Physikalischer Weg des Stroms
Die elektrische Energie wird in den Generatoren der Erzeugungseinheiten bereitgestellt und muss von dort zum Kunden geleitet werden. Dafür wird ein zuverlässiges Leitungsnetz benötigt, welches in der Lage ist, die Energie zu jeder Zeit in der gewünschten Menge von den Erzeugungseinheiten zu den Kunden zu übertragen. Die Übertragungsspannung wird in den kraftwerksnahen Umspannwerken zunächst auf bis zu 380.000 Volt (Volt) hochtransformiert, um die elektrische Energie über größere Entfernzungen zu den Verbrauchszentren zu transportieren. Dort wird die Spannung wieder stufenweise herabtransformiert.
Die regionalen Verteilungsnetze arbeiten mit Spannungen im Bereich von 10.000 V bis 110.000 V und die Verbraucher benötigen schließlich eine Spannung von nur 400/230 V. Dort wird mit einfachen und Kosten sparenden Netzstrukturen gearbeitet. Deren Nachteil ist, dass Störungen in diesen Netzen unmittelbar zu Versorgungsunterbrechungen führen können.
Das Höchstspannungsnetz hingegen bildet im Zusammenschluss mit den europäischen Verbundpartnern das Rückgrat der Sicherheit unserer Stromversorgung. Diese Sicherheit hat seinen Preis in der Dimensionierung des Netzes: Hoch- und Höchstspannungsnetze werden in der Regel vermascht aufgebaut, um ausreichende Redundanzen für die Energieübertragung zu bilden. Hierdurch wird erreicht, dass der Kunde von Störungen und Leitungsausfällen im Höchstspannungsnetz üblicherweise nichts bemerkt.
In einem solchen vermaschten Netz ergibt sich die Strombelastung der einzelnen Leitungen nach physikalischen Gesetzmäßigkeiten, die durch die Kirchhoffschen Gesetze beschrieben sind. Diese Gesetze besagen letztendlich, dass sich der Strom in einem Netzwerk immer den Weg des geringsten Widerstandes sucht. Die für die Praxis wichtige Konsequenz hieraus ist, dass die Übertragungsfähigkeit eines Netzes insgesamt immer deutlich geringer ist als die Summe der Übertragungsfähigkeit seiner einzelnen Netzelemente. Denn der Strom teilt sich nicht wie gewünscht entsprechend den vorhandenen Übertragungskapazitäten der Leitungen oder nach Handelsvorgaben auf, sondern entsprechend den Widerstandsverhältnissen in seinem Übertragungsweg.
Wie viel Strom über die einzelnen Höchstspannungsleitungen fließt, wird natürlich auch durch den aktuellen Strombedarf, die Aufnahme regenerativ erzeugter Energie und die Handelsaktivitäten bestimmt. Die Leitungsbelastungen sind aus Sicht des Netzbetreibers somit weitgehend fremdbestimmt. Er hat nur einen sehr begrenzten Einfluss auf den physikalischen Stromfluss durch Änderungen des Schaltzustandes in seinem Netz.
Eine wirksame Maßnahme zur Steuerung der Leitungsbelastungen ist die Änderung des Kraftwerkeinsatzes, was jedoch einen unerwünschten Eingriff in den Strommarkt bedeutet und mit hohen Kosten für die Allgemeinheit verbunden ist. Der Netzbetreiber ist bestrebt, diese zu vermeiden. Um die Netzsicherheit dennoch jederzeit gewährleisten zu können, müssen die Strombelastungen sämtlicher Betriebsmittel prognostiziert und überwacht werden, um rechtzeitig Überlastungen und Engpässe im Netz zu erkennen und wirksame und kostengünstige Gegenmaßnahmen einleiten zu können. Diese Aufgabe wird z.B. aufgrund der stochastischen Windenergieeinspeisung und ansteigender überregionaler Handelsaktivitäten zunehmend komplexer und die erforderlichen Maßnahmen zur Wahrung der Netzsicherheit werden kostenintensiver.