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Stromausfall

Definition: eine Unterbrechung der Versorgung mit elektrischer Energie

Englisch: power failure, blackout

Kategorien: elektrische Energie, Grundbegriffe

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta (G+)

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 10.04.2011; letzte Änderung: 04.07.2018

Ein Stromausfall ist die zeitweilige Unterbrechung der Versorgung mit elektrischer Energie. Dies kann ganz kurzzeitig geschehen (manchmal für weniger als eine Sekunde), aber auch für Stunden oder gar Tage oder im Extremfall für Wochen. Für Haushalte, Industrieunternehmen, Bürobetriebe, Transportunternehmen etc. und für die gesamte Industriegesellschaft können länger dauernde Stromausfälle (Blackouts) einschneidende Folgen haben. Besonders problematisch sind längerfristige Ausfälle, die ganze Regionen betreffen. Deswegen wird auf eine hohe Versorgungssicherheit ein hoher Wert gelegt.

Wenn ein Stromausfall in einem Kraftwerk auftritt, spricht man auch von Schwarzfall.

Um die Folgen von Stromausfällen abzumildern, können Anlagen zur Notstromversorgung verwendet werden.

Mögliche Ursachen für Stromausfälle

Ein Stromausfall kann auf verschiedene Weisen ausgelöst werden:

  • Wenn ein großes Kraftwerk plötzlich und unvorhergesehen ausfällt (etwa durch einen Generatorschaden), kann es sein, dass ein Ersatz für dessen Produktion nicht schnell genug bereitgestellt und zu den Verbrauchern transportiert werden kann. In der Regel genügt der Ausfall eines Kraftwerks noch nicht für einen Stromausfall; für diesen Fall wird meist ausreichend Sorge getragen. (Das meist erfüllte “n−1-Kriterium” besagt, dass ein System aus n Komponenten nach dem Ausfall einer Komponente, also mit n − 1 Komponenten, noch funktionieren muss.) Jedoch kann die Verbindung mehrerer technischer Ausfälle das Stromversorgungssystem überlasten. Relativ unwahrscheinlich wird dies, wenn die gesicherte Kraftwerksleistung deutlich über der Jahreshöchstlast liegt.
  • Auch Ausfälle von Hochspannungsleitungen, die hohe Leistungen (hunderte von Megawatt oder mehr) transportieren, können solche Folgen haben. Mögliche Ursachen sind hier extreme Wetterlagen mit viel Schnee und Eis, aber auch die Berührung mit Bäumen oder die längerfristige Überlastung. Wiederum stehen in der Regel genügende Ersatzkapazitäten für den Ausfall einer einzigen Leitung bereit, jedoch kann eine Kombination mehrerer Ausfälle kritisch werden.
  • Ebenso können Ausfälle gewisser elektrische Anlagen, insbesondere von Transformatoren, oder Kurzschlüsse von Leitungen zumindest lokale Stromausfälle bewirken. Häufig sind Schäden durch Bauarbeiten, bei denen Leitungen durchtrennt oder Kurzschlüsse verursacht werden.
  • Kriegsparteien und Terroristen können mit gezielten Schlägen kritische Einrichtungen zerstören und so Stromausfälle auslösen.

Wenn in einem Versorgungsnetz die Erzeugungskapazitäten nicht mehr ausreichen, etwa weil Kraftwerke oder Hochspannungsleitungen ausgefallen sind oder die Netzbelastung ungewöhnlich stark wird, ist es oft notwendig, für gewisse Regionen oder Betriebe die Stromversorgung abzuschalten (einen Lastabwurf vorzunehmen), um einen völligen Zusammenbruch des Netzes in größeren Gebieten zu vermeiden. Bei länger dauernden Problemen werden häufig mehrere Regionen zyklisch abgeschaltet, damit nirgends der Strom für allzu lange Zeit ausfallen muss und die Folgen eher beherrschbar bleiben.

Folgen von Stromausfällen

Bereits sehr kurzzeitige Stromausfälle können unangenehme Auswirkungen haben. Beispielsweise werden alle Computer, die nicht durch eine Notstromversorgung dagegen gesichert sind, in ihrer Funktion wesentlich gestört: Die Verarbeitung von Daten wird abrupt unterbrochen, und die in Bearbeitung befindlichen Daten können verloren gehen. Selbst wenn die Stromversorgung sehr schnell wieder hergestellt wird, müssen diese Computer neu starten (das Betriebssystem neu laden und die Anwendungsprogramme wieder starten), bleiben also oft für viele Sekunden oder mehrere Minuten nicht verfügbar und müssen danach mit mehr oder weniger großen Störungen der Daten und Abläufe ihren Betrieb wieder aufnehmen. (Die Qualität der Software kann entscheidend sein für die Beherrschung solcher Ausfälle ohne größere Schäden.) Man beachte, dass Ähnliches nicht nur für “richtige” Computer gilt, sondern auch für viele mikroprozessorgesteuerte Geräte wie z. B. Telefonanlagen und Ampelsteuerungen. Unter Umständen kann es zu ernsten Betriebsstörungen oder auch zu dauerhaften technischen Schäden kommen.

Ein mehrere Stunden dauernder Stromausfall kann noch weitaus größere Auswirkungen haben:

  • Viele Tiefkühltruhen und Kühlschränke (vor allem solche mit ungenügender Wärmedämmung) werden zu warm, so dass die gelagerte Ware verdirbt.
  • Viele Transportsysteme (insbesondere elektrische Bahnen, aber auch Lifte) fallen aus, so dass wichtige Verkehrsleistungen entfallen.
  • Der Ausfall der Beleuchtung von Wohnungen, Büros und Industriebetrieben kann die dortigen Abläufe stark stören.
  • Die Informationsübertragung durch Telefone, Fernsehen und Radio, E-Mail und Zeitungen kann unterbrochen werden, mit schlimmen Folgen insbesondere für eine Industriegesellschaft.
  • Krankenhäuser und andere kritische Einrichtungen müssen über eine Notstromversorgung verfügen. Jedoch kann diese meist nicht beliebig lange Stromausfälle überbrücken, weil die Batterien oder die Kraftstoffvorräte erschöpft werden.
  • Die Wasserversorgung kann ebenfalls betroffen sein, mit weiteren schwerwiegenden Folgen.

Ein Stromausfall betrifft auch weitere Anlagen der Energieversorgung. Am schwerwiegendsten sind die möglichen Folgen für die Kernreaktoren von Kernkraftwerken. Diese müssen bei einem Stromausfall oft sofort abgeschaltet werden; der Weiterbetrieb mit kleiner Leistung zur Eigenbedarfsdeckung ist oft nicht möglich. Dann ist es für die Reaktorsicherheit entscheidend, dass die Notstromversorgung zuverlässig funktioniert, insbesondere um die Kühlung des Reaktors und die Funktion der Leitwarte aufrecht zu erhalten. Dies hat nicht funktioniert, als in Fukushima im März 2010 als Folge eines Tsunamis die Notstromversorgung zerstört wurde. Dies führte zur Zerstörung mehrerer Kernreaktoren und damit zur Freisetzung erheblicher Mengen radioaktiver Substanzen in die Luft, den Boden, das Trinkwasser und das Meer. Es wurde also ein schwerer Atomunfall allein durch den Stromausfall in der Anlage ausgelöst.

Es ist auch möglich, dass die Erdgasversorgung unterbrochen wird, weil deren Betrieb an vielen Stellen elektrische Energie benötigt und die Anlagen bisher in der Regel nicht komplett mit Notstromaggregaten abgesichert sind. Ebenso funktionieren Tankstellen nicht, weil deren Kraftstoffpumpen ausfallen, so dass auch Benzin und Dieselkraftstoff nicht bezogen werden können. Brennstoffe können nicht transportiert werden, wenn deren Transportmittel (etwa elektrische Bahnen) ausfallen.

Vorkehrungen gegen die Folgen von Stromausfällen

Einzelne Anlagen können mit einer Notstromversorgung ausgestattet werden. Kleinere Aggregate basieren oft auf wiederaufladbaren Batterien in Verbindung mit einem Wechselrichter. Batterien haben allerdings eine begrenzte Kapazität. Deswegen werden für größeren und längerfristigen Bedarf eher Anlagen mit Dieselmotoren gewählt, die Generatoren antreiben. Ein großer Dieseltank kann weitaus mehr Energie speichern als eine bezahlbare Batterieanlage. Allerdings ist die Ausfallwahrscheinlichkeit solcher Anlagen wesentlich höher als die von Anlagen mit Batterien.

Bei Computern kann schon eine kurzfristige Überbrückung (selbst nur für einige Minuten) sehr nützlich sein, weil sie das geordnete Herunterfahren der Computeranlage ermöglicht und damit einem Datenverlust vorbeugt.

Zusätzlich zu rein technischen Maßnahmen ist auch die genaue Analyse der Folgen von Stromausfällen sehr wichtig. Dies ist für längerfristige Blackouts, die größere Regionen betreffen, eine sehr komplexe Aufgabe; es ist schwer vorhersagbar, wie genau verschiedene Einflüsse zusammenwirken. Jedoch können auf der Basis solcher Analysen diverse Vorkehrungen getroffen werden, die zumindest die Folgeschäden deutlich reduzieren.

Beendigung eines Stromausfalls: Schwarzstart

Wenn die Ursache eines Stromausfalls behoben ist, ist es nicht ganz einfach, den geordneten Netzbetrieb wieder aufzunehmen. Die Fähigkeit zu einem solchen Schwarzstart haben nicht alle Arten von Kraftwerken, und die Aktivitäten verschiedener Kraftwerke müssen hierbei genau koordiniert werden, damit nicht bei einem verunglückten Schwarzstart zusätzliche Schäden entstehen. Nicht schwarzstartfähige Kraftwerke können erst wieder in Betrieb gehen, wenn der Schwarzstart von anderen Kraftwerken gemeistert wurde. Deswegen ist es meist notwendig, die Verbraucher stufenweise wieder anzuschalten entsprechend der allmählich wieder verfügbaren Gesamtleistung.

Die Schwarzstartfähigkeit eines Kraftwerks setzt voraus, dass die zum Start benötigte Energie (beispielsweise für Pumpen, Gebläse, die Steuerung, etc.) selbst erzeugt werden kann, beispielsweise mit Batterien, Dieselaggregaten oder einer Gasturbine. Zusätzlich muss ein solches Kraftwerk genügend flexibel auf die starken Lastschwankungen beim Schwarzstart reagieren können. Typische schwarzstartfähige Kraftwerke sind Wasserkraftwerke und solche mit Gasturbinen.

Literatur

[1]Bericht "Gefährdung und Verletzbarkeit moderner Gesellschaften – am Beispiel eines großräumigen und langandauernden Ausfalls der Stromversorgung", Ausschuss für Bildung, Forschung und Technikfolgenabschätzung des Deutschen Bundestags (04/2011)

(Zusätzliche Literatur vorschlagen)

Siehe auch: elektrische Energie, Versorgungssicherheit, gesicherte Kraftwerksleistung, Notstromversorgung, Schwarzstart, Kraftwerk, Hochspannungsleitung
sowie andere Artikel in den Kategorien elektrische Energie, Grundbegriffe

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