Und wieder grüßt das Murmeltier…

Am 31.12.2021 haben wir uns letztmalig mit der Netzfrequenz unserer Stromversorgung beschäftigt.

„Letztmalig“ ist dabei nicht im Sinne von zum „allerletzten Mal“ zu verstehen. Mit der Netzfrequenz in Zusammenhang stehende Probleme haben ausgprägten Murmeltiercharakter. Wir werden sie deshalb auch in Zukunft nicht ignorieren können, zumal wir den Verdacht haben, sie werden sich im kommenden Winter verschärfen.

Jörg Diettrich, einer der führenden Köpfe unseres Teams, zeichnet die Netzfrequenz seit Ende 2021 kontinuierlich auf. Seine Daten zeigen tagtäglich mehr oder weniger starke Frequenzeinbrüche. Der Grund dafür sind Ab- und Zuschaltungen von Stromerzeugern, insbesondere ganzen Kraftwerksblöcken mit hoher Leistung.

Strom ist in unserem Wirtschaftssystem ein Handelsgut. Wie damit gehandelt wird, haben wir schon mehrfach kritisiert. Großverbraucher schließen mit großen Stromerzeugern langfristig Stromlieferverträge ab. Wenn der Zeitpunkt der vertraglichen vereinbarten Stromlieferung gekommen ist, werden die o.g. Schaltoperationen ausgeführt. Im Regelfall geschieht das nach Ablauf einer vollen Stunde, womit das Netz namentlich von großen Marktteilnehmern sehenden Auges zu diesen Zeitpunkten stärker als rein technisch notwendig belastet wird. Mehr noch: jede solche Umschaltung stellt eine Gefährdung unserer Stromversorgung dar, weil das Netz mitunter regelrecht unter Stress gerät.

Am 14.6.2022 war es mal wieder so weit. Um 22:04 Uhr konstatierte Jörg Diettrich einen Frequenzeinbruch auf 49,855 Hz, was einem Leistungsdefizit von 2.000 MW entspricht.

Das Absacken der Netzfrequenz auf diesen Wert wurde von unserem Partner Jens Müller bestätigt, der auf seiner Webseite auf weitere ähnlich kritische Zustände hinweist, die in letzter Zeit aufgetreten sind.

Netzeinbruch vom 14.06.2022, 21:04 (=22:04 MESZ), verifiziert von Jens Müller

Ab 49,8 Hz wird es schon richtig kritisch – dann greifen erste Abschaltungen. Tritt in einer solchen Situation zusätzlich zu der aus marktorganisatorischen Gründen geplant hingenommenen Abweichung eine ungeplante Störung ein, ist ein größerer Zusammenbruch des Netzes so gut wie sicher. Hierfür infrage kommen Probleme in Umspannwerken, Ausfälle größerer, schon stark belasteter Stromtrassen oder großer Kraftwerksblöcke; alles schon da gewesen.

Stromhandel funktioniert prinzipbedingt eher virtuell. Der georderte Strom eines realen Lieferanten kommt physikalisch nie beim Verbraucher, also dem Vertragspartners an. Solange das Netz intakt ist, bekommt der Verbraucher seinen Strom, woher, ist letztlich auch ihm völlig egal. Wir haben es somit mit zwei Welten zu tun; der virtuellen des Stromhandels und der realen physikalischen. Die erste folgt den vom Menschen erdachten Regeln, die durch und reale Ab- und Umschaltungen Auswirkungen auf die physikalische, den Naturgesetzen entsprechende Welt haben. Die menschengemachten Regeln sind jedoch mehr auf Gewinnerzielung als auf Netzstabilität ausgerichtet. Rein physikalische betrachtet, sind sie völlig sinnfrei. Genau das gefährdet unsere Versorgungssicherheit und verursacht immense Kosten vor allem für den Endverbraucher.

Es ist physikalisch definitiv nicht notwendig, einen laufenden Stromerzeuger an einer Stelle abzuschalten und an einer völlig anderen Stelle einen anderen Stromerzeuger hochzufahren wenn das für die Stromversorgung keinen Unterschied macht.

Warum verfolgt man nicht die Idee, den virtuellen Stromhandel mit einer virtuellen Abrechnung zu koppeln? Um- und Abschaltungen wären dann nur noch netzdienlich notwendig.

Sollten Unternehmen, neben ihren betriebswirtschaftlichen Interessen, nicht auch in volkswirtschaftlichen Dimensionen denken? Eine sichere Energieversorgung ist gerade für die Industrie von enormer Bedeutung. Ein flächendeckender Stromausfall verursacht nicht nur aber vor allem für die Industrie immense Schäden. Eine stabile Stromversorgung ist essenziell für unsere ganze Gesellschaft. Die Verantwortlichen in Wirtschaft und Politik sollten niemals vergessen: Ohne Strom geht gar nichts mehr.

Netzfrequenz – wir haben nachgemessen

m Orangebuch S. 43ff haben wir die Bedeutung der Netzfrequenz ausführlich erläutert. Kurz gesagt gilt:

Die Netzfrequenz ist ein unbestechliches Maß für die Stabilität unseres Stromversorgungsnetzes.

Wer sich über die Aussagen des Orangebuchs hinaus mit dem Thema auseinandersetzen will, wird z.B. unter

https://www.netzfrequenzmessung.de oder

https://www.netzfrequenz.info/

fündig. Auch die private Messung und Aufzeichnung der Netzfrequenz ist mittlerweile mit vertretbarem Aufwand möglich. Hierzu verweisen wir auf das Projekt von Jens Müller. Wir haben eine seiner Messeinrichtungen bei uns im Einsatz. Die von ihr gelieferten Ergebnisse korrelieren auf das Millihertz genau mit den auf den o.g. Seiten gelieferten Werten.

Was wir in den letzten Wochen damit gemessen und in Verlaufskurven ausgewertet haben, gibt uns zu denken. Mehr noch – einige Schlussfolgerungen, die sich daraus ableiten lassen, versetzen uns in Alarmstimmung. Die Betrachtung der ARD vom 23.11.2021 greift unserer Meinung nach zu kurz.

Details hier.

Die Auswirkungen eines Blackouts abmildern – persönliche Prävention

Welche Möglichkeiten haben wir als Bürger, uns auf extreme Situationen wie einen flächendeckenden Blackout vorzubereiten? Um ehrlich zu sein – sie sind ziemlich begrenzt. Egal welche Vorsorgemaßnahmen wir treffen, egal wie umfangreich sie ausfallen – wir müssen uns darüber im Klaren sein, dass wir dennoch mit massiven Einschränkungen zu rechnen haben.

Das Büro für Technikfolgen-Abschätzung beim deutschen Bundestag hat im Jahr 2011 eine Studie mit dem Titel „Was bei einem Blackout geschieht, Folgen eines lang andauernden und großräumigen Stromausfalls“ veröffentlicht.

Wir haben bereits 2016 in unserem Orangebuch auf diese Quelle hingewiesen.

Wenn man heute, im Oktober 2021, die Empfehlungen des Bundesamtes für Bevölkerungsschutz und Katastrophenhilfe (BBK) ernst nimmt, so gewinnt man den Eindruck, die Damen und Herren dieser Behörde haben die oben genannte Studie nie gesehen. Anders lassen sich die im „Ratgeber für Notfallvorsorge und richtiges Handeln in Notsituationen“ unterbreiteten Empfehlungen nicht erklären.

Auf Seite 10 unten finden wir folgenden Satz, der sich auf den Ausfall der Energieversorgung bezieht:

Mit einem Vorrat an Lebensmitteln und Getränken für 10 Tage sind Sie hierfür gerüstet.“

Die Studie des Büros für Technikfolgen-Abschätzung weist jedoch unmissverständlich darauf hin, dass bereits nach sechs Tagen eines lang andauernden Stromausfalls die staatliche Ordnung, so wie wir sie kennen, zusammengebrochen ist. Der BBK-Ratgeber suggeriert dagegen, mit ein wenig Essen und Trinken müssen wir nur 10 Tage durchhalten – danach wird alles wieder gut. Natürlich ist eine sinnvolle Bevorratung mit notwendigen Dingen richtig und wichtig. Sie hilft aber nicht weiter, wenn man nichts nachkaufen kann, weil die gesamte Infrastruktur nach diesen 10 Tagen längst nicht mehr funktioniert. Diese Infrastruktur basiert im Industriezeitalter nun einmal unbestreitbar auf einer stabilen Stromversorgung. Ist diese nicht gegeben, folgen daraus zwangsläufig die für jedermann sicht- und spürbaren Notsituationen. Fehlender Strom darf demnach keinesfalls nur als lästige Begleiterscheinung anderer Katastrophen betrachtet werden.

Das Ziel einer jeden Vorsorgemaßnahme muss somit die Verhinderung eines flächendeckenden Stromausfalls sein. Die einzige Möglichkeit dazu besteht in einer konsequent dezentral organisierten Stromversorgung des gesamten Versorgungsgebietes. Eine Großstörung der Stromversorgung würde bei einem solchen Design nicht zu einem flächendeckenden Stromausfall führen. Das gesamte Versorgungsnetz zerfällt dann vielmehr in viele vorher definierte Teilnetze. Diese Teil- oder Inselnetze sind, je nach den lokalen Möglichkeiten, eine begrenzte Zeit autark. Dabei kann und muss man in Kauf nehmen, dass nicht alle Teilnetze funktional bleiben. Das Ergebnis wird ein Flickenteppich von teilweise mit Strom versorgten Inselnetzen sein. Aus diesen aktiven Inseln lassen sich andere, stromlose Inseln wieder reaktivieren bis schließlich das Gesamtnetz wieder aufgebaut ist. An einer solchen Strategie wird nicht gearbeitet, sie wird unseres Wissens nach nicht einmal in Erwägung gezogen.

Die bisherige Politik hat in dieser Frage auf ganzer Linie versagt. Wir sind gespannt, wie sich die gerade mit der Selbstfindung beschäftigte neue Regierung dazu positioniert.

Wir tun gut daran, selbst so gut wir können vorzusorgen. Welche Möglichkeiten hierfür bieten sich uns als potenziell betroffene Bürger?

Oberste Priorität für jedermann hat die persönliche Stromversorgung. Nachdem wir uns erfolgreich aller Handarbeit entledigt haben, funktioniert fast alles nur noch elektrisch. Mit einer elektrischen Leistung von 250 Watt, die zusätzlich durch einen einfachen Bleiakku gepuffert wird, kommen wir schon erstaunlich weit.

Stecker-Solargeräte sind hierfür ausreichend und mit ca. 400 € einigermaßen erschwinglich.

Die Montage kann von jedermann, der keine zwei linken Hände hat, durchgeführt werden. Leider erfordert eine solche Anlage ein funktionierendes Netz. Bei einen Stromausfall liefert diese Anlage also auch keinen Strom.

Insel-Solaranlagen kosten ab ca. 900 €. Eine Insel-Solaranlage funktioniert, wie der Name bereits erahnen lässt, auch dann, wenn die öffentliche Stromversorgung ausgefallen ist; mit Pufferbatterien auch im Dunklen. Erforderlich ist in jedem Fall eine Möglichkeit, ein Solarmodul möglichst in Südrichtung sicher zu befestigen.

Wir haben bereits auf die Sinnhaftigkeit einer Pufferbatterie hingewiesen. Einen Bleiakku mit 12 V/100 Ah kann man überall für wenig Geld kaufen. Man könnte dieser Batterie eine Stunde lang 100 A entnehmen. Das entspricht rein rechnerisch einer Leistung von

P=U*I = 12 V*100 A = 1200 W = 1,2 kW

und damit einer Speicherkapazität von immerhin 1,2 kWh. Da wir nicht mehr als 50% dieser Speicherkapazität entnehmen können, verdoppeln wir die Speicherkapazität durch zwei baugleiche Bleiakkus der genannten Kapazität.

Dieser etwas technische Teil zeigt uns den grundsätzlichen Nutzen von Batteriespeichern im Zusammenspiel mit Stecker-Solargeräten oder Insel-Solaranlagen. Notwendig ist neben der Batterie ein Wechselrichter mit dem wir die Batteriespannung von 12 V Gleichspannung in unsere 230 V Wechselspannung umwandeln, der bei einigen Mini-Solaranlagen bereits zum Lieferumfang gehört.

Was funktioniert? Beleuchtung, Kommunikation, Fernsehen, Radio, IT-Technik, je nach Leistung der Anlage (> 500 Watt notwendig) auch Kühltechnik.

Was funktioniert nicht? Großverbraucher- Kochen, Backen.

Ausblick auf eigene Inselnetze

Wenn die Politik Dezentralität nicht befördern will, müssen wir als Bürger die Angelegenheit selbst in die Hand nehmen.

Wenn wir Mieter eines Wohnblocks oder eines Quartiers sind, bieten sich hierfür wesentlich wirksamere Möglichkeiten als das Hantieren mit Stecker-Solargeräten oder Inselanlagen. Die vorhandene Dachfläche ist meist für eine größere Solaranlage geeignet mit allen Vorteilen, die solche Anlagen bieten. Die Mieter eines solchen Quartiers sollten den Vermieter ansprechen und sich bei Bedarf zu einer Energiegenossenschaft zusammenschließen.

Mehr dazu in einem Folgetext.

Dezentrale Stromversorgung – dezentrale Kommunikation?

In unserem Beitrag Schutz unserer kritischen Infrastrukturen – die Einschläge kommen näher vom 4. August haben wir die aktuelle Situation der Stromversorgung in Deutschland beschrieben. Was für Deutschland gilt, kann bzw. muss auf ganz Europa übertragen werden. Unzureichende Maßnahmen hinsichtlich der Anpassung der Netzinfrastruktur an die neuen Gegebenheiten erneuerbarer Energieerzeugung führen zu einer dramatischen Erhöhung das Risiko eines großflächigen Stromausfalls. Die konkreten Auslöser für einen solchen Stromausfall können vielfältig sein.

Unsere Stromversorgung ist unter anderem abhängig von einem ständig verfügbaren Datennetz. Die Steuerung der Versorgungsnetze erfolgt von wenigen, den Netzebenen zugeordneten Leitstellen. Die Netzbetreiber verfügen hierzu über eine eigene Glasfaser-Infrastruktur, die bei jeder Neuverlegung oder Revision des elektrischen Leitungsnetzes ausgebaut wird. Diese ist jedoch nicht konsequent vom Internet isoliert.

Wie wir im Orangebuch bereits ausführlich beschrieben haben, bestehen unsere elektrischen Netze aus Hunderten von Netzknoten aller Spannungsebenen. In diesen Netzknoten, besser bekannt als Umspannwerke, befinden sich die Schaltanlagen ohne die unsere Stromnetze nicht betrieben werden könnten. Die Umspannwerke, auch die der 380 kV Höchstspannungsebene, sind in der Regel nicht mehr mit Personal besetzt. Schalthandlungen werden vielmehr vornehmlich per Fernsteuerung von den Leitstellen durchgeführt. Dafür müssen Daten digital zwischen Leitstelle und Schaltanlage übertragen werden. Eine Störung dieser Kommunikation kann dazu führen, dass notwendige Schalthandlungen nicht oder falsch ausgeführt werden. Dies wiederum kann schwere Netzstörungen mit Dominoeffekten nach sich ziehen.

Als Ursache für Kommunikationsstörungen kommen sowohl rein technische als auch menschengemachte infrage:

  • Natürliche Ereignisse wie Extremwetterlagen, denen die Technik nicht gewachsen ist.
  • Versagen der Technik an sich, vielleicht, weil Wartungsarbeiten nicht planmäßig oder nicht sorgfältig genug durchgeführt wurden.
  • Kabeltrennungen im Zusammenhang mit Bauarbeiten.
  • Unfälle mit Auswirkungen auf die Infrastruktur.

All diese Ereignisse müssen nicht zwangsläufig eine Störung des Stromnetzes nach sich ziehen. Durch redundante Systeme, die im Bereich der Stromnetze ohnehin Pflicht sind, kann man Ausfälle, namentlich solche mit katastrophalen Auswirkungen, fast immer vermeiden. Man muss lediglich die n-1 Regel auch auf die für die Steuerung der Stromnetze zuständigen Datennetze anwenden. Ob dies immer und überall geschieht, buchen wir unter der gerne in Stellung gebrachten Rubrik „Geschäftsgeheimnisse“ ab, die sich erst bei Unterlassungssünden offenbaren würden.

Weitaus schwieriger zu beherrschende Szenarien sind solche, die sich aus bewussten kriminellen Handlungen, hier konkret Hackerangriffen auf diese Datennetze, ergeben. Derartige Angriffe sind bereits aktenkundig. Gut abgestimmt können sie auf verschiedenen Ebenen gleichzeitig erfolgen. Hundertprozentige Sicherheit dagegen gibt es nicht. Wir sind jedoch der Meinung, dass die Infrastruktur der Datennetze, die für die Steuerung unserer Stromnetze verantwortlich ist, selbst weniger komplexen Attacken nicht standhält. Dies wird auch von den Autoren der Seite Blackout-News bestätigt.

Sind wir ausreichend vorbereitet?

Diese Frage muss mit einem klaren Nein beantwortet werden. Strom brauchen wir dennoch – immer und überall. Die nächste Frage lautet also:

Was müssen oder können wir persönlich tun,
um für den Fall des Falls gewappnet zu sein?