze angeschlossenen Großkraftwerken eingebaut, da menschliches Handeln zu langsam wäre.


Erste Großstörung

Ob und wie die geplanten Maßnahmen in der Praxis funktionieren, zeigt sich jedoch nur sehr, sehr selten, denn wer möchte schon für eine Übung einen europaweiten Stromausfall riskieren? Wobei selbst ein "Europaweiter Stromausfall" im Ernstfall nicht zwangsläufig die Folge sein muss: Im Notfall trennt sich das Europäische Verbundnetz automatisch in kleinere Bereiche auf, so dass ein europaweiter Schwarzfall verhindert wird. Praktisch passiert ist dies bisher nur ein einziges Mal: Am 4. November 2006 um 22:10 Uhr. Nur 40 Minuten später war die Krise bewältigt und Europa stromnetztechnisch wieder vereint. Dank guter Vorsorge und wohlüberlegter Notfallpläne, die sich als funktionierend erwiesen, hat selbst dieser bisher schwerste Störfall im Stromnetz nicht zum häufig heraufbeschworenen "europaweiten Blackout" geführt, an dem wir angeblich im Januar 2019 mal wieder nur knapp vorbeigeschrammt sein sollen, wenn man den Tageszeitungen oder Boulevardmagazinen im Privatfernsehen Glauben schenken will.


Vorfall im Dezember 2018

Aber was war passiert? Die jüngsten Ereignisse nehmen ihren Anfang im Dezember 2018, genauer gesagt am 15. Dezember 2018 zur Mittagszeit. Im deutschen Stromnetz fehlten 5 Gigawatt elektrische Leistung, was die Übertragungsnetzbetreiber veranlasste, über die kontrahierte Regelleistung hinaus abschaltbare Großverbraucher gemäß der in Deutschland geltenden "Verordnung zu abschaltbaren Lasten" abzuschalten. Dieses absehbare und soweit normale Vorkommnis diente der Frankfurter Allgemeinen Zeitung für einen Schauerartikel mit dem Titel "Der Tag, an dem der Strom knapp wurde" zur Verteufelung erneuerbarer Energien und der Energiewende im Allgemeinen. Schuld für die Abschaltung einiger weniger Industrieverbraucher sollen der FAZ zu Folge nämlich Prognosefehler für Wind- und PV-Strom gewesen sein. Dass der Fehler jedoch in Wirklichkeit an anderer Stelle zu suchen ist, bringt der Artikel "Der grüne Sündenbock" im Unternehmensblog des Direktvermarkters Next Kraftwerke auf den Punkt: Tatsächlich waren zum fraglichen Zeitpunkt die ausgeschriebenen Preise für Regelenergie mit rund 1,4 Cent/kWh so niedrig, dass Stromhändler lieber die Inanspruchnahme von Regelenergie in Kauf nahmen, als ihren Strom am regulären Handel für über 3,1 Cent/kWh zu beschaffen. Die für die Netzstabilität vorgehaltene Reserve wurde folglich aus Gier aufgezehrt und stand nicht für die unausweichlichen Prognosefehler von Stromerzeugern und Stromverbrauchern zur Verfügung. Ein Problem, das laut Next Kraftwerke inzwischen regelmäßig vorkommen soll.


Unterfrequenz im Januar 2019

Abseits von deutschen Scheindebatten über die Auswirkungen der Energiewende auf die Stromnetzstabilität ereignete sich am 10. Januar 2019 ein tatsächlicher Notfall im gesamteuropäischen Stromnetz: Die Netzfrequenz sank gegen 21:02 Uhr auf 49,789 Hz – dem tiefsten Stand seit dem großflächigen Stromausfall von 2006. Diese Unterschreitung der Normalfrequenz von 50 Hz hat einen europaweit koordinierten Notfallplan aktiviert, der das Stromnetz binnen weniger Minuten wieder stabilisierte. Die regulär bereitgehaltene Regelleistung war zu diesem Zeitpunkt bereits über mehrere Minuten zu 100 Prozent ausgeschöpft. Nur der sofortige automatische Abwurf von im Notfallplan definierten Großverbrauchern konnte Schlimmeres verhindern. Es musste jedoch lediglich die erste von mehreren Notfallplanstufen aktiviert werden, um das Stromnetz zu stabilisieren. Der Vorfall hat bewiesen, dass die in den letzten Jahren eingeleiteten Maßnahmen zur Bewältigung instabiler Netzzustände sinnvoll waren und praktisch effektiv sind.


Netzfrequenzverlauf am 10. Januar 2019


Die Dachorganisation der europäischen Übertragungsnetzbetreiber (ENTSO-E) will den Vorfall untersuchen, hat jedoch bisher noch kein Zwischenergebnis veröffentlicht. Als wahrscheinlichste Ursache kommt nach aktuellem Stand ein Zusammenkommen mehrerer Umstände in Betracht. Kurz vor dem Ereignis gingen in Spanien ein Kohlekraftwerk mit rund 140 MW sowie in Frankreich ein Atomreaktor mit 850 MW ungeplant vom Netz. Zudem ereignete sich der Vorfall zum Stundenwechsel, ein Zeitpunkt, der regelmäßig zu Frequenzabweichungen führt, da Kraftwerke, die in der kommenden Stunde nicht liefern wollen, vom Netz gehen während die in dieser Stunde für eine Lieferung kontrahierten Kraftwerke noch hochfahren, wie ebenfalls im Blog von Next Kraftwerke anschaulich erläutert wird. Direkt vor dem Einsacken der Netzfrequenz sollen in Thüringen die Speicherpumpen eines Pumpspeicherkraftwerkes mit 1.060 MW Nennleistung ungeplant aktiviert worden sein. Mögliche Ursache hierfür könnte ein Fehler in der Netzregelung des Übertragungsnetzbetreibers Tennet gewesen sein. Letztendlich konnten durch den Lastabwurf von Industrieverbrauchern in Frankreich sowie die Aktivierung anderer Pumpspeicher in Deutschland die kritische Lage jedoch binnen weniger als einer Minute entschärft werden.


Überfrequenz im Januar 2019

Gute 10 Tage später, am 24. Januar 2019 um 6 Uhr morgens, ereignete sich – wiederum genau zum Stundenwechsel – das Gegenteil: Die Netzfrequenz stieg auf bis zu 50,193 Hz, ebenfalls ein Extremwert, der bisher so im europäischen Verbundnetz noch nicht aufgetreten ist. Die Ursachen für dieses Vorkommnis sind bisher vollkommen unbekannt und es finden sich keine Medienberichte zu diesem denkwürdigen Ereignis. Aufzeichnungen finden sich lediglich auf den Seiten von Gridradar und Netzfrequenz.info.


Erneute Unterfrequenz im April 2019

Am vergangenen Mittwoch, den 3. April 2019 erneut um 21 Uhr und erneut zum Stundenwechsel kam es laut dem Messnetzwerk Gridradar erneut zu einer außergewöhnlichen Unterfrequenz von im Minimum 49,84 Hz. Wie auch bei dem Vorkommnis am 24. Januar fehlt für dieses Ereignis bisher jede Spur einer Ursache.


Ein Fehler mit System

Die im Zusammenhang mit der starken Unterfrequenz des europäischen Verbundnetzes am 10. Januar 2019 in den Medien vielfach verbreitete Meinung, Europa sei bei genau diesem Ereignis nur knapp an einem Blackout vorbeigeschrammt, ist sicher übertrieben. Die statistische Häufung historischer Über- und Unterfrequenzwerte in wenigen Wochen und Monaten sollte einem jedoch zu denken geben! Worin liegt die Ursache für diese Ereignisse? Auffallend ist, dass sich alle Vorkommnisse zum Stundenwechsel ereignet haben. Die Frage ist: Welche Gegenmaßnahmen sollten getroffen werden? Die Bereithaltung von mehr Regelleistung und eine Bepreisung der Regelleistung in einer Weise, dass diese nicht zum Spielball der Stromhändler an den Strombörsen verkommt, wären erste, einfach und schnell durchführbare Maßnahmen. Im zweiten Schritt wäre zumindest die Fixierung auf Stundenkontrakte zu überdenken, da inzwischen der Stundenwechsel regelmäßig zu kleineren Ausreißern der Netzfrequenz führt.


Nichts sehen, nichts hören, nichts sagen

Nachdem die FAZ im Dezember 2018 versuchte die Erneuerbaren und die Energiewende fälschlich als Sündenböcke zu stilisieren und die Medienlandschaft sich nach dem 10. Januar 2019 an einem Extremereignis abarbeitete, ist das Thema wieder in der Versenkung verschwunden. Bis zu diesem Artikel hat kein Medium, keine Behörde und kein Netzbetreiber alle vier Ereignisse in einen Kontext gerückt. Es wird Zeit, den Fehler im System nicht nur endlich zu bemerken, sondern auch abzustellen! Die Einschläge zu den Stundenwechseln im Stromnetz sind messbar, gut dokumentiert und die Extremereignisse häufen sich – nur darüber gesprochen wird nicht. Die Folge eines noch extremeren Ereignisses als am 10. Januar wäre aller Voraussicht nach zwar nicht der gerne kolportiere europaweite "Blackout", aber möglicherweise ähnlich gravierend wie die Großstörung im November 2006. Es bleibt die Frage: Warum fahren wir sehenden Auges auf diese Wand zu? Warum wird über das klar erkennbare Problem weder öffentlich debattiert noch etwas dagegen unternommen? 4eee787a6f954d3c99a448085cb6ca2a

    Kommentare 7

    • Ihr Artikel weist sehr deutlich auf die Auswirkungen der mangelhaften Verantwortungsübernahme vieler (Markt-)Beteiligten hin. Das hat denen gut getan, die sich zurecht Sorgen um diese so wichtige Infrastruktur und Rahmenbedingung für unser Leben machen. Aufgrund Ihres Beitrages und einer Zusendung gestern am Abend habe ich die erste Anlage zu dieser Mail erstellt.


      Wir haben es allerdings mit mehreren Krankheiten der Energiewende zu tun, bei denen die derzeit Verantwortlichen dadurch "glänzen", dass sie ihre Verantwortlichkeit nicht sehen, damit auch nicht wahrnehmen und den übrigen Beteiligten völlig falsche Signale senden. Für mich ist die Ignoranz gegenüber den Naturgesetzen der derzeit schlimmste Fehler. Deshalb musste ich einen Kommentar eintragen, weil ich doch tatsächlich erlebe, dass selbst Fachleute die Bedeutung der Momentanreserve und die Grenzen der Ausregelbarkeit der unvermeidlichen Schwankungen bei der Einspeisung genauso wie beim Strombedarf nicht sehen. Es gibt angebliche Fachleute, die ernsthaft die Meinung vertreten, dass künftig die so wahnsinnig schnelle Leistungselektronik die Momentanreserve obsolet macht. Welch ein fataler Irrtum, wenn die Entstehung der für das Regeln so gut geeignete Frequenz des Wechselstromes nicht mehr bekannt ist, weil das ja "nur" Physik ist.

    • Wir waren in diesem Jahr nun schon dreimal an Grenzen im mitteleuropäischen Stromversorgungssystem, die bei weiterem Überschreiten Notmaßnahmen hätten erfordert - und die allermeisten Stromkunden haben das nicht einmal registriert. Überhaupt leben die allermeisten von uns in der irrigen Meinung, dass der ständig mögliche Strombezug so etwas wie ein Gewohnheitsrecht ist. Wir sind besonders in Deutschland derartig von einer hohen Verfügbarkeit der Stromversorgung verwöhnt, dass wir dies bereits als Selbstverständlichkeit empfinden. Tatsache ist aber, dass das Einhalten eines andauernd anzustrebenden Gleichgewichtszustandes durch das volatile Einspeisen und genauso auch ständig schwankenden Strombedarf einen vielstufigen Regelmechanismus erfordert. Dabei spielen die Drehmassen der Synchrongeneratoren in den Kraftwerken eine extrem wichtige Rolle, die mehr und mehr ignoriert wird, weil die grundlegenden physikalischen Gesetzmäßigkeiten nicht mehr bekannt sind. Die rotierenden Drehmassen aller Synchronmaschinen im zusammengeschalteten Netz sind ein Energiepuffer und diese mechanische Energie bildet zusammen mit der elektrischen Energie im Gesamtsystem eine Größe, welche nach dem Energieerhaltungssatz konstant ist. Bei irgendwelchen Schwankungen der Ein- und Ausspeiseleistung werden die in unserer Denkweise getrennt betrachteten Energieanteile nur sofort neu verteilt. Das geschieht inhärent, also ohne Zeitverzug und ohne ein Eingreifen. Bei Leistungsmangel drehen deshalb die Rotoren langsamer, bei Leistungsüberschuss schneller. Damit ändert sich genau gleich der Drehzahl die Frequenz des erzeugten Wechselstromes. Und das ist die Kenngröße für alle folgenden Stufen der Regelmechanismen. Die darin vorgesehenen Maßnahmen und die entsprechenden Regeleinrichtungen können derzeit Sprünge in der Leistung bis zu 3.000 MW verkraften - mehr nicht. Und da wir inzwischen immer mehr Kraftwerke außer Betrieb nehmen, wird der Puffer durch die Drehmassen immer kleiner. Dadurch wird die Empfindlichkeit des Gesamtsystems bei Leistungsschwankungen immer größer. Das System wird fortlaufend fragiler und reagiert immer rascher auf Leistungsveränderungen. Das ist überaus bedenklich und die Vorfälle in diesem Jahr sind tatsächlich ein Warnzeichen - nur wer hat diese Warnzeichen denn wirklich wahrgenommen. Wir fahren tatsächlich wie gegen eine Wand, weil wir die Naturgesetze nicht mehr kennen oder nicht mehr beachten. Wir können die Natur nur beherrschen, wenn wir ihr gehorchen.

    • Danke für diesen hervorragenden Artikel! Die Lösung für die Stunden-Sprünge wäre denkbar einfach: Statt eines harten Umschaltens (was ja von vornherein unmöglich ist!!) könnte man definieren, dass jede Leistungs-Änderung linear von 5min vor bis 5min nach dem Zeitpunkt erfolgen muss.

      Kraftwerke, die in der alten und neuen Stunde (unterschiedliche oder identische) Käufer haben, laufen weiterhin durch. Aber Kraftwerke, die hoch- oder runterregeln, müssen kein Sekunden-Fenster erwischen, sondern können eine Rampe fahren.

      Für die Abrechnung wäre das kein Problem: Der Verkäufer liefert und der Käufer bekommt die gleichen MWh wie vorher, nur zeitlich etwas "verschmiert".

      • Das Problem ist, das die Erfassung mittels RLM und Abrechnung der Arbeit im Viertelstundentakt erfolgt. Bedeutet, die Rampe kann nicht genau erfasst werden. :/

    • Eine veränderte Größe der Netzfrequenz hat mit größerer oder kleinerer Strommenge überhaupt nichts zu tun! Es wird lediglich durch unzureichende Ausgleichsregelung die Standardfrequenz von 50 Hertz nicht gehalten. Das heißt aber nur, dass es eine Abweichung von der normalen Wechselfrequenz gibt, die ja in einer Sekunde die Polarität von + und - 50mal umpolt: Daher auch der Name "Wechselstrom". Das Gegenteil davon ist "Gleichstrom", der immer die unveränderte Polarisierung von + und - beibehält - wie bei einer Batterie oder einem Akku.

      Von der Netzfrequenz allerdings sind zum Beispiel bestimme Uhrentypen und Maschinen abhängig: fältt sie unter 50 Hz, gehen sie nach, darüber gehen sie vor - das hatten wir in letzter Zeit einige Male in Deutschland.

      Wichtig zu wissen: Mitunter also sind Regelwerke überlastet, sodass die normalen Stromverhältnisse nicht erreicht werden können. Besondere Verursacher sind Windkraftanlagen durch die sehr große Unregelmäßigkeit ihrer Stromerzeugung.

    • Sehr aufschlussreich der Beitrag! Man hat den Verdacht das ein großer Stromausfall provoziert wird. Entweder von gierigen Stromhändlern oder von Gegnern der Stromerzeugung in Bürgerhand.

      • "Provoziert" ist ein ziemlich großes Wort. Passender wäre da sicher "von Stromhändlern billigend in Kauf genommen".


        Zu "Gegnern der Stromerzeugung in Bürgerhand" empfehle ich den Aluhut abzunehmen und mal richtig durchzulüften.