Der ENTSO-E-Bericht erklärt den Blackout auf der Iberischen Halbinsel

Mehr als ein Jahr nach dem Stromausfall, der die Iberische Halbinsel in Dunkelheit versetzte, liefert der nun veröffentlichte Bericht der ENTSO-E (Europäisches Netz der Übertragungsnetzbetreiber, zu dem auch die REN gehört) endlich die Antwort auf die Frage, die seit dem ersten Tag im Raum stand: Wie konnte so viel Stromerzeugung so plötzlich verschwinden?

Und nein: Es war nicht „eine riesige Wolke“, die über einen Solarpark zog – auch wenn das damals im Fernsehen teilweise so behauptet wurde.

Da es sich allerdings um einen 500-seitigen technischen Bericht handelt, habe ich versucht, ihn zu übersetzen und die wichtigsten Erkenntnisse so herauszuarbeiten, dass wir die Ursachen besser nachvollziehen können.

Wenn ich auf das zurückblicke, was ich vor einem Jahr geschrieben habe, deutete damals alles auf einen abrupten Erzeugungsausfall hin, der ein Ungleichgewicht zwischen Angebot und Verbrauch auslöste. Dieses Ungleichgewicht senkte die Netzfrequenz und setzte damit die Kaskade in Gang, die im Zusammenbruch des Stromsystems endete. Gleichzeitig standen mehrere Erklärungsansätze im Raum, warum das Netz nicht rechtzeitig und wirksam reagieren konnte: zu wenig Trägheit im System, Probleme bei der Parametrierung von Schutzfunktionen und anderes.

Die zentrale Frage blieb jedoch: „Was ist passiert, dass diese Erzeugung überhaupt verschwunden ist?“ – und genau darauf gibt der veröffentlichte Untersuchungsbericht nun eine Antwort.

Demnach gab es vorab eine Spannungs-Schieflage im Netz, die dazu führte, dass sich einige Kraftwerke „zum Schutz“ selbst vom Netz trennten. Aber der Reihe nach.

Ausgangslage am Tag des Stromausfalls auf der Iberischen Halbinsel

An diesem Tag war es sehr heiss (Freileitungen dehnen sich bei hoher Temperatur deutlich in ihrer Länge aus). Zum Zeitpunkt des Vorfalls deckte die Iberische Halbinsel etwa 90% ihres Stromverbrauchs aus erneuerbaren Quellen (Solar, Wind, Wasserkraft).

Hinzu kam: Der Verbrauch war insgesamt nicht besonders hoch, und die Höchstspannungsleitungen transportierten vergleichsweise wenig Leistung. Im Ergebnis ergab sich eine Konstellation, die – rückblickend – zu einer perfekten Ausgangslage für das folgende Ereignis wurde.

Blindleistung (reaktive Energie): Das Konzept hinter dem Problem

Um zu erklären, was passiert ist, muss ich ein Konzept ansprechen, das „Blindleistung“ (reaktive Energie) heisst. Dabei handelt es sich um Energie, die im Netz zwar erzeugt und aufgenommen wird, aber im engeren Sinn „nichts leistet“, weil sie keine Arbeit verrichtet.

Wenn man elektrische Energie mit Wasser in einem Rohr vergleicht, dann ist die Blindleistung der Anteil, der im Rohr vor- und zurückschwappt, ohne je wirklich „herauszukommen“. Eine andere Analogie ist ein Bier: Ein frisch gezapftes Glas besteht aus dem „nützlichen“ Bier (Wirkleistung) und dem Schaum (Blindleistung). Zu viel Schaum will niemand – aber ein Bier ganz ohne Schaum wirkt schal. Im Stromnetz gilt dasselbe Prinzip: Es braucht ein Gleichgewicht zwischen der im Netz erzeugten und der im Netz verbrauchten Blindleistung.

Wie es zur Überspannung kam: Leitungen als „riesige Kondensatoren“

Am Tag des Stromausfalls trat ein typischer Effekt auf, wenn Höchstspannungsleitungen mit geringer Last betrieben werden: Sie zeigen ein sogenannt kapazitives Verhalten. Praktisch heisst das, sie wirken wie „riesige Kondensatoren“ und beginnen, Blindleistung zu „erzeugen“ und ins Netz zu „injizieren“.

Diese angesammelte Blindleistung wird in der Situation weder ausreichend verbraucht noch kompensiert. Die Folge ist ein Anstieg der Spannungsniveaus (in der Rohr-Analogie: als würde der Druck in der Leitung steigen).

Erzeugungsanlagen haben jedoch eine maximale Betriebsspannung. Wird diese überschritten, greifen Schutzmechanismen, die die Anlagen aus Sicherheitsgründen vom Netz trennen – ähnlich wie ein Leitungsschutzschalter zu Hause.

Warum 2.5 GW in weniger als einer Minute verschwanden

Genau dieser Mechanismus führte dazu, dass innerhalb von weniger als einer Minute rund 2.5 GW Erzeugungsleistung aus dem Netz fielen.

Zur Einordnung: Portugal verbrauchte in diesem Moment ungefähr 7/8 GW, Spanien lag bei etwa 25/30 GW. Es verschwand also eine Erzeugungsmenge, die ungefähr 30% des portugiesischen Verbrauchs sowie 8%-10% des spanischen Verbrauchs entsprach.

Von da an nahm das Ereignis den bekannten Verlauf: Aufgrund mangelnder Trägheit konnte das System den Frequenzabfall, der aus der Differenz zwischen Nachfrage und Angebot resultierte, nicht abfangen – und das führte schliesslich zum vollständigen Systemkollaps.

Rolle der Photovoltaik: Hoher Anteil erneuerbarer Energien als Teil der „perfekten Ausgangslage“

Ich habe vorhin von einer „perfekten Ausgangslage“ gesprochen – und einer der Faktoren war, dass etwa 90% aus erneuerbaren Quellen stammten. Warum war das problematisch?

Im spezifischen Fall von Photovoltaikparks basiert die Einspeisung auf Leistungselektronik: Über Umrichter wird der Strom in Wechselstromform erzeugt und in das Netz eingespeist. Diese Technologie hat – im Vergleich zu thermischen und Wasserkraftwerken – nur begrenzte Möglichkeiten, Blindleistung im Netz in grossem Umfang und sehr flexibel zu regeln.

Bei sogenannten traditionellen Erzeugungsarten ist es hingegen möglich, neben der Wirkleistung auch die Blindleistung schnell und in grossen Mengen zu erzeugen oder aufzunehmen.

Wenn sehr viel Solarstrom gleichzeitig produziert wird, wird es entsprechend anspruchsvoller, das System zu führen und unter extremen Bedingungen – wie am Tag des Stromausfalls – rechtzeitig gegenzusteuern.

Heisst das, dass man weniger erneuerbare Energien wie Photovoltaik im System haben sollte? Nein, keineswegs. Es ist möglich, Blindleistung im Netz auch über andere Technologien gezielt zu kontrollieren. Dazu zählen schwere und teure Anlagen wie Synchonkondensatoren sowie sogenannte STATCOMs.

Neben dieser „grossen“ Hardware gibt es eine weitere Option: stets eine Reserve an konventioneller, schnell aktivierbarer Erzeugung vorzuhalten, die bei Bedarf die notwendige Blindleistung einspeisen oder aufnehmen kann.

Netzmodernisierung und Energiewende: „Unsichtbare“ Investitionen für mehr Resilienz

Die Einführung erneuerbarer Energien ist entscheidend für die energetische Unabhängigkeit unseres Landes (wie sich in den letzten Jahren gezeigt hat – und besonders aktuell angesichts Knappheit und Preisanstieg von Erdöl). Sie ist ausserdem zentral, um Treibhausgasemissionen aus traditionellen Energiequellen zu reduzieren.

Gleichzeitig ist klar: Die Integration dieser Quellen in das Stromsystem bringt erhebliche technische Herausforderungen und zusätzliche Kosten mit sich. Dennoch gibt es technische Lösungen (ja, teuer), die aus meiner Sicht von Entscheidungsträgern priorisiert und umgesetzt werden müssen – denn alternative Energien müssen zum Fundament unserer Stromerzeugung werden.

Das bedeutet: Die sogenannte Energiewende besteht nicht nur aus Investitionen in neue „grüne“ Erzeugung. Sie erfordert ebenso „unsichtbare“ Investitionen in das Netz, damit es widerstandsfähiger wird. Investitionen in Erzeugung müssen Hand in Hand mit Investitionen in die Netzinfrastruktur gehen.

Dasselbe gilt für Investitionen in unsere Interkonnektoren nach Spanien – und von dort weiter nach Frankreich und Marokko. Verbundnetze funktionieren wie eine Gruppe von Menschen in einem Schwimmbecken, die sich an den Händen halten: Wenn einer unterzugehen droht, können die anderen ihn bis zu einem gewissen Grad wieder hochziehen. Je grösser der Kreis, desto leichter lässt sich verhindern, dass ein einzelnes Mitglied „untergeht“.

Einige argumentierten, wir sollten unsere Interkonnektoren reduzieren. Meiner Ansicht nach gilt jedoch das Gegenteil: Je stärker wir verbunden sind, desto resilienter werden wir.

Wie ich schon vor einem Jahr gesagt habe: Perfekte, unfehlbare Systeme gibt es nicht – aber es gibt ingenieurtechnische Lösungen, um sie stabiler und widerstandsfähiger zu machen. Jetzt liegt es an politischen Entscheidungsträgern und Regulierungsbehörden, die Weichen so zu stellen, dass diese Lösungen umgesetzt werden können. Das Projekt Energiewende beschränkt sich nicht mehr darauf, „sauberen“ Strom zu erzeugen; es geht ebenso darum, die Stabilität des Netzes sicherzustellen, wenn diese neuen Quellen in grossem Massstab integriert werden.