Das deutsche Energiesystem befindet sich gegenwärtig mitten in einem Umbruchprozess historischen Ausmaßes. Die langfristige klimapolitische Zielsetzung, bis zur Mitte dieses Jahrhunderts die Treibhausgasemissionen um 80 bis 95 % gegenüber 1990 zu mindern, bedeutet eine sukzessive Abkehr von der Nutzung fossiler kohlenstoffhaltiger Energieträger. Dieser Umbruch in der Energieträgerbasis der Stromversorgung stellt teilweise völlig neue Anforderungen an die Stromnetze, sodass hier aktuell ein erheblicher Handlungsdruck erwachsen ist, die Netze aus- bzw. umzubauen sowie neue Betriebskonzepte zu entwickeln, damit eine zuverlässige und sichere Stromversorgung auch weiterhin gewährleistet werden kann

Vor diesem Hintergrund hat der Ausschuss für Bildung, Forschung und Technikfolgenabschätzung des Deutschen Bundestages das TAB beauftragt, die technologischen Perspektiven und Optionen für Umbau und Betrieb des zukünftigen Stromnetzes bei einem mittel- bis langfristigen Zeithorizont (2030 und darüber hinaus) aufzuzeigen. Es wurde ein breiter Analyseansatz verfolgt, um einen Überblick über den Stand des Wissens und der Diskussion zu vielen der mit dem Aus- und Umbau der Stromnetze sowohl der Übertragungs- als auch der Verteilnetze verbundenen relevanten Fragestellungen bieten zu können. Da eine Fokussierung allein auf technologische Aspekte zu kurz greifen würde, um die zukünftige Entwicklung der Stromnetze untersuchen und beschreiben zu können, wurden auch ökonomische Aspekte thematisiert, sowohl was den Umfang der zukünftig erforderlichen Aufwendungen für Stromnetze anbetrifft als auch die Kosten und Nutzen des Einsatzes bestimmter Technologien, beispielsweise von sogenannten Smart Metern. Darüber hinaus wurden auch einige Dimensionen der Folgewirkungen, die mit dem Netzausbau bzw. dem Einsatz moderner Technologien verbunden sind, untersucht. Dazu gehören insbesondere Datenschutzfragen in modernen Stromnetzen, die mehr und mehr mit Informationsnetzen verschmelzen (Smart Grid), aber auch mögliche Auswirkungen auf die Umwelt bzw. die Gesundheit.

Ergebnisse

Aus- und Umbaubedarf der Stromnetze

Eine Gegenüberstellung und Analyse von aktuellen Studien, in denen der Ausbaubedarf sowohl quantifiziert wurde, zeigt die Größenordnung des Ausbaubedarfs auf. Bei den Verteilnetzen wird der Investitionsbedarf bis 2020 auf etwa 25 Mrd. Euro beziffert, hinzu kommen für die Übertragungsnetze bis 2022 weitere ca. 20 Mrd. Euro

Die zukünftige Entwicklung des Stromsystems und speziell der Aus- und Umbau der Stromnetze vollzieht sich nicht autonom, getrieben von technologischen Entwicklungen und unabweisbaren Sachlogiken, sondern es existiert ein beträchtlicher Gestaltungsspielraum. Daher gilt es, einen offenen Diskurs zu führen, um Präferenzen gesellschaftlich zu definieren und anschließend in politische Gestaltung umzusetzen.

Moderne Technologien und Betriebsweisen für Stromnetze

Die Funktionsweise, der Einsatzbereich sowie der Entwicklungsstand bzw. Forschungs- und Entwicklungsbedarf wesentlicher Technologien, die derzeit in Deutschland noch nicht breit in der Praxis eingeführt sind, denen aber in absehbarer Zeit ein substanzielles Potenzial zugeschrieben wird, werden beschrieben und diskutiert. Für die Übertragungsnetze sind dies z. B. das Freileitungsmonitoring, Hochtemperaturleiterseile, leistungselektronische Komponenten oder die Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ). Für die Verteilnetze werden u. a. regelbare Ortsnetztransformatoren (RONTs), Einspeisenetze und Technologien zur dezentralen Bereitstellung von Systemdienstleistungen untersucht. Einen breiten Raum nimmt auch die Thematik rund um sogenannte Smart Meters ein, das sind digitale intelligente Messgeräte zur Bestimmung des Stromverbrauchs.

Zukunftsszenarien für das Stromnetz

Da die zukünftige Entwicklung der Stromnetze nicht nur technologisch getrieben wird, sondern sich letztlich entlang gesellschaftlich zu definierender Präferenzen vollzieht, werden hier einige Zukunftsbilder entlang des Begriffspaares »zentral / dezentral« entwickelt mit der Intention, den Möglichkeitsraum der zukünftigen Entwicklung zu explorieren.

Eine spezielle technologische Vision wurde genauer in den Blick genommen: der Betrieb des Netzes in sog. »regionalen Zellen", die die Versorgung bei einer Störung auf der Verbundebene auch unabhängig im Inselbetrieb aufrechterhalten können. Dies würde eine radikale Abkehr von bisher üblichen Betriebsstrategien bedeuten, könnte aber eine Strategie zur Verbesserung der Widerstandsfähigkeit des Systems gegen Großstörungen darstellen. Es wird untersucht, ob diese Betriebsweise geeignet ist, die Integration erneuerbarer Energien zu unterstützen, den Netzausbaubedarf zu dämpfen bzw. zur Resilienz des Versorgungssystems beizutragen

Zuverlässigkeit und Sicherheit

Nicht nur bei kompletten Blackouts, sondern auch bei kurzzeitigen Abweichungen der Betriebsparameter (Spannung, Stromstärke etc.) von den Normwerten können erhebliche betriebswirtschaftliche und volkswirtschaftliche Schäden resultieren. Darüber hinausgehend werden die neuartigen Herausforderungen erörtert, die die verstärkte Nutzung von Informations- und Kommunikationstechnologien im Stromversorgungssystem hervorrufen können, v. a. hinsichtlich unerwünschter oder krimineller Manipulationen, die das zuverlässige Funktionieren der Infrastruktur gefährden könnten.

Umwelt- und Gesundheitsauswirkungen

Mögliche Auswirkungen des Baus und Betriebs von Stromleitungen auf die Tier- und Pflanzenwelt, den Boden bzw. den Wasserhaushalt sowie das Landschaftsbild werden untersucht. Die diesbezüglichen Eigenschaften von Freileitungen und Erdkabeln werden einander gegenübergestellt.

Da die Besorgnis in der Öffentlichkeit, dass die von Stromleitungen ausgehenden elektromagnetischen Felder möglicherweise gesundheitsschädlich sein könnten, deutlich spürbar ist, wird hier der Stand der wissenschaftlichen Kenntnisse und deren Evidenz dargelegt und charakterisiert

Akzeptanz des Stromnetzausbaus

Dass der Bau einer Stromtrasse in der betroffenen Bevölkerung akzeptiert wird, ist nicht selbstverständlich, auch wenn die Entscheidung auf demokratischem Wege und nach Recht und Gesetz einwandfrei zustande gekommen ist. In diesem Kontext werden die Konsultations- und Beteiligungsverfahren beleuchtet, wie sie derzeit im Zuge der Erstellung des Netzentwicklungs- bzw. Bundesbedarfsplans angewendet werden, sowie darüber hinaus einige Erfolgsfaktoren für Bürgerbeteiligungsverfahren identifiziert.