Die Energiewende bringt deutsche Stromnetze an ihre Grenzen: Solaranlagen und Windkrafträder müssen hin und wieder abgeschaltet werden, weil die Netze den vielen Strom nicht aufnehmen können. Fachleute fordern seit Jahren Änderungen, doch die Umstellung dauert.
Will Deutschland wie geplant klimaneutral werden, müssen Industrie und Verbraucher ihren Verbrauch elektrifizieren – also Elektroautos statt Verbrenner kaufen, Wärmepumpe statt Gasheizung, Stahl in elektrischen Hochöfen produzieren. Doch schon heute hat Deutschland mit die höchsten Strompreise in der EU. Die Kosten belasten die Wirtschaft und bremsen die Elektrifizierung des Alltags. Diese entlastet Umwelt und Klima allerdings nur, wenn der Strom dafür aus erneuerbaren Quellen kommt. Da beißt sich die Katze in den Schwanz. Doch es gibt Lösungen.
Gutachten: Netze digitalisieren
Anfang November veröffentlichte die Monopolkommission ihr Gutachten zur Energieversorgung und zum Ausbau der Stromnetze. Die Kommission berät die Bundesregierung unter anderem zu Wettbewerbsfragen in der Wirtschaft. Zu den Stromnetzen heißt es dort: Wenn die Energiewende gelingen und bezahlbar bleiben soll, muss Deutschland seine Stromnetze umbauen, erweitern und digitalisieren. Kosten für die kommenden 20 Jahre: bis zu 650 Milliarden Euro. Ein „Weiter so“ wie bisher käme allerdings noch deutlich teurer.
Das Problem: Sonne und Wind liefern nur unregelmäßig Strom. Im Sommer sind die Stromnetze mittags oft überlastet. Im Spätherbst und Winter liefern vor allem Solarkraftwerke dagegen zu wenig oder nichts. Zwei bis drei Wochen im Jahr weht dazu auch noch zu wenig Wind.
Geht es nach Bundeswirtschaftsministerin Katherina Reiche, sollen flexible Gaskraftwerke solche Dunkelflauten überbrücken. Umstritten ist, wie viel Leistung zur Überbrückung der etwa zwei bis drei Dunkelflauten-Wochen pro Jahr gebraucht wird. Die Wirtschaftsministerin, die früher für den Verband kommunaler Unternehmen (VKU) und eine Tochter des Energieversorgers E.on gearbeitet hat, wollte Gaskraftwerke mit einer Gesamtleistung von rund 30 Gigawatt bauen. Viel zu viel, sagen ihre Kritiker. Andere meinen, Deutschland brauche noch mehr davon. Reiches Vorgänger Robert Habeck ging davon aus, dass zwölf Gigawatt ausreichen würden, um die Stromversorgung dauerhaft zu sichern. So sieht es auch die EU-Kommission, die nun diese zwölf Gigawatt genehmigte.
Reiche will die zusätzlichen Gaskraftwerke mit Steuergeldern subventionieren. Ohne solche Zuschüsse würden sich kaum Investoren finden, die solche Kraftwerke finanzieren. Denn: Wirtschaftlich betreiben lassen sie sich nicht, wenn sie nur wenige Wochen im Jahr laufen, während die meiste Zeit Sonne und Wind genug Strom für alle liefern.
Ob und wie viele Gaskraftwerke gebraucht werden, entscheidet sich auch nach dem zukünftigen Strombedarf. Und da gehen die Schätzungen weit auseinander. Das Bundeswirtschaftsministerium rechnete zuletzt mit jährlich 750 Terawattstunden (TWh) im Jahr 2030, hat seine Schätzung inzwischen aber auf etwa 650 TWh gesenkt. Aktuell sind es rund 510 bis 550 TWh – Deutschland verbraucht einerseits mehr Strom, andererseits sparen neue Technologien auch jede Menge Strom ein.
Es ist eine Rechnung mit vielen Unbekannten: Wirtschaftswachstum, Fortschritt der Elektrifizierung, die Umstellung auf Wärmepumpen und E-Autos und viele weitere Faktoren beeinflussen den Stromverbrauch. Jetzt kommt noch eine weitere Unbekannte hinzu: Künstliche Intelligenz. KI-Rechenzentren verbrauchen Unmengen an Wasser und Strom. Eine Studie des Öko-Instituts geht davon aus, dass KI 2030 elfmal so viel Strom verbrauchen wird wie 2023. Zu Beginn der 30er-Jahre benötigt allein die weltweite Datenverarbeitung rund 1.400 Terawattstunden Strom. Trotz des Ausbaus der erneuerbaren Energien stiegen damit die Treibhausgas-Emissionen von Rechenzentren von 212 Millionen Tonnen im Jahr 2023 auf 355 Millionen Tonnen im Jahr 2030.
Bau von Nord-Süd-Trassen genehmigt
Die Wirtschaftsministerin setzt nun auf Gas. Um die Gasspeicher-Umlage zu senken, will sie drei Milliarden Euro aus dem Klima- und Transformationsfonds KTF abzweigen und so das Gas verbilligen. Gedacht war der Fonds, der sich hauptsächlich aus der Abgabe auf Treibhausgas-Emissionen speist, für Klimaschutz-Maßnahmen. Gas ist nach Kohle der klimaschädlichste Energielieferant. Außerdem hält es uns in Abhängigkeit von Diktatoren und dem launischen, nur auf den eigenen Vorteil bedachten US-Präsidenten. Europa macht sich damit erpressbar, wie zuletzt der Zolldeal mit den USA gezeigt hat: Die EU hatte sich darin zum Import von viel mehr Flüssiggas verpflichtet, als Europa verbrauchen kann.
Einige Fachleute wie die Energieexpertin Claudia Kemfert vom Deutschen Institut für Wirtschaftsforschung (DIW) sehen den Bedarf für viele zusätzliche teure Gaskraftwerke nicht. „Kurzfristige Flauten lassen sich im heutigen Stromsystem gut abfedern“, schreibt sie in einer Stellungnahme für das Science Media Center (SMC). Der europäische Stromverbund, Biomasse-Kraftwerke und Batteriespeicher, die immer billiger werden, könnten Engpässe im Stromnetz ausgleichen.
Die Bundesnetzagentur (BNetzA) wacht im Auftrag der Regierung unter anderem darüber, dass die Stromversorgung in Deutschland sicher bleibt. Sie empfiehlt wie die meisten Expertinnen und Experten zur Sicherung der Stromversorgung mehr Markt und mehr Wettbewerb. Vorrangig müssten die Stromnetze ausgebaut werden, damit die Energie vom windreichen Norden in die Industriegebiete Süddeutschlands gelangt. Schleswig-Holstein zum Beispiel produziert mit seinen vielen Windrädern mehr Strom, als es selbst verbraucht, Bayern und Baden-Württemberg nicht.
Weil Leitungen dazwischen fehlen, müssen dort Gaskraftwerke hochgefahren werden. Gleichzeitig schalten Energieversorger Windräder an der Küste ab, weil die Netze den vielen Strom nicht aufnehmen können. Allein 2024 kosteten die Abregelungen von Wind- und Solarkraftwerken wegen zu geringer Netzkapazitäten deutschlandweit 2,8 Milliarden Euro. Je mehr Wind- und Solarstrom produziert wird, ohne dass ihn die Netze abtransportieren können, desto teurer wird es.
Inzwischen ist der Bau der vier wichtigsten, seit Jahren geplanten Nord-Süd-Leitungen nach Angaben der BNetzA genehmigt. 2028 sollen sie in Betrieb gehen. Über Jahre haben sich Anwohnerinnen und Anwohner gegen den Bau oberirdischer Hochspannungsleitungen gewehrt. Erst als die Bundesregierung beschlossen hatte, die Leitungen unter die Erde zu verlegen, ebbte der Widerstand ab.
Geld verdienen mit „Vehicle to Grid“
Die BNetzA rechnete schon vor zehn Jahren mit Mehrkosten von neun Milliarden Euro für diese Erdverkabelung. Inzwischen dürfte es deutlich teurer werden. Würde man Hochspannungsleitungen bauen, könnte man „einen zweistelligen Milliardenbetrag“ sparen.
Diese Fernleitungen werden das Stromnetz entlasten, lösen das Problem aber nicht allein. Fachleute aus der Wissenschaft, der Bundesnetzagentur und Unternehmen fordern seit Langem eine Digitalisierung der Strom- und Verteilnetze. Erst wenn Haushalte und Betriebe mit sogenannten Smartmetern ausgestattet sind, könne man die Strompreise flexibilisieren, heißt es. Die Idee: Strom ist teuer, wenn die Erneuerbaren wenig liefern, und billig, wenn überall lange die Sonne scheint und viel Wind weht. Damit schafft man einen Anreiz, den Strom dann zu verbrauchen oder einzuspeichern, wenn genug davon produziert wird. Mit intelligenter Steuerungs- und Messtechnik könnten Verbraucherinnen und Verbraucher etwa dann ihre E-Autos laden und ihre Wärmepumpen einschalten, wenn der reichlich vorhandene Strom besonders günstig ist.
Die Versorger müssen inzwischen solche flexiblen Stromtarife anbieten. Doch bisher besitzt nach Angaben der BNetzA erst etwa jeder achte Haushalt und jedes achte Unternehmen einen intelligenten Zähler, der den Stromverbrauch entsprechend dem Angebot steuern kann. Bis Ende des Jahres soll es jeder fünfte sein. Die Energieversorger kommen mit der Lieferung und dem Einbau der Geräte nicht hinterher.
Ideen zur Entlastung der Stromnetze gibt es reichlich: Elektroautos können zum Beispiel dann geladen werden, wenn Wind und Sonne reichlich Strom liefern. Fehlt der im Netz, könnten E-Autos Strom einspeisen. Die Besitzer können sogar Geld verdienen, indem sie ihre Fahrzeuge laden, wenn der Strom gerade billig ist, und aus ihren Akkus Energie einspeisen, wenn die Strompreise hoch sind. Voraussetzung: Die jeweiligen Ladesäulen und Wallboxen benötigen Wechselrichter und die Autos müssen für dieses „Vehicle to Grid“-Verfahren (V2G) ausgerüstet werden. 2026 soll ein wesentliches Hindernis für dieses sogenannte „bidirektionale Laden“ wegfallen. Der Gesetzgeber will E-Autos, die Strom ins Netz einspeisen, mit stationären Batteriespeichern gleichstellen und von den Netzentgelten befreien. Das gilt jedoch nur für Haushalte mit einer eigenen Solaranlage.
Allerdings fürchten viele E-Auto-Besitzer, dass ihre Batterien unter häufigem Laden und Entladen leiden. „Kein Problem“, sagt eine im Sommer veröffentlichte Studie von der RWTH Aachen und The Mobility House Energy: Bidirektionales Laden (V2G) wirke sich nur minimal auf die Gesamtalterung der Akkus aus. Nach zehn Jahren verliere eine Batterie durch V2G-Kapazität im Wert von 100 bis 300 Euro. Die Einspeisung des Stroms und niedrigere Kosten beim Laden bringe dem E-Auto-Besitzer dagegen schon heute durchschnittlich 600 Euro im Jahr ein.
Auch stationäre Batterien können die unregelmäßige Einspeisung aus Solar- und Windparks immer besser ausgleichen. Die Preise für Groß-Akkus sind in den vergangenen Jahren drastisch gesunken. Das Problem: Die Netzbetreiber kommen mit dem Anschluss der Batteriespeicher nicht mehr hinterher. Allein beim größten Verteilnetzbetreiber E.on stauten sich Ende 2024 400.000 Anträge auf Netzanschluss. Einer Umfrage des Solarverbands BSW zufolge haben die Netzbetreiber fast jede zweite Bitte um Netzanschluss (44 Prozent) abgelehnt. Ein Viertel der Anfragen haben sie nicht beantwortet. Nach Angaben des Stromspeicherverbands BVES warten Batterien mit zusammen 400 Gigawatt (GW) Leistung auf den Netzanschluss. Den deutschlandweiten Bedarf bis 2030 bezifferte der Ingenieur Bernhard Wille-Haußmann am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme 2022 im MDR auf 100 Gigawatt.
In der Uckermark nordöstlich von Berlin zeigt der Grünstrom-Produzent Enertrag, wie eine stabile Stromversorgung mit ausschließlich erneuerbaren Energien funktionieren kann: Auf einer Fläche von 40 mal 40 Kilometern hat das Unternehmen Windkraftwerke mit zusammen mehr als 600 Megawatt (MW) Leistung aufgestellt. Dazu kommen Solaranlagen mit zusammen 24 MW, ein eigenes Umspannwerk und Batteriespeicher mit aktuell 22 MW. Ein vom öffentlichen Netz unabhängiges, rund 600 Kilometer langes Leitungsnetz sammelt den Strom aus den einzelnen Stationen des Verbundkraftwerks ein. Ein Elektrolyseur gewinnt aus überschüssigem Wind- und Solarstrom Wasserstoff (H₂). Zusätzlich heizt Enertrag mit überschüssigem Wind- und Solarstrom einen Wassertank, der ein uckermärkisches Dorf komplett mit warmem Wasser versorgt.
Studie: Erneuerbare ausbauen spart 300 Milliarden Euro
Weht zu wenig Wind und scheint keine Sonne, liefern die Batterie und schließlich die Rückverstromung von grünem Wasserstoff Elektrizität. Fällt das Netz komplett aus (Blackout), kann das Netz mithilfe der Batterie wieder aufgebaut werden. Eine von Enertrag entwickelte Steuerungs-Software sorgt für einen bedarfsgerechten Stromfluss vom Verbundkraftwerk ins öffentliche Netz.
Enertrag geht davon aus, dass derart direkt vernetzte Kraftwerke und Steuerungsanlagen eine stabile Stromversorgung nur mit erneuerbaren Energien sicherstellen können. Der Ausbau des öffentlichen Netzes wäre bei gleicher Leistung deutlich teurer. Das Unternehmen will sein Verbundkraftwerk in den nächsten Jahren weiter ausbauen.
Einen ähnlichen Ansatz verfolgen einzelne Unternehmen. Sie wandeln den von ihren Solaranlagen produzierten Gleichstrom gar nicht erst in den netzüblichen Wechselstrom um. Stattdessen speisen sie ihn ins firmeneigene Gleichstromnetz ein, wo sie ihn selbst verbrauchen oder in Batterien speichern. Rentabel ist das, weil der Preis für Strom, den man einkauft, deutlich höher ist als die Vergütung, die man fürs Einspeisen von Elektrizität ins öffentliche Netz bekommt. Weiterer Vorteil: Gleichstrom ist effizienter. Wandelt ein Wechselrichter den Gleichstrom in Wechselstrom fürs öffentliche Netz um, gehen dabei zehn bis 15 Prozent der Energie verloren. Wird Gleichstrom nur in eine andere Spannung transformiert, sind es drei bis vier Prozent, wie Olaf Grünberg vom Detmolder Unternehmen Weidmüller der örtlichen Zeitung erklärt. Weidmüller hat sich mit 44 weiteren Unternehmen zur Open DC Alliance (ODCA) zusammengeschlossen. Diese arbeitet an der Standardisierung von Gleichstromnetzen, die Unternehmen getrennt vom öffentlichen Netz mit Strom versorgen.
Zu tun ist bei der Energiewende noch eine Menge. Ein Gutachten der Boston Consulting Group (BCG) im Auftrag des Bundesverbands der Deutschen Industrie (BDI) geht davon aus, dass Deutschland bis 2045 mehr als 300 Milliarden Euro einsparen könnte, indem es die Energiewende „kosteneffizient“ gestaltet. Dazu müsste die Stromerzeugung vor allem aus Sonne und Wind bis 2045 verdreifacht werden. Industrie und Verbraucher müssten auf Wärmepumpen, E-Autos und elektrische Verfahren umstellen, um „Risiken aus einem unterausgelasteten Stromsystem zu reduzieren“. Nötig sei der zügige Ausbau der Wasserstoff-Gewinnung aus erneuerbaren Energien, und die Stromnachfrage müsse „wo technisch möglich flexibilisiert und die europäische Zusammenarbeit bei der Stromversorgung intensiviert werden“. Denn wenn in Deutschland Dunkelflaute herrscht, kann in anderen Ländern der Wind wehen und die Sonne scheinen oder umgekehrt. Klar ist eines: Deutschlands Stromnetz braucht ein Update.