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Verbundnetz

Ein Verbundnetz entsteht durch Verbinden mehrerer kleiner Netze. Der Begriff wird meist im Zusammenhang mit Stromnetzen gebraucht, aber auch für Netze für die Verteilung von Erdgas oder anderen Energieträgern. Dieser Artikel konzentriert sich auf Stromnetze.

Ein Inselnetz ist im Gegensatz zu einem Verbundnetz ein einzeln (autonom) betriebenes Netz. Inselnetze können durch Verbinden zu einem Verbundnetz werden. Umgekehrt kann ein Verbundnetz im Falle schwerer Störungen in Inselnetze zerfallen, d. h. eine Trennung der Teilnetze kann als Notmaßnahme notwendig werden, um den Ausfall des Gesamtnetzes zu vermeiden.

Vorteile von Verbundnetzen

In der frühen Zeit der Elektrifizierung entstanden zunächst relativ kleine lokale Stromnetze. Diese enthielten nur relativ wenige Kraftwerke, die eine gewisse Region mit elektrischer Energie versorgten. Später wurden viele solche Teilnetze zu größeren Verbundnetzen zusammengeschlossen, weil dies erhebliche Vorteile mit sich bringt:

• Die größere Anzahl von Kraftwerken in einem größeren Verbundnetz bewirkt, dass der Ausfall eines einzelnen Kraftwerks (selbst eines Großkraftwerks) leichter bewältigt werden kann: Andere Kraftwerke können ihre Leistung entsprechend erhöhen, und das Netz erlaubt den Transport dorthin, wo die Leistung benötigt wird.
• Der kombinierte Strombedarf von sehr vielen unterschiedlichen Verbrauchern ist viel besser prognostizierbar als der Verbrauch einzelner Verbraucher oder kleinerer Netzgebiete, und seine Schwankungen sind tendenziell geringer.
• Entsprechend ist der Bedarf an Regelleistung und Reservekraftwerken als prozentualer Anteil an der Jahreshöchstlast geringer als bei einem kleinen Netz.

Aus diesen Gründen kann in einem großen Verbundnetz eine höhere Versorgungssicherheit (Betriebszuverlässigkeit) zu geringeren Kosten erzielt werden. Es müssen allerdings geeignete Maßnahmen ergriffen werden, um zu verhindern, dass technische Störungen in einem Teil des Netzes durch Kaskadeneffekte auf andere Regionen übergreifen. Dies ist in manchen Fällen nicht gelungen, was zu sehr großflächigen Stromausfällen führte. Allerdings sind solche Ereignisse recht selten.

Struktur großer Verbundnetze

In Europa wie auch z. B. in den USA wird ein riesiges Verbundnetz betrieben, welches durch den Zusammenschluss vieler kleinerer Netze entstanden ist. Solche Verbundnetze arbeiten mit unterschiedlichen Spannungsebenen:

• Die Höchstspannungsebene für die Grobverteilung arbeitet mit sehr hohen Spannungen, z. B. 220 kV oder bis zu 400 kV. Große Kraftwerke speisen ihre Leistung über Transformatoren direkt in das Höchstspannungsnetz ein. Auf dieser Ebene werden auch Teilnetze z. B. verschiedener Länder miteinander verbunden.
• Darunter gibt es eine Hochspannungsebene mit Spannungen von 60 kV bis 150 kV.
• Auf der Mittelspannungsebene mit z. B. 20 kV wird auf der ländlichen und städtischen Ebene gearbeitet.
• Auf der Niederspannungsebene mit z. B. 230 V (bzw. 400 V zwischen den Drehstrom-Leitern) erfolgt die Feinverteilung.

Die niedrigeren Spannungen bei der Feinverteilung haben den Vorteil, dass hier Freileitungen weniger hoch installiert werden müssen und Erdkabel eine weniger starke Isolation benötigen. Entsprechend geringer sind auch die Gefahren bei Defekten oder Unfällen.

Weitere Details hierzu enthält der Artikel über Stromnetze.

Synchronisierung von Wechselstromnetzen

Praktisch alle großen Stromnetze arbeiten mit Wechselstrom (bzw. Dreiphasen-Drehstrom), obwohl die Hochspannungs-Gleichstromübertragung an Bedeutung gewinnt. Der Zusammenschluss von Wechselstromnetzen zu einem Verbundnetz erfordert, dass die Teilnetze synchronisiert werden: Die elektrische Spannung muss in ihnen synchron oszillieren, d. h. die Spannungsmaxima und Nulldurchgänge müssen ziemlich genau zeitgleich erfolgen. Entsprechend muss die Frequenzregelung und nicht nur die Spannungshaltung gemeinsam organisiert und technisch umgesetzt werden. Dies erfordert einigen technischen und organisatorischen Aufwand, der sich jedoch angesichts der großen Vorteile (siehe oben) lohnt.

Ein Verbundnetz kann zusätzlich mit anderen Netzen gekoppelt werden, die damit nicht synchronisiert sind. Der Austausch von Energie zwischen nicht synchronisierten Netzen ist aber technisch aufwendiger; er erfordert Einrichtungen wie Umrichter oder Umformer. Häufig erfolgt die Verbindung auch mittels Hochspannungs-Gleichstromübertragung.

Europäisches Verbundsystem

In Mittel-, Süd- und Osteuropa wird das europäische Verbundsystem betrieben. Organisatorisch und administrativ wird es seit 2009 vom Verband Europäischer Übertragungsnetzbetreiber (ENTSO-E) betrieben. Dieser Verband ist auch für weitere große Verbundnetze zuständig, insbesondere für das NORDEL (für die skandinavischen Länder).

Das europäische Verbundsystem ist ein wichtiger Teil des Energie-Binnenmarkts der Europäischen Union (EU).

Siehe auch: Stromnetz, Inselnetz, europäisches Verbundsystem, Supergrid, Versorgungssicherheit, Erdgas