Elektrische Netze für saubere Energie

Netze auf unterschiedlichen Spannungsebenen

Stromnetze dienen der Versorgung der Verbraucher mit Strom und stellen die Verbindung zwischen Erzeugung und Verbrauch auf unterschiedlichen Spannungsebenen her. Das Übertragungsnetz verteilt die ins Netz eingespeiste Energie landesweit an Leistungstransformatoren, die nah an den Verbrauchsschwerpunkten liegen.

Auch ist es über sogenannte Kuppelleitungen an das internationale Verbundnetz angeschlossen. Das mit einer Spannung von 110 Kilovolt (kV) betriebene Hochspannungsnetz sorgt für die Grobverteilung elektrischer Energie. Leitungen führen in die Ballungszentren zu Umspannwerken oder großen Industriebetrieben.

Abgedeckt wird ein Leistungsbedarf von 10 bis 100 MW. Das Mittelspannungsnetz verteilt die elektrische Energie an die regionalen Transformatorenstationen oder größere Abnehmer wie zum Beispiel Krankenhäuser oder Fabriken. Kleinere Kraftwerke, oft auch in Kraft-Wärme-Kopplung betrieben, speisen - ebenso wie Windparks oder Fotovoltaik-Freiflächenanlagen - ihren Strom in das Mittelspannungsnetz ein. Die Niederspannungsnetze sind für die Feinverteilung verantwortlich. Die Niederspannung wird auf 400 V bzw. 230 V transformiert und versorgt private Haushalte, kleinere Industriebetriebe, Gewerbe und Verwaltungen. Kleine Photovoltaikanlagen speisen Überschussleistung auf dieser Spannungsebene ein.

Energienetze der Zukunft schon heute gestalten

Das rheinland-pfälzische energiepolitische Ziel einer bilanziellen 100prozentigen Stromversorgung bis 2030 bedeutet den Wandel von einer zentralen zu einer dezentralen und von einer konventionellen zu einer regenerativen Erzeugungsstruktur.

Dies stellt neue Anforderungen an die elektrischen Netze: Die zunehmende Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien führt dazu, dass lokal mehr Strom erzeugt als verbraucht wird, sich also der Lastfluss umgekehrt. Dadurch erhöht sich der Bedarf für die Messung, Regelung und Automatisierung des Stromflusses sowie für eine regional hochauflösende Überwachung und Steuerung im gesamten Netz.

Für die Gewährleistung der Versorgungssicherheit stellen diese Entwicklungen sowohl eine große technische als auch eine enorme ökonomische Herausforderung dar. Die dafür notwendige, kontinuierliche technische Anpassung besteht derzeit aus dem Ausbau und der Ertüchtigung der Netzinfrastruktur, dem Zubau von Speicherkapazität und der Einführung eines IKT-basierten Einspeisemanagements.

Klimaschutzministerin Katrin Eder spricht zum Auftakt der Datenwerkstatt Rheinland-Pfalz

Wärmepumpen, Ladesäulen, Wasserstoffhochlauf und Industrieprozesse: Für den erfolgreichen Umbau zu einer klimaneutralen Energieversorgung ist eine frühzeitige und abgestimmte Planung der verschiedenen Infrastrukturen entscheidend.

Dafür braucht es möglichst einheitliche Annahmen zur künftigen Entwicklung von Energieerzeugung und -verbrauch. Genau hier setzt das Beteiligungsprojekt des Klimaschutzministeriums „Stromnetz 2045: Datenwerkstatt Rheinland-Pfalz“ an.

In der am 13. Mai eröffneten und am 9. Oktober 2024 abgeschlossenen Datenwerkstatt Rheinland-Pfalz sind Energiewende-Akteure zum Abgleich von Planungsannahmen für die Stromnetzplanung eingeladen. Ministerin Katrin Eder: „Diese Plattform zum sektorübergreifenden Datenaustausch ist ein Mehrwert für alle und trägt zur Verbesserung der Datenqualität bei. Das Dashboard ermöglicht weiterhin den regionalen Datenabgleich.“

Eine im Auftrag der Landesregierung erstellte Verteilnetzstudie gibt wichtige Impulse für die künftige Ausbaustrategie der Netzbetreiber und zeigt, welcher Investitionsbedarf auf den unterschiedlichen Netzebenen besteht und wie dieser kosteneffizient bereitgestellt werden kann.

Große Kostensenkungspotenziale bestehen für den Ausbau der 110 KV-Hochspannungsebene. Bei der Einspeisung von Wind und Solarenergie wird die komplette vorgehaltene Netzkapazität nur relativ selten und für kurze Dauer benötigt. Technologien wie das "Dynamic Line Rating" mit Temperaturmessungen im Betrieb und Hochtemperaturleiterseile erweisen sich daher besonders geeignet, die Netzausbaukosten zu begrenzen.

Wo es in der Mittelspannung Probleme mit der Spannungshaltung gibt, etwa in ländlichen Gebieten mit starker Solareinspeisung, sind maßgebliche Kosteneinsparungen durch den Einsatz von regelbaren Ortsnetztransformatoren möglich. Regelbare Ortsnetztransformatoren entkoppeln die Spannung im Niederspannungsnetz von derjenigen im Mittelspannungsnetz durch ein im Betrieb veränderbares Übersetzungsverhältnis.

Auf der Basis einer technischen und wirtschaftlichen Optimierung wurden die notwendigen Investitionen für den Netzausbau aller Netzebenen bis 2017 und 2030 in Höhe von rd. 1,0 Milliarden Euro ermittelt. Beachtlich ist die Differenz im Vergleich zu rd. 1,8 Milliarden Euro in einem Referenzszenario, welches ohne Systemoptimierung die Fortschreibung des derzeitigen Standes der Technik unterstellt.

Die Studie steht nachfolgend zum Download zur Verfügung.

Verteilnetzstudie Rheinland-Pfalz - Endbericht (pdf; 10 MB)

Titelseite Kurzgutachten Eigenstromerzeugung

Darüber hinaus hatte das Wirtschaftsministerium in einem Kurzgutachten den Zusammenhang von Eigenstrom und Netzausbau untersuchen lassen. Das Gutachten steht nachfolgend zum Herunterladen zur Verfügung.

Kurzgutachten zur Eigenstromerzeugung in Rheinland-Pfalz (pdf, 700 KB)