Am 28. April 2025 wurde die Welt auf die Realität zurückgeführt, als es in Spanien und Portugal zum schlimmsten Blackout in Europa seit Jahrzehnten kam, und nur wenige Tage später, am 2. Mai, fiel auch auf der Insel Bali der Strom aus.
Wenn Du auf Elektrizität angewiesen bist – und wer ist das nicht – ist so ein Blackout nicht nur ein Gedankenanstoß zum Thema Energie. Es ist ein Realitätscheck. Ich schreibe über die Ursachen von Blackouts, warum ihre Gefahr zunimmt und welche einfachen Maßnahmen Bürger, Ingenieure und politische Entscheidungsträger jetzt treffen können, um eine düstere und fragile Energiezukunft zu vermeiden.
Blackouts sind ein unbequemes Thema. Wir wissen, wie wichtig ein reibungsloses Funktionierendes Stromnetzes ist … ohne das Aufzüge, Ampeln, Schulen, Züge, Krankenhäuser, Sanitäranlagen, Elektrofahrzeuge und Tankstellen, sogar Wärmepumpen und natürlich das Internet und unser Telefonnetz nicht funktionieren.
In diesem Blog Beitrag erläutere ich die zunehmende Gefahr von Blackouts anhand von Beispielen aus der Praxis, von den Zusammenbrüchen in Spanien, Portugal und Bali im Jahr 2025 bis hin zu dem historischen Ereignis in New York 2003. Ich analysiere die Ursachen, von menschlichem Versagen und Wetterextremen bis zu Mängeln in der Netzauslegung, und erklärt die zunehmende Gefahr von Brownouts als häufigere, kontrollierte Alternative zu einem vollständigen Zusammenbruch.
Wir werden untersuchen, wie Wechselrichter (oder „inverter“), die für Solar- und Windenergie unverzichtbar sind, das Netz destabilisieren können, und warum die traditionelle rotierende Masse für Trägheit und Stabilität so wichtig ist. Der Stromausfall in Spanien wird zu einem wichtigen Fallbeispiel, das zeigt, wie zu viel nicht-synchrone Erzeugung zu Chaos führt. Ich stelle auch die Frage, ob neue Technologien wie netzbildende Wechselrichter und Schwungräder uns wirklich retten können, und zeige, was nötig ist, um ein Netz wieder in Gang zu bringen, wenn es einmal ausfällt.
Im letzten Abschnitt gehe ich auf die Energiesicherheit ein und hebe die schwierigen Abwägungen zwischen „erneuerbaren Energien“, konventionellen Brennstoffen und Kernkraft hervor. Dies ist ein klarer Blick auf die fragile Zukunft unserer Energiesysteme und darauf, was getan werden muss, damit die Lichter nicht ausgehen.
Wie es so oft der Fall ist, mag einiges von dem, was ich schreibe, unpopulär sein, aber es ist weder politisch noch finanziell motiviert, sondern es geht darum, wirklich einen positiven Beitrag zu unserer Gesellschaft zu leisten… durch die Sicherung zuverlässiger, nutzbarer Energie, die bezahlbar ist und mit möglichst geringen Umweltauswirkungen verbunden ist.
- Was ist im Jahr 2003 in New York und im Jahr 2025 in Spanien passiert?
Wenn Kommunikation, Transport und alle von der Elektrizität abhängigen Systeme ausfallen, spielt unser Verstand verrückt… alle möglichen Horrorgedanken gehen uns durch den Kopf, wenn wir entweder in einem dunklen, heißen Aufzug festsitzen oder wenn wir unsere Lieben nicht erreichen können. Genau diese Art von Blackout traf Spanien und Portugal am 28. April 2025! Nur wenige Tage später, am 2. Mai 2025, kam es auf der gesamten Insel Bali ebenfalls zu einem Blackout.
Ich hatte den großen New Yorker oder Nordost-Blackout im Jahr 2003 eigentlich schon vergessen. Damals waren große Teile des Nordostens der USA ohne Strom und 50 Millionen Nordamerikaner betroffen. Anschließend wurde „Reliability First“, eine Regierungsorganisation, gegründet, um sicherzustellen, dass sich solche Ereignisse nicht wiederholen… Reliability First hat dieses sehenswerte Video zum 20. Jahrestag des New Yorker Stromausfalls (YouTube hier [1]) verfasst.
Der Blackout in New York im Jahr 2003 kann größtenteils auf Softwarefehler, menschliches Versagen und inadäquaten Baumbeschnitt in der Nähe von Stromleitungen zurückgeführt werden. [2]
Der Stromausfall auf der Iberischen Halbinsel Ende April 2025 – von dem ebenfalls 50 Millionen Menschen betroffen waren – kann größtenteils auf elektrische Oszillationen (siehe Box – Was sind elektrische Oszillationen und was passierte in Spanien?) zurückgeführt werden, die gar nicht so ungewöhnlich sind. Offenbar war das Netzsystem nicht in der Lage, diese Oszillationen oder Stromschwankungen zu kompensieren, was zu einem Kaskadeneffekt führte, bei dem Teile des Netzes innerhalb von Sekunden abgeschaltet wurden.
Es scheint, dass der erste Fehler des spanischen Netzbetreibers „Red Electrica“ wahrscheinlich darin bestand, einen Strommix mit einem geringen Anteil an steuerbarer Leistung zu haben, und der zweite darin, gleichzeitig einen sehr geringen Anteil an Erzeugung mit synchroner Rotationsträgheit zu haben… dazu später mehr.
Sekunden vor dem Blackout stammten nur 15 % der Stromerzeugung aus Kern- und Gaskraftwerken, die große rotierende Massen betreiben. Folglich fiel in nur fünf Sekunden praktisch der gesamte Strom in Spanien aus.
- Hinweis: Offiziell fielen nur 60 % des nationalen Strombedarfs [6] aus, aber in Wirklichkeit scheint es so, als ob der größte Teil Spaniens im Dunkeln lag.
- Offiziell lieferte die Solarenergie um 22:45 Uhr immer noch 13 % des Stroms (siehe Abbildung 1), was zu dieser Nachtzeit höchst fragwürdig ist.
Abbildung 1: 28. April 2025 – Spanische Stromerzeugung um 22.45 Uhr 13% aus Sonnenenergie? [8]
Der Blackout auf Bali am 2. Mai 2025 wurde offenbar durch eine Unterbrechung der Unterseekabel verursacht, die das Stromnetz auf Bali mit der Insel Java verbinden, was zu Blackouts in einer gewissen Anzahl von Gebieten auf Bali führte [3]. Also ware hier das Verbundnetzt betroffen, was natürlich auch anfälliger wird, je komplexer und umfangreicher unsere Netze werden.
Diese drei Blackouts sind nur ein Bruchteil der Geschichte, aber es gibt zahllose weitere, wenn man sich die Mühe macht, danach zu suchen. Die Ursachen sind entweder (1) menschliches Versagen oder Sabotage, (2) das Wetter oder (3) systembedingt. Die Risiken von menschlichem Versagen und Sabotage müssen wir so gut wie möglich minimieren. Systembedingte Risiken können wir vermeiden, indem wir kritisch nachdenken und die finanziellen und personellen Ressourcen für die Durchführung eines Risikominderungs- oder – in einigen Fällen – Risikobeseitigungsplans bereitstellen. Das Wetter können wir nicht kontrollieren, aber wir können uns mit Backup- und Reservekapazität ausreichend vorbereiten.
Nachfolgend einige weitere Beispiele für Stromausfälle in den letzten 10 Jahren, nicht in der Reihenfolge ihrer Relevanz und ohne Anspruch auf Vollständigkeit [4]:
Abbildung 2: Einige weitere Beispiele für Stromausfälle in den letzten 10 Jahren
Abbildung 3: Vor dem Ereignis auftretende Oszillationen im iberischen Netz [11]
Was sind elektrische Oszillationen und was passierte in Spanien? Elektrische Oszillationen (Stromschwankungen) treten auf, wenn der Strom in einem System zu schwanken oder zu „wackeln“ beginnt, anstatt gleichmäßig zu fließen. Dies kann bei plötzlichen Veränderungen auftreten, z. B. wenn ein großes Kraftwerk ein- oder ausgeschaltet wird, ein unerwarteter Nachfrageschub auftritt oder unerwartete Wolken über großen Solarfeldern auftauchen. Stellen Sie sich das wie ein schwingendes Pendel vor: Wenn die Ausschläge größer werden, anstatt konstant zu bleiben, kann es zu unerwünschten Ereignissen wie Stromausfällen kommen.
Ingenieure verwenden spezielle Vorrichtungen, um diese Oszillationen unter Kontrolle zu halten und sicherzustellen, dass die Leistung stabil bleibt. Ohne sie könnte das System instabil werden, was zu Stromausfällen führen würde.
Was passierte in Spanien am 28 April 2025?
Folgendes wissen wir [5, 6, 7] Der Stromausfall fiel in eine Zeit, in der Solar-, Wind- und Wasserkraftwerke mehr als 100 % des spanischen Strombedarfs erzeugten und der Überschussstrom wurde exportiert. In den Momenten vor dem Stromausfall, exportierte Spanien 4,3 GW überschüssigen Strom nach Frankreich, Portugal und Marokko und nutzte weitere 3 GW, um die Reserven aus gepumpten Wasserkraftwerken wieder aufzufüllen. Über 70 % der Stromerzeugung stammte aus wetterabhängigen, unberechenbaren Sonnen- und Windenergieanlagen.
Der anfängliche Frequenzabfall (N-1) scheint durch die unerwartete Abschaltung zweier großer Solarparks im Südwesten Spaniens verursacht worden zu sein [8].
Der anfängliche Stromausfall wurde somit durch Solarparks im Südwesten Spaniens verursacht. Was geschah dann?
Wir wissen es noch nicht genau, aber das Kurzvideo von Practical Engineering [9] oder Abbildung 5 im nächsten Abschnitt könnten einen Hinweis darauf geben. Offiziell teilte der spanische Netzbetreiber mit, dass drei „aufeinanderfolgende“ Erzeugungsausfälle in Granada, Badojuz und Sevilla insgesamt 2,2 GW betrugen. Die Überspannung löste eine „Kaskade von Erzeugungsverlusten“ aus, und ein ‚großflächiger‘ Rückgang der Erzeugung führte zu einem „Verlust der Synchronisation“ zwischen der iberischen Halbinsel und dem übrigen Europa [5].
Abbildung 4: Wood Mackenzie über den Stromausfall in Spanien [7]
Am 16. Mai wurde bekannt, dass Spanien während so genannten „Hellbrisen“ (Gegenteil von Dunkeflaute) zur Mittagszeit eine neue vorübergehende Lösung zur Bewältigung der Herausforderungen im Bereich der Energiesicherheit beschlossen hat.
Der spanische Netzbetreiber Red Electrica REE hat das nationale Stromnetz in einen „verstärkten Betriebsmodus“ überführt. Prof. Noland schreibt auf LinkedIn, dass dieser „gestärkte Modus“ im Wesentlichen darin besteht, den normalen Betrieb des Strommarktes teilweise auszusetzen, indem Wind- und Solarenergie zu Spitzenzeiten gedrosselt werden, um Platz für mehr synchrone Erzeugung aus Wasser-, Kern- und Gaskraftwerken zu schaffen. Diese konventionellen Kraftwerke erbringen wichtige Stabilitätsdienstleistungen.
Wie wir bereits dargelegt haben, bieten die großen Drehturbinen eine kritische Systemträgheit, indem sie Erschütterungen abfedern und Leistungsschwankungen glätten und so einen robusten Puffer gegen Störungen schaffen, während die Synchrongeneratoren die Frequenzregelung und die Spannungsstützung erheblich verbessern und gleichzeitig die Systemstärke durch Kurzschlusskapazitäten und Netzstabilisatoren erhöhen.
Diese Anpassungen in Spanien bestätigen, was wir in diesem Artikel über die Wichtigkeit der Systemträgheit und den negativen Einfluss von so genannten Inverter Based Ressourcen (IBR = wechselrichterbasierte Energieresourcen) wie Wind und Sonne auf die Netzzuverlässigkeit berichten.
2. Blackouts vs Brownout oder “Loadshedding”
Als es in Südafrika in den Jahren 2023 und 2024 zu „loadshedding“ oder geplanten Stromausfällen von bis zu 18 Stunden täglich kam, handelte es sich nicht um Blackouts. Es handelte sich um geplante und angekündigte „Netzabschaltungen“, die bestimmte Gebiete beeinflussten, um sicherzustellen, dass die Stromnachfrage das Stromangebot nicht übersteigt und die Frequenz des Netzes stabil bleibt. Diese „“Brownouts„“ werden in den kommenden Jahren in Europa, Australien, Kalifornien und Texas wahrscheinlich häufiger auftreten, da es an zuverlässigen, wetterunabhängigen und steuerbaren Stromquellen mangelt, die mit extremeren Wetterbedingungen oder Netzunterbrechungen umgehen können.
Wenn die Nachfrage höher ist als das Angebot, sinkt die Frequenz im Netz von den gewünschten 50 Hz (60 Hz in den USA und einigen anderen Ländern). Wenn das Angebot zu hoch ist, steigt die Frequenz an. Ein Frequenzabfall von 2,5 Hz führt sofort zu einem Blackout, siehe Abbildung 5 unten. Wenn möglich, können die Netzbetreiber daher einen planmäßigen „loadshedding“ vorsehen, sobald eine Frequenzabweichung von 1 Hz festgestellt wird, um das Netz in Zeiten hoher Nachfrage oder unzureichender Stromversorgung zu stabilisieren.
Möglicherweise erinnert man sich daran, dass Amerika im „War of the Currents“ vor über 130 Jahren die Entscheidung für Wechselstrom (AC) für die ganze Welt traf. Damals war Tesla für Wechselstrom (AC) gegen Edison für Gleichstrom (DC). Das können wir heute noch spüren, denn die gesamte Welt setzt auf AC im Stromnetz!
Solar- und Windkraftanlagen brauchen Wechselrichter oder Inverter… (Dieser Abschnitt bezieht sich auf unser Buch „Unbequeme Wahrheiten… über Strom und die Energie der Zukunft“, das Sie hier kaufen können)
Windturbinen erzeugen Wechselstrom (AC), der umgewandelt und „konditioniert“ oder gleichgerichtet werden muss, bevor der Strom ins Netz eingespeist werden kann. Der Wechselstrom aus einer Windturbine wird nicht mit einer ausreichend stabilen Spannung, Frequenz oder Phase erzeugt, um direkt in unser Wechselstromnetz eingespeist zu werden. Solarenergie erzeugt Gleichstrom (DC). Gleichstrom wird auch in Batterien „gespeichert“ und auch diese stellen “nur” DC-Strom bereit, wie Solar.
Die Hauptfunktion von Wechselrichtern ist die Umwandlung von Gleichstrom (DC), der von Solarpanelen und einigen Windturbinen erzeugt wird, in Wechselstrom (AC), d.h. 50 Hz in Europa oder 60 Hz in Nordamerika.
Abbildung 5: Netzfrequenzen und ihre Auswirkungen [10]
Abbildung 6: YouTube – Praktische Technik: Viele der interessanten Herausforderungen bei Wind und Sonne spielen sich hinter den Kulissen ab [9]
Warum Wind und Solar Wechselrichter brauchen:
- Solarenergie: Solarpanele erzeugen Gleichstrom, aber Haushaltsgeräte und das Stromnetz arbeiten mit Wechselstrom. Wechselrichter sorgen dafür, dass die Solarenergie effizient und sicher genutzt und in das Stromnetz eingespeist werden kann.
- Windenergie: Einige kleine Windturbinen erzeugen ebenfalls Gleichstrom und benötigen zur Umwandlung einen Wechselrichter. Größere Windturbinen erzeugen in der Regel direkt Wechselstrom, verwenden aber dennoch Wechselricher zur Netzkompatibilität und Spannungsregelung.
- Netzintegration: Wechselrichter helfen bei der Synchronisierung von Wind- und Solarstromquellen mit dem Netz und sorgen für stabile Spannungs- und Frequenzwerte.
Es ist verständlich, dass die Stromerzeugung aus Wind und Sonne starken Schwankungen unterliegt und von einer Sekunde auf die andere variieren kann. Der Ausgleich muss daher schnell über Regelleistung erfolgen. Je mehr Wind- und PV-Anlagen im Netz betrieben werden, desto höher ist der Bedarf an Regelleistung. Regelleistung wird immer von Kraftwerkstypen oder Verbrauchern zur Verfügung gestellt, die nicht von schwankenden Wetter abhängig und voll abrufbar sind, wie Kohle-, Gas- oder Wasserkraft.
Selbst nach der Aufbereitung haben Wind- und Solarstrom (oder inverterbasierte Ressourcen IBR – wechselrichterabhängige Energieresourcen) im Netz nicht die gleiche Qualität wie Strom, der von rotierenden Turbinen erzeugt wird, und wird von Netzspezialisten als „unsauber“ angesehen.
Da Wind- und Solarstrom im Netz normalerweise Vorrang haben, wird mehr Strom ins Netz eingespeist, der aufbereitet werden muss. Diese Aufbereitung erfolgt mit Hilfe von Gleichrichtern (Rectifier) und Wechselrichtern (Inverter). Dabei können neben oder oberhalb der Standardfrequenz von 50 Hz (für Europa) unkontrollierbare „Oberschwingungen“ auftreten, die zu Leistungsverlusten aufgrund von Wärmeentwicklung und anderen unerwünschten oder sogar katastrophalen Nebeneffekten führen können. Andererseits können auch unkontrollierbare Verstärkereffekte aufgrund von Resonanzen auftreten, die zu Kurzschlüssen und Bränden führen können…
Zerstörende Resonanzen können nur vermieden werden, wenn der Anteil des „unsauberen“ Stroms im Netz möglichst klein gehalten wird. In Deutschland oder Spanien dagegen werden die Quellen „unsauberen“ Wechselstroms seit Jahrzehnten systematisch erhöht, was zu einem „Wechselstromchaos“ und schließlich zu Blackouts wie am 28. April 2025 führt.
Für technisch Begeisterte erklärt das Abbildung 6 verlinkte Video oben, was nötig ist, um Solarstrom ans Netz zu bringen, mehr Details findert ihr in unserem Buch “Unbequeme Wahrheiten… über Strom und die Energie der Zukunft”.
3. Trägheit des Netzes und Wechselrichter
Größe IST wichtig. Die wahren Stabilisatoren unseres Wechselstromnetzes sind die großen Turbinen, die jeweils 100 MW oder mehr leisten. Ihre erhebliche Rotationsmasse sorgt für eine inhärent stabile Rotation, die es ihnen ermöglicht, größere Störungen der Wechselstrom-Wellenform des Netzes ohne Unterbrechung zu überstehen. Selbst wenn sie 100 Meilen voneinander entfernt sind, bleiben diese großen Rotoren, z. B. in Kern-, Kohle- oder Gaskraftwerken, 1 bis 5 Sekunden lang synchronisiert und halten ihre Bewegung ohne elektrische Verbindung aufrecht, selbst bei einem Kurzschluss.
In Spanien war der sprichwörtliche Tropfen, der das Fass zum Überlaufen brachte, das letzte Aufkommen an Solar- und Windenergie, das ausgereicht hat, um das System zum Schwingen zu bringen und zum Zusammenbruch zu führen. Nicht „Wind und Sonne“ an sich, sondern wahrscheinlich zu viele nicht-synchrone Wechselrichter, die Rauschen in die Wechselstrom-Wellenform des Netzes einspeisen, haben dies verursacht. Es war wie „ein Orchester ohne Dirigent, das versucht, eine Sinfonie nach Gehör zu spielen“ [11].
Das Problem der willkürlich auftretenden Unterbrechungen (Intermittenz oder Unstetitgkeit), sei es durch Solarenergie, Windkraft oder etwas anderes, ist eigentlich ein separates Problem und hat nichts mit der Trägheit des Systems zu tun. Es handelt sich um ein Problem des Lastausgleichs.
In der Vergangenheit wurde die zwischengeschaltete Stromerzeugung im Voraus so eingeteilt, dass sie bei einer Auslastung von 80 % der Nennkapazität 100 % des erwarteten Bedarfs decken konnte, wobei 20 % Spielraum für unvorhergesehene Ereignisse blieb (Reservekapazität).
Im Grunde ist die Rechnung ganz einfach: Wenn 60 % der Gesamterzeugung des Netzes plötzlich innerhalb einer einzigen Sekunde ausfallen, können die verbleibenden 40 % das Netz einfach nicht stabil halten. Das scheint nur logisch.
Das Risiko großflächiger Blackouts in Stromsystemen mit einem hohen Anteil an Wind- und Solarenergie ist wohlbekannt. Der Blackout auf der iberischen Halbinsel am 28. April hat diese seit langem bekannten Schwachstellen jedoch in den Vordergrund gerückt [12].
Solar- und Windkraftanlagen verwenden in der Regel netzgeführte Wechselrichter, die sich an die bestehende Frequenz und Spannung des Netzes anpassen, anstatt diese Parameter selbst einzustellen. Diese Systeme sind für einen ordnungsgemäßen Betrieb auf ein stabiles Netz angewiesen (und der Strom bildet tatsächlich das Netz) und verfügen nicht über die Fähigkeit, die Netzstabilität bei Störungen eigenständig aufrechtzuerhalten.
Wechselrichter funktionieren als schnelle Schalter, die beträchtliches Rauschen in die „Netz-Wechselstrom-Wellenform“ einbringen, was dazu führen kann, dass sie einander entweder unvorhersehbar folgen (grid-following mode), aggressiv zusammenstoßen (grid-forming mode) oder sogar beides gleichzeitig tun. Diese Störungen stellen eine Energieverschwendung dar. Wenn sich diese Störungen ansammeln, können die Wechselrichter überfordert sein und schließlich die Synchronisation mit der Wechselstrom-Wellenform des Netzes verlieren. An diesem Punkt kann eine geringfügige Störung einen kaskadenartigen Ausfall auslösen, ähnlich wie Ratten, die ein sinkendes Schiff auf einmal verlassen und das gesamte System zum Einsturz bringen.
Das ist so, als würde ein Orchester ohne Dirigent versuchen, während eines Gewitters in einem großen Schuppen mit Blechdach eine Sinfonie nach Gehör aufzuführen.
Abbildung 7: Synchrongeneratoren liefern eine konstante Wechselstrom -Wellenform
Abbildung 8: Siemens- Werbung für „Flywheels“ oder „Synchronkondensatoren“ [13]
Die Aufführung beginnt zwangsläufig schlecht, und ein kompletter Ausfall ist unvermeidlich [11].
Die Netzbetreiber sind sich dieser Risiken bewusst, und einige legen eine Mindestanforderung von 65 % oder mehr der am Netz befindlichen Rotationsgeneratoren fest. Darüber hinaus ist eine ausreichende Reservekapazität erforderlich, um einen gleichzeitigen Ausfall der gesamten wechselrichterabhängigen Erzeugung zu kompensieren.
Eine vorgeschlagene Strategie zur Verringerung des Risikos einer Netzdestabilisierung durch große Wind- und Solaranlagen besteht oft erwähnt darin, in netzbildende Wechselricher zu investieren. Diese Wechselrichter sollen es Wind- und Solaranlagen ermöglichen, die Betriebseigenschaften herkömmlicher Kraftwerke nachzubilden, indem sie eine stabile Spannungs- und Frequenzreferenz bereitstellen, die zur Aufrechterhaltung der Netzstabilität bei Störungen beitragen könnte. Allerdings wurden netzbildende Wechselrichter bisher nur in Mikronetzen und isolierten Systemen, wie in Australien und Hawaii, eingesetzt. Ihre Anwendung in großen, zusammengeschalteten Netzen ist noch nicht getestet worden. Am wichtigsten ist, dass netzbildende Wechselrichter die rotierende Masse nicht ersetzen können, wie ich oben erläutert habe und im Folgenden näher erläutern werde.
Batterien? … Theoretisch ja, aber praktisch nein. Bislang gibt es keine nachgewiesenen Modelle für den groß angelegten Einsatz von batteriegestützter Netzstabilisierung in komplexen, zusammenhängenden Systemen, in denen eine große Speicherkapazität benötigt wird [12]. Auch hier könnte eine Batterie, wenn sie während eines Stromausfalls nicht entladen wird, theoretisch ein Schwungrad drehen, das Siemens für diesen Zweck herstellt. Siemens schlägt also vor, „grüne“ Energie zu nutzen, um große Schwungräder zu bauen und zu betreiben, die konventionelle Kraftwerke imitieren, um eine rotierende Massenträgheit im Netz bereitzustellen… man stelle sich vor, wie energie- und rohstoff(un)effizient dies ist (Abbildung 8).
Um das Problem der Wechselrichter richtig zu verstehen, müssen wir zu den „ersten Prinzipien“ zurückkehren und verstehen, wie die Rotationsträgheit innerhalb einer sich drehenden Masse (d. h. eines Schwungrads) die Wechselstrom-Wellenform des Netzes aufrechterhält, und noch wichtiger, wann.
Die richtige Antwort lautet JETZT und IMMER.
Trägheit ist eine Naturkraft, die allein mit der Masse korreliert. Und in diesem Fall beziehen wir uns auf die Form der Trägheit, die als Impuls bezeichnet wird. Und der Impuls kann seine Richtung nur dann ändern, wenn eine gleiche und entgegengesetzte Kraft auf ihn einwirkt. Wenn Sie also nicht mit dem Impuls arbeiten, arbeiten Sie mit Sicherheit gegen ihn (z. B. Wechselrichter, die an Wind- und Solaranlagen angeschlossen sind). Denn wenn die Wechselstrom-Wellenform des Wechselrichers nicht in jedem Moment und in jeder Richtung mit der Wechselstrom -Wellenform des Netzes zusammenarbeitet, arbeitet er mit Sicherheit in jedem Moment und in jeder Richtung gegen sie. Und das ist das Problem bei Wechselrichtern, das kein Computer lösen kann. (Mein Dank geht an Tom Troszak für seine Einblicke und seine Unterstützung [11])
Wechselrichtersind auch ein leichteres Ziel für Cyberangriffe, denn sie gehören zu den kritischen Infrastrukturen, und ich habe dieses Thema kürzlich in einem Blogbeitrag behandelt. Die Tatsache, dass die meisten Länder kritische Infrastrukturen von anderen Ländern kaufen, die geopolitisch von Bedeutung sein können, sollte bei der Betrachtung der Energiesicherheit eine Rolle spielen und war auch vor kurzem mehrfach in der Presse.
4. Schwarzstartfähigkeit, Short Circuit Levels (SCL) und Energiesicherheit
Ok, wir sind fast fertig, noch zwei wichtige Punkte zum Stromnetz… aber ihr könnt diesen Abschnitt auch überspringen, wenn ihr wollt.
Blackstart: Jedes Kraftwerk, jede Windturbine und jedes Solarpanel benötigt Strom, um „“hochzufahren„“. Die Fähigkeit, ohne Strom aus dem Netz anzufahren, d. h. völlig autark zu sein, wird als „“Schwarzstartfähigkeit„“ bezeichnet. Diese Fähigkeit ist vor allem bei Stromausfällen oder Blackouts (siehe Balkan-Blackout im Juni 2024) wichtig. Die Blackstartfähigkeit größerer Kraftwerke wird durch Batterien sichergestellt, die dann Dieselgeneratoren starten, die dann zum Hochfahren der Kraftwerke verwendet werden. Auch bei Wind- und Solarkraftwerken werden in der Regel Batterien und Dieselgeneratoren benötigt. Wasserkraftwerke und Pumpspeicherkraftwerke benötigen in der Regel nur eine geringere Menge an Strom zum Anfahren, z. B. zum Öffnen von Schlössern.
In Deutschland war in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts, aber auch historisch davor und in der ehemaligen DDR aus gutem Grund jedes Kraftwerk Schwarzstart-fähig. Seit den 1980er Jahren wurde diese Fähigkeit bei neueren Kraftwerken aus wirtschaftlichen Gründen nicht immer vorgesehen. In Deutschland und anderen Teilen der Welt wurde die Schwarzstartfähigkeit von Kraftwerken daher im Laufe der Jahre deutlich reduziert. Bei Wind- und Solarkraftwerken ist die Schwarzstartfähigkeit, obwohl sie theoretisch möglich ist, selten bis gar nicht vorhanden. Da die Netzstabilität mit zunehmender Wind- und Solardurchdringung abnimmt, steigt auch das Risiko von Stromausfällen.
Wenn es zu Blackouts kommt, muss das Stromnetz vorsichtig wieder „hochgefahren“ werden. Dies wird in sogenannten Netzinseln getan, d. h. es werden begrenzte Stromverbraucher zusammen mit einem wieder anlaufenden Kraftwerk an das Netz angeschlossen und die 50-Hz-Netzfrequenzstabilität muss wiederhergestellt werden. Dabei ist zu beachten, dass Angebot und Nachfrage immer genau gleich groß sein müssen, damit das Netz stabil ist. Wenn die Netzinsel konstant bei 50 Hz läuft, muss sie mit einer anderen Netzinsel verbunden oder zusammengeführt werden. Dies kann nur geschehen, wenn beide Netze völlig synchron laufen. Diese Synchronisierung von Teilnetzen kann in manchen Fällen Tage dauern, in Spanien ist sie jedoch in weniger als einem Tag erledigt.
Wenn die Synchronität zwischen den zusammenzuführenden Teilnetzen nicht gegeben ist, können Generatoren und Turbinen nicht nur beschädigt werden, sondern sogar explodieren. Große Turbinen sind sehr empfindlich, wenn die Frequenz abfällt oder ansteigt, können mechanische Resonanzen auftreten, die irreparable Schäden verursachen können. In Spanien haben Marokko und Frankreich geholfen, indem sie den Strom für den Neustart des Netzes bereitstellten… und das mit erstaunlicher Geschwindigkeit, Glückwunsch an die Ingenieure!
Kurzschlusspegel (SCLs): Jetzt kommen wir zu Kurzschlusspegel (SCL) vs. Kurzschlussstrom – (Kurzschlussfestigkeit vs. Kurzschlussstrom). Stellen Sie sich den Kurzschlussstrom als sprudelndes Wasser vor, wenn ein Damm bricht. Es ist der unmittelbare und intensive Strom. Es ist der tatsächliche Strom, der durch einen elektrischen Stromkreis fließt, wenn ein Kurzschluss (eine Störung) auftritt. Der Kurzschlusspegel SCL entspricht der Fähigkeit eines Staudamms, einen solchen plötzlichen Zustrom zu bewältigen und zu kontrollieren, ohne zu versagen. Es handelt sich dabei um den maximalen Strom, den ein elektrisches Netz oder System während eines Kurzschlusses verarbeiten kann, ohne dass es zu erheblichen Schäden kommt.
Die Kurzschlussleistung nimmt ab, je mehr Wind- und Solaranlagen (Inverter-basierte Ressourcen IBR) wir dem System hinzufügen – das Risiko steigt. Im Vergleich zu einer Kohleturbine könnte beispielsweise eine 100-MW-Solaranlage nur etwa ein Fünftel der Kurzschlussleistung erbringen (in der Größenordnung von 100-150 MVA). Dies hat zur Folge, dass in Regionen mit einer hohen Durchdringung von Solaranlagen (oder anderen Wechselrichtern) die SCL des Netzes insgesamt niedriger ist, was das Netz „schwächer“ machen kann.
Energiesicherheit: Wie können wir unsere Energiesicherheit gewährleisten? Alle Energiequellen haben Vor- und Nachteile. Jedes Land hat seine eigene Position, aber hier sind ein paar Dinge zu beachten..
Die Tatsache, dass Wind und Sonne keine Energiesicherheit bieten, ist logisch. Die berühmte „Dunkelflaute“ bedeutet, dass es in ganz Kontinentaleuropa Tage, manchmal sogar Wochen mit wenig oder gar keinem Wind und keiner Sonne gibt. Solche längeren wind- und sonnenarmen Zeiten lassen sich weder mit Batterien noch mit Siemens-Schwungrädern überbrücken. Wasserstoff als Stromspeicher ist aufgrund der 80 % „verlorener Energie“ bei der Herstellung, der Speicherung, dem Transport und dem Repowering von Wasserstoff ein wirtschaftlicher und ökologischer Fehlschlag. Wind- und Solarenergie haben auch keine Rotationsträgheit, was in Spanien das Problem war und die Netzstabilität beeinträchtigte.
Konventionelle Brennstoffe: Kohle vs. Gas scheint klar zu sein… Kohle ist im Allgemeinen sicherer, da sie extremen Witterungsbedingungen standhalten kann und man z. B. einen „Brennstoff“-Vorrat für vier Monate in seinem Hinterhof lagern kann, was bei Gas nicht möglich ist. Kohlestrom ist steuerbar, und die Kraftwerke können leicht an- und abgeschaltet werden (schnell, aber nicht so schnell wie Gas). Kohle ist aus ökologischer Sicht im Allgemeinen nicht so gut wie Gas, aber für das „Klima“ sind sie mehr oder weniger gleich, wenn man Methan mit einbezieht (siehe hier für weitere Einzelheiten). Die Kernkraft ist ebenfalls sicher und einfach, aber natürlich teurer und nicht so flexibel. Gas ist schnell, im Allgemeinen teurer als Kohle, verbrennt sauberer, erfordert aber eine komplexere Flüssiggas- oder Pipeline-Infrastruktur. Ich würde es für unmöglich halten, dass ein Gaskraftwerk vier Monate lang Gas vor Ort vorrätig haben kann.
Meiner Meinung nach brauchen wir alles, Kohle, Gas und Kernkraft, so viel wie wie möglich, um unsere Welt in den kommenden Jahrzehnten sicher mit Energie zu versorgen!
Ich empfehle Ihnen, diesen interessanten Artikel aus dem Jahr 2015 zu lesen: „Zombie Coal Plants Reanimated to Stabilize the Grid“ [14].
5. Zusammenfassung
Ok, die „Energiewende“ soll uns zu einer elektrifizierten Welt führen, die nur „sauberen Strom“ aus Wind, Sonne, Wasser, Biokraftstoffen und Erdwärme nutzt. Da die Erdwärme nicht ausreicht, die Wasserkraft begrenzt ist und Biokraftstoffe nicht nachhaltig sind (siehe meinen jüngsten blog über Biomasse hier), bleiben nur Wind und Sonne. Diese haben jedoch viele Probleme, und ein wichtiger Punkt ist, dass Wind und Sonne das Netz destabilisieren… der Stromausfall auf der iberischen Halbinsel war eine drastische Erinnerung daran.
Tatsache ist, dass das „alte“, auf Wechselstrom basierende Stromsystem nicht defekt war, sondern jetzt durch die Hinzufügung von Wind- und Solarenergie praktisch “zerstört” wird. Die heutigen -Wechselrichter lösen dieses Problem nicht, obwohl dies die beabsichtigte Lösung ist. Wind und Sonne sind nicht das Problem für die Netzstabilität an sich, sondern zu viele nichtsynchrone Wechselrichter, die Rauschen in die Wechselstrom-Wellenform des Netzes einspeisen.
Fairerweise muss man sagen, dass der Strom aus Sonnen- oder Windenergie, oder auch von Einhörnern oder Außerirdischen stammen könnte (ich zitiere einfach gerne Tom Troszak). Die Wechselrichter, die für Wind- und Solarenergie benötigt werden, sind die Quelle der Netzinstabilität, nicht die eigentliche Energieart. Das Problem der Wetterabhängigkeit ist ein völlig anderes, und es wird viel Geld kosten, es zu lösen. Wetterbedingte Unverhersehbarkeit von Wind und Solar hat nichts mit der Trägheit des Systems zu tun, die wir hier besprochen haben.
Je höher der Anteil von Wind- und Sonnenenergie im System ist und je mehr Kraftwerke mit rotierenden Turbinen wir sprengen (wie in Deutschland das Hamburger Kohlekraftwerk im März 2025), desto höher ist das Risiko von Blackouts.
Letzte Woche wurde ich gefragt… Was machen wir jetzt? Nun, hier sind einige einfache Vorschläge…
- Bereitet euch persönlich auf 3-5 Tage Stromausfall vor: Wasser, Batterien, Kerzen, Lebensmittelkonserven… und wenn möglich einen Generator (die EU hat diese Empfehlung im März 2025 online gestellt [15])
- Setzt euch für stabile, zuverlässige und steuerbare Stromsysteme ein und vermeidet Wind- und Solarenergie
- Informiert euch und haltet euch von politischen Aussagen oder politischer Voreingenommenheit fern
Quellenangaben
[1] Reliability First Movie on YouTube commemorating the 20th Anniversary of the big New York or Northeast blackout in 2003, (link)
[2] August 2003 Blackout | Department of Energy, (link)
[3] Reuters: Indonesia’s Bali Island Hit by Power Outage.” May 2025, (link)
[4] List of major power outages and subsequent research (link)
[5] Javier Blas quoting the official explanation from Red Electrica, (link)
[6] Spanish generation from Red Electrica website on 28th April 2025 (link)
[7] Wood MacKenzie on Spain blackout (link) and (link)
[8] EPRI, based on UTK Fnet Grideye, 20min into video (link)
[9] YouTube: Connecting Solar to the Grid Is Harder Than You Think, 2024, (link)
[10] netzfrequenz.info: Sep 2022, (link)
[11] with the support of Tom Troszak and Prof Bill Smith, USA, email exchanges May 2025
[12] The Iberian Peninsula Blackout — Causes, Consequences, and Challenges Ahead, Baker Institute, May 2025. (link)
[13] Siemens flywheels to provide rotating mass inertia (link)
[14] “Zombie Coal Plants Reanimated to Stabilize the Grid – IEEE Spectrum,” 2015, (link)
[15] EU 72h emergency kit; Brussels asks EU citizens to put together a 72-hour emergency kit to face crises | Euronews (link)