Technik begreifen

Spannungsebenen

Wechselstrom wird auf unterschiedlichen Spannungsebenen transportiert:

• Zum Bereich der Niederspannung gehören etwa die 230 Volt, die im Haushalt an der Steckdose anliegen. Auf dieser Spannungsebene wird die Energie über kurze Strecken verteilt.
• Die Mittelspannung beginnt bei mehr als 1.000 Volt. Sie dient der Verteilung über Strecken von einigen Kilometern bis um die 100 Kilometer, vor allem in ländlichen Gebieten.
• Bei einer Spannung größer als 60 Kilovolt (= 60.000 Volt) spricht man von Hochspannung. Das üblicherweise mit 110 Kilovolt betriebene Hochspannungsnetz sorgt für die Grobverteilung von Energie in verschiedene Regionen und Ballungszentren sowie in Industriestandorte.
• Das Höchstspannungsnetz wird meist mit 380 Kilovolt betrieben, zum Teil auch mit 220 Kilovolt. Höhere Spannungen sind ebenfalls möglich. Auf dieser Spannungsebene wird die Energie über weite Strecken großräumig übertragen. Daher wird es auch Übertragungsnetz genannt. Große Energieerzeuger (zum Beispiel Kraftwerke und Windparks) sind so mit den Lastzentren verbunden. Über das Höchstspannungsnetz sind auch die Netze angrenzender Länder mit dem deutschen Netz verbunden.

Gleichstrom wird im Übertragungsnetz nur in sehr hohen Spannungsebenen und über große Entfernungen transportiert. Man spricht dabei von Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ).

Freileitungen

Zur Stromübertragung auf der Hoch- und Höchstspannungsebene setzt man weltweit überwiegend Freileitungen ein. Diese lassen sich vergleichsweise kostengünstig und schnell errichten. Außerdem verfügen sie über eine hohe Übertragungsleistung. Von Vorteil ist auch, dass die Leiterseile von Luft umgeben sind: Die Wärme, die durch den Stromfluss im Leiter entsteht, kann so leicht abgegeben werden. Die Masten können mehr als 300 Meter weit auseinander stehen – zum Teil sogar deutlich mehr. So wird am Boden nur wenig Fläche verbraucht.
Ein Nachteil der Freileitung ist der optische Eindruck: Die Leiterseile und vor allem die hohen Masten können das Landschaftsbild erheblich verändern. Zudem besteht die Gefahr, dass Vögel die Leitungen übersehen und mit ihnen zusammenprallen.

Erdkabel

Erdkabel für die Stromübertragung sind weit verbreitet – allerdings fast ausschließlich in den regionalen Verteilernetzen der Nieder- und Mittelspannung. Im Bereich der Hochspannung nimmt die Erdverkabelung zu, zum Beispiel in Dänemark. Vergleichsweise neu ist die Verwendung von Erdkabeln dagegen im Bereich der Höchstspannung.

Der Einsatz von Erdkabeln in überregionalen Übertragungsnetzen, die große Strommengen über weite Distanzen transportieren, bringt neue technische Herausforderungen mit sich. So besteht beispielsweise ein Problem bei der Wärmeableitung. Da das Kabel von Erde umgeben ist, wird die Wärme, die durch die elektrischen Verluste entsteht, nur teilweise abgeführt. Das begrenzt den möglichen Stromfluss und damit die über das Kabel übertragbare Leistung. Bestimmte Kühlmechanismen können diesem Effekt entgegenwirken.

Ein weiteres Problem: Die übertragene elektrische Leistung teilt sich auf in Wirkleistung und Blindleistung. Nur die Wirkleistung kann in andere Leistungen umgewandelt werden – zum Beispiel, um einen Elektromotor anzutreiben. Je länger allerdings ein Wechselstrom-Erdkabel ist, desto größer ist der Anteil der nicht nutzbaren Blindleistung. Ohne zusätzliche Kompensationsmaßnahmen kann ab einer gewissen Länge schließlich gar keine Wirkleistung mehr übertragen werden. Das Kabel ist dann gewissermaßen mit Blindleistung verstopft.

Ein Vorteil von Erdkabeln ist, dass sie sich meist viel harmonischer in die Landschaft einfügen als Freileitungen. Die Kabel selbst liegen schließlich unsichtbar unter der Erde. Allerdings hinterlässt ihre Verlegung dennoch sichtbare Spuren, zum Beispiel Schneisen durch Waldgebiete. Die unterirdische Trasse führt auch zu einem großen Aufwand bei notwendigen Reparaturen, denn dabei müssen erst Bagger die Kabel freilegen. Dies wirkt sich auf die Reparaturdauer und damit auch auf die Versorgungssicherheit aus. Weiterhin fehlen ausreichende Untersuchungen über eine mögliche Erwärmung des Bodens und deren Folgen für die Umwelt.

Nicht zuletzt ist die Wahl der richtigen Alternative auch eine Frage des Preises. In der Regel ist eine Erdverkabelung je nach Berechnungsmethode zwei- bis zehnfach teurer als ein Freileitungsbau, was am Ende die Verbraucher belastet.

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