Netzausbau

Vergleichbar mit Straßenkreuzungen sind Umspannwerke wichtige Verteilzentralen im Stromnetz. Damit Strom sicher und effizient transportiert werden kann, wird er in Umspannwerken mit Hilfe eines Transformators von einer Spannungsebene zur nächsten transformiert – etwa von Hoch- in Mittelspannung. Danach wird der Strom mit den angeschlossenen Leitungsanlagen weiterverteilt. Zudem gibt es in Umspannwerken neben den Schaltanlagen der beiden Spannungsebenen auch die zum Betrieb des Umspannwerks notwendige Schutz- und Automatisierungstechnik. Ein Umspannwerk hat durchschnittlich eine Fläche von zwei bis drei Fußballfelder.

Weniger Raum benötigen Umspannstationen, auch Trafo- oder Ortsnetzstationen genannt, die elektrische Spannung auf 400 bzw. 230 Volt umwandeln und den Strom für Endverbrauchende nutzbar machen. Eine Station dient außerdem mithilfe ihrer Schaltanlage und Sicherungseinrichtungen dazu, die Spannung zu regeln und im Notfall auszuschalten. Diese Stationen stehen oft in Wohngebieten oder entlang von Straßen.

Weitere Informationen gibt es hier:

Trafo-Wiki
Broschüre "Umspannwerke - Knotenpunkte im 110-kV-Verteilnetz"(PDF)

Ein Transformator verbindet verschiedene Spannungsebenen im Stromnetz und transformiert höhere Spannungen in niedrigere um, z.B. Hochspannung in Mittelspannung. Dies funktioniert durch elektromagnetische Induktion. Der Transformator hat zwei Wicklungen: eine Primär- und eine Sekundärseite. Die Primärseite ist mit der höheren Spannung verbunden, die Sekundärseite mit der niedrigeren. Durch unterschiedliche Windungszahlen in den Wicklungen wird die Spannung entsprechend transformiert.

Als Teil des Schaltfeldes und damit der Schaltanlage im Umspannwerk sind Leistungsschalter die „Lichtschalter“ und Hauptsicherungen in den Umspannwerken. Mit dem Leistungsschalter werden die einzelnen elektrischen Anlagenteile des Schaltfeldes im Betrieb ein- und ausgeschaltet. Aber auch die hohen Stromstärken bei Kurzschlüssen bzw. im Fehlerfall können nur über den Leistungsschalter abgeschaltet werden. Er ist neben dem Transformator eines der wichtigsten Betriebsmittel im Umspannwerk. Um diese Funktion ausfüllen zu können, befinden sich die schaltbaren Kontakte in einer mit Isoliergas gefüllten Kapsel. Dieses Gas löscht den sogenannten Lichtbogen, der beim Schalten entsteht. So wird die elektrische Verbindung unterbrochen.

Es gibt zwei Hauptarten von Hochspannungsschaltanlagen in Umspannwerken: Freiluft-Schaltanlagen und gasisolierte Schaltanlagen (GIS). Freiluft-Schaltanlagen nutzen Umgebungsluft als Isoliermedium, was große Abstände zwischen den Anlagenteilen erfordert, damit Überschläge und Kurzschlüsse durch die hohen Spannungen verhindert werden. Gasisolierte Schaltanlagen verwenden ein Gas mit höherer Isolierfestigkeit, wie Schwefelhexafluorid (SF₆), was eine kompaktere Bauweise ermöglicht. Aufgrund des hohen Treibhauspotentials von SF₆ und gemäß der EU-Verordnung 2024/573 („F-Gase-Verordnung“) wird es ab 2026 für Mittelspannungsanlagen bis 24 Kilovolt und ab 2028 für Hochspannungsschaltanlagen verboten.

Schon seit 2016 hat die Netze BW deutschlandweit die ersten Anlagen mit alternativen Gasen im Einsatz. 2023 wurde ein neues zukunftweisendes und digitales Umspannwerk mit Alternativgas in Burladingen fertiggestellt. Wie sich dieses Umspannwerk zu einem herkömmlichen unterscheidet, kann hier nachgelesen werden.

1. Standortwahl: Das Umspannwerk sollte sich idealerweise nahe einer 110-kV-Freileitungsanlage befinden. Auch sollte der Standort für die Einbindung in das Mittelspannungsnetz geeignet und nicht in Naturschutzgebieten gelegen sein.
2. Zusammenarbeit mit Kommunen: Bereits bei der Standortsuche binden wir die Kommune frühzeitig in den Prozess mit ein. Das Ziel: Wissen vor Ort nutzen und dank größtmöglicher Transparenz eine für alle sinnvolle Lösung finden.
3. Der Genehmigungsprozess: Von Planung bis Bau und Betrieb: Ein neues Umspannwerk durchläuft detaillierte Genehmigungsverfahren durch die zuständige Behörde, unter anderem wird hier die Einhaltung von Grenzwerten nachgewiesen.
4. Bauvorbereitung und Bau: Nach der Genehmigung startet die Erschließung des Standortes. Danach erfolgt die Errichtung von Fundament, Stahlkonstruktionen, Betriebsmitteln, die Installation von Sammelschienen sowie der Anschluss an die bestehende 110-kV-Leitung. Die tatsächliche Bauzeit für ein Umspannwerk beträgt in der Regel mindestens zwei bis drei Jahre.
5. Inbetriebnahme und Betrieb: Nach Ende der Bauarbeiten wird geprüft, ob alle Betriebsmittel fehlerfrei funktionieren. Passt alles startet die Inbetriebnahme.

Freileitungen sind die prominente und sichtbare Art der Stromübertragung. Freistehende Masten transportieren eine hohe elektrische Leistung über Leiterseile mit geringem Energieverlust. Daher gehören die meisten dieser Leitungen zur Hochspannungsebene, sie sind an ihrer Größe (durchschnittlich 35 – 40 m) und der Bauweise, üblicherweise Stahlgittermasten, erkennbar. In ländlichen Gegenden gibt es zudem Holzmasten, die in der Regel zur Mittel- oder Niederspannung gehören.

Erdkabel sind isolierte Leitungen, die in der Erde vergraben werden und somit nicht sichtbar sind. Außerdem sind sie dadurch vor Witterungseinflüssen geschützt. Die Mittelspannungs- sowie die Niederspannungsebene sind zum größten Teil verkabelt. Im urbanen Umfeld sind vereinzelt auch Hochspannungskabel anzutreffen, weil für Freileitungen durch die dichte Besiedlung kein Bauraum zur Verfügung steht.

Ob sich Freileitungen oder Erdkabel besser eignen, hängt vor allem von der jeweiligen Spannungsebene ab. In der Hochspannung eigenen sich primär Freileitungen. Die Investitionskosten sind deutlich geringer, zudem haben sie eine längere Lebensdauer. Bei Schäden haben Freileitungen den Vorteil, dass sie leichter erreichbar sind und damit schneller und effizienter repariert werden können.

In der Hochspannung führen Erdkabel auch zu höheren Betriebskosten des Stromnetzes. Das liegt daran, dass Erdkabel einen sehr viel höheren Blindleistungsbedarf als Freileitungen haben. Blindleistung kann nicht direkt in Nutzenergie umgewandelt werden, aber dennoch muss sie transportiert und verwaltet werden. Zudem erzeugt Blindleistung Wärme, welche zu Energieverlusten bei der Übertragung führt. Je höher die Spannung und die Länge der Leitung ist, desto höher ist der Blindleistungsbedarf des Erdabels, welcher kostenintensiv kompensiert werden muss. Zudem ist 1 km Erdkabel schon im Bau in der Hochspannung 4–6-mal teurer als 1 km Freileitung.

In der Mittel- und Niederspannung werden Erdkabel favorisiert, da die Vorteile wie der Schutz vor Witterung die Nachteile der schwierigen Zugänglichkeit überwiegen und die Kostenunterschiede nicht so hoch sind. Die Verkabelung gehört in diesen Spannungsebenen zu unserem Standard.

Zusammenfassung: Je höher die Spannung, desto schwieriger die Verkabelung. Daher werden in der Hochspannung vorwiegend Freileitungen genutzt, denn diese transportieren kosteneffizient und schnell entstörbar eine hohe elektrische Leistung über Leiterseile mit geringem Energieverlust.

Weitere Informationen finden Sie hier:
Flyer 'Freileitung und Erdkabel im Vergleich'(PDF)

Einzelne Projekte, zum Beispiel eine neue Freileitung mit mehreren Freileitungsmasten oder ein neues Umspannwerk, sind mit einem erheblichen Planungs- und Genehmigungsaufwand verbunden. Dabei wird sehr detailliert und sorgfältig vorgegangen. So wird gewährleistet, dass alle gesetzlichen normativen Vorgaben eingehalten und sichere Anlagen gebaut werden. Zusätzlich beansprucht die Materialbeschaffung Zeit. Der Bedarf nach den relevanten technischen Betriebsmitteln ist europaweit hoch, jedoch gibt es nur wenige etablierte Hersteller. Hinzu kommt die Dauer von Genehmigungsverfahren, die durchaus mehrere Jahre in Anspruch nehmen können. Der erwartete Ausbau ist so umfangreich, dass er nicht auf einmal realisiert werden kann und daher schrittweise erfolgen muss. Der Netzausbau ist kein Sprint, sondern ein Marathon!

Das Wort „NOVA“ steht für Netz-Optimierung vor -Verstärkung vor -Ausbau. Wir als Netzbetreiber versuchen immer zunächst das bestehende Stromnetz zu optimieren. Reicht dies nicht aus, können bestehende Umspannwerke und Leitungen verstärkt oder durch leistungsfähigere Anlagen ersetzt werden. Das NOVA-Prinzip zielt darauf ab, die Kosten für den Netzausbau zu minimieren, die Umweltbelastung zu reduzieren und die Nutzung der bestehenden Infrastruktur zu maximieren. Dieses Prinzip bildet die Basis unseres Netzausbaus.

Die drei Stufen des NOVA-Prinzips sind:

1. Optimierung: Zuerst wird versucht, das bestehende Netz durch technische und organisatorische Maßnahmen zu optimieren. Dies kann durch den Einsatz moderner Technologien, Lastflusssteuerung, verbesserte Wartung und Betrieb oder durch die Anpassung von Netzbetriebsstrategien erreicht werden. Ziel ist es, die vorhandene Infrastruktur bestmöglich auszunutzen, ohne physische Erweiterungen vorzunehmen.
2. Verstärkung: Wenn die Optimierung nicht ausreicht, wird das Netz durch Verstärkungsmaßnahmen erweitert. Dies umfasst die Erhöhung der Kapazität vorhandener Leitungen, Transformatoren oder anderer Netzkomponenten. Verstärkung kann auch bedeuten, dass bestehende Leitungen durch leistungsfähigere ersetzt oder zusätzliche Leitungen parallel zu bestehenden verlegt werden.
3. Ausbau: Erst wenn weder Optimierung noch Verstärkung die erforderliche Leistungsfähigkeit sicherstellen können, wird ein tatsächlicher Ausbau des Netzes in Betracht gezogen. Dies beinhaltet den Bau neuer Leitungen und Umspannwerke. Der Ausbau ist in der Regel die kostenintensivste und langwierigste Maßnahme und wird daher als letzte Option betrachtet.

Das (n-1)-Prinzip ist eine grundlegende Regel in der Elektrizitätsversorgung. Es besagt, dass bei Ausfall eines Netzelements der Strom über ein anderes Element fließen muss, ohne dass es zu einer Überlastung kommt. Dies gilt sowohl für geplante Schaltungen wie Wartungsarbeiten oder Umbauten, als auch für unvorhergesehene Ausfälle. Die Einhaltung dieses Prinzips sichert die Zuverlässigkeit und Stabilität des Stromnetzes, indem das Risiko von großflächigen Stromausfällen minimiert wird. Dieses Prinzip beachten wir bei der Planung, dem Ausbau und dem Betrieb unserer Netze.

Die Netze BW setzt auf intelligentes Assetmanagement, um Baumaßnahmen von der Planung bis zur Inbetriebnahme optimal zu organisieren. Dies ermöglicht eine präzise Planung und einen effizienten Ressourceneinsatz. Moderne Technologien unterstützen eine vorausschauende Wartung und Risikoüberwachung. So wird die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der Netze verbessert. Insgesamt führt dieses nach DIN ISO 55001 zertifizierte Assetmanagement zu einer nachhaltigeren und zukunftssicheren Netzinfrastruktur, indem es die Effizienz steigert und Kosten senkt. Weitere Informationen: Fachartikel 'Der Netzbetreiber als smarter Assetmanager'(PDF)

Nein, während der Neu- und Umbauarbeiten ist nicht mit Stromausfällen zu rechnen. Die Netze BW stellt sicher, dass die Versorgungssicherheit zu jeder Zeit gewährleistet ist. Als Privatperson kommt man lediglich in der Form von Baustellen oder im Rahmen der Öffentlichkeitsbeteiligung, z.B. bei Informationsveranstaltungen, mit den Umbaumaßnahmen in Kontakt.

Wir alle können unseren Beitrag dazu leisten, damit die Energiewende gelingt. Als Netze BW ist es für uns hilfreich, wenn die Öffentlichkeit von der Notwendigkeit des Netzausbaus und des Netzneubaus überzeugt ist. So können Genehmigungsverfahren zügig und effizient bearbeitet und die entsprechenden Maßnahmen umgesetzt werden. Bei größeren Maßnahmen treten wir frühzeitig mit den betroffenen Gemeinden in Kontakt, um lokale Gegebenheiten zu berücksichtigen.

Die Netze BW berücksichtigt bei der Planung von Hochspannungsleitungen und Umspannwerken verschiedene normative Vorgaben und Planungsgrundsätze, um technische, betriebliche, wirtschaftliche sowie öffentlich- und privatrechtliche Belange auszugleichen. Besonders öffentlich-rechtliche und privatrechtliche Interessen werden sorgfältig abgewogen.

Die Netze BW stellt sicher, den Schutzgütern Landschaft, Boden, Wasser und Flora/Fauna gerecht zu werden und Beeinträchtigungen von diesen fernzuhalten. Beispielsweise werden bei Mastsanierungen die Arbeitsflächen an und unter den Masten mit Planen abgedeckt. So wird sichergestellt, dass keine Stoffe wie Farbreste oder Reste von Rostschutzanstrichen in die Umgebung (Erdreich) gelangen. Auch bei Fundamentsanierungen wird darauf geachtet, dass nach Beendigung der Bauarbeiten der ursprüngliche Zustand der Oberfläche wiederhergestellt wird. Dies sind nur einige Beispiele der umfassenden Maßnahmen, welche die Netze BW ergreift, um Umweltbeeinflussungen möglichst zu Vermeiden.

Als Netze BW ist es uns wichtig, in die Bereiche Digitalisierung und technologische Innovation zu investieren. In den letzten Jahren wurde beispielsweise in NETZlaboren, zuletzt im vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderten Projekt flexQgrid, wichtige Erkenntnisse für intelligente Netze gesammelt und getestet. Das NETZlabor Selbstheilendes Netz ist ein weiteres Projekt mit dem Ziel das Konzept der automatisierten Wiederversorgung zu erforschen. Dies ist ein wesentlicher Schritt hin zu einer nachhaltigen, zuverlässigen und effizienten Energieversorgung in einem resilienten und intelligenten Verteilnetz. Außerdem ist in Burladingen Ende 2023 das erste voll digitalisierte Umspannwerk ans Netz angeschlossen worden.

Diese Initiativen und Innovationen helfen uns im sicheren Netzbetrieb, können den notwendigen Ausbaubedarf jedoch nicht essenziell reduzieren.

Netzstabilität meint die Fähigkeit eines Stromnetzes, Schwankungen im Angebot und in der Nachfrage auszugleichen, um eine kontinuierliche und eine zuverlässige Stromversorgung sicherzustellen. Sie ist entscheidend für die Aufrechterhaltung eines stabilen Spannung- und Frequenzniveaus im Netz, sodass Überlastungen oder Ausfälle vermieden werden. Die Netzstabilität wird durch Maßnahmen wie zum Beispiel einem Lastmanagement, dem Einsatz von Regelleistung und verschiedenen technologischen Lösungen wie intelligente Netze und Speichersysteme gewährleistet.

Beim Wechselstrom handelt es sich um einen elektrischen Strom, bei dem sich die Richtung des Stromflusses periodisch ändert. Dies geschieht typischerweise in einer sinusförmigen Wellenform. Die Frequenz beschreibt die Anzahl der Richtungswechsel des Stroms pro Sekunde und wird in der Einheit Hertz (Hz) angegeben. Im europäischen Stromverbundnetz beträgt die Frequenz 50 Hz. Im Verteilnetz wird Wechselstrom als Standardmethode für die Übertragung und Verteilung von elektrischer Energie verwendet, da nur mit Wechselstrom die verschiedenen Spannungsebenen über Transformatoren verbunden werden können. Dies sorgt für eine effiziente und bedarfsgerechte Verteilung über die unterschiedlichen Spannungsebenen.

Beim Gleichstrom handelt es sich um einen elektrischen Strom, bei dem die Richtung des Stromflusses konstant bleibt. Im Übertragungsnetz wird Gleichstrom verwendet, um große Mengen elektrischer Energie über lange Strecken zu transportieren, da Gleichstrom weniger Energieverlust im Vergleich zu Wechselstrom hat. Im Verteilnetz findet Gleichstrom keine Anwendung.

Im Wechselstromnetz gibt es Wirk- und Blindleistung. Wirkleistung ist der Anteil der Leistung, welcher Arbeit verrichtet und daher Geräte betreibt. Blindleistung entsteht bei Wechselstrom durch eine Phasenverschiebung zwischen dem Sinus der Spannung und dem des Stroms. Diese Phasenverschiebung wird durch Induktivitäten (bspw. Elektromotoren) und Kapazitäten (bspw. Erdkabel) verursacht. Ein geringer Anteil an Blindleistung ist für den Netzbetrieb notwendig, jedoch nimmt sie auch Übertragungskapazitäten ein.

Der Begriff Trasse bezeichnet die tatsächliche Linie oder den Pfad, auf dem eine Stromleitung verläuft. Es ist der konkrete, physische Verlauf der Leitung über das Gelände hinweg, einschließlich der Masten, Türme oder anderer Strukturen, die die Leitung tragen.

Der Trassenkorridor hingegen ist ein definiertes Gebiet oder ein Streifen, innerhalb dessen die Trasse einer geplanten Stromleitung verlaufen soll. Der Trassenkorridor wird im Rahmen von Planungsprozessen festgelegt und berücksichtigt verschiedene Faktoren wie topografische Gegebenheiten, Umweltauflagen, Landnutzung und soziale Belange. Er ist gewissermaßen der Raum, in dem die Trasse liegen soll, und dient als Leitlinie im Planungsverfahren für die genaue Platzierung der Stromleitung.

Kurz gesagt: Die Trasse ist der konkrete Verlauf der Stromleitung selbst, während der Trassenkorridor das definierte Gebiet ist, in dem diese Trasse errichtet werden soll. Der Trassenkorridor legt den Rahmen fest, innerhalb dessen die genaue Platzierung der Stromleitung geplant wird.