„Die Frequenz schwankt heute aber schon stark – früher gab es das nicht!“ Mit dieser Feststellung werde ich oft konfrontiert. Es herrscht die weitverbreitete Meinung, dass die Netzfrequenz in Europa vor dem Boom der Erneuerbaren Energien deutlich stabiler und gleichmäßiger war. Doch trügt uns hier unser Gedächtnis?
In diesem Beitrag gehe ich der Sache auf den Grund. Ich habe den Verlauf der Netzfrequenz der letzten 15 Jahre systematisch analysiert, um zu sehen, wie sich die Charakteristik unseres Stromnetzes tatsächlich verändert hat.
Die Datengrundlage: 15 Jahre Netzgeschichte
Da ich selbst erst seit Herbst 2021 eigene Frequenzmessungen aufzeichne, habe ich für die historische Analyse auf externe Quellen zurückgegriffen. Fündig wurde ich in der Datenbank von power-grid-frequency.org.
Für meine Analyse habe ich folgende Datensätze kombiniert:
- 2011 bis 2020: 1-Sekunden-Messwerte der TransnetBW (bereitgestellt über die Datenplattform des Center of Open Science).
- 2020 bis 2021: Daten des Wind Energy Technology Institute (WETI) mit einer sehr hohen Auflösung von 0,16 Sekunden.
- Ab Herbst 2021: Meine eigenen Messdaten.
Trotz kleinerer Lücken (in den WETI-Daten fehlen teilweise die Monate August und September) ergibt sich ein beeindruckender Datensatz, der fast 15 Jahre Netzgeschichte abbildet.
Datenaufbereitung: Aus Gigabytes werden Erkenntnisse
Um die gewaltige Datenmenge handhabbar zu machen, habe ich alle Daten auf ein 10-Sekunden-Intervall (Mittelwert) gebracht, was aber dennoch rund 47,3 Millionen Werte entspricht.
Reicht eine 10-Sekunden-Auflösung aus? Für die Analyse des „normalen“ Betriebsverhaltens absolut. Uns geht es hier nicht um die Millisekunden-Analyse von Kurzschlüssen oder Kraftwerksausfällen, sondern um die allgemeine „Unruhe“ im Netz.
Was bedeutet eigentlich „unruhig“?
Wenn wir von einer unruhigen Frequenz sprechen, meinen wir meist die Anzahl und die Ausprägung der Ausschläge um die Soll-Frequenz von 50,00 Hz.
Was erkennt man optisch?
Die Frequenz schwankt an beiden Tagen, die Anzahl und Ausprägung der „Ausschläge“ ist aber unterschiedlich. Um nun eine Bewertung über einen langen Zeitraum zu ermöglichen, braucht es praktische Methoden zur Vergleichbarkeit. Dazu habe ich nach einigen Experimenten folgenden statistische Parameter als Aussagekräftig erkannt:
- Peak-to-Peak Wert (Spread): Die Differenz zwischen dem höchsten und niedrigsten Wert in einem Zeitraum.
Für die Langzeitanalyse habe ich die „Einhüllende“ pro Viertelstunde berechnet und daraus den täglichen Mittelwert des Spreads ermittelt. Das gibt uns ein präzises Bild davon, wie viel „Fläche“ die Frequenzkurve pro Tag einnimmt.
Die Auswertung: Ein eindeutiger Trend
Die grafische Aufbereitung des gesamten Datensatzes bestätigt das subjektive Empfinden vieler Beobachter:
Es ist ein eindeutiger Aufwärtstrend erkennbar. Die Frequenz ist über die Jahre tatsächlich „beweglicher“ geworden. Besonders spannend wird es jedoch, wenn man sich die Tagesmuster im Detail ansieht.
Vergleicht man den Median-Tagesverlauf der Jahre, sieht man ab 2021 einen deutlichen Anstieg der Schwankungen (Spreads) – vor allem am Vormittag und am späten Nachmittag. In den Nachtstunden ist das Netz hingegen sogar etwas ruhiger geworden als früher.
Besonders auffällig sind die massiven Ausschläge um 06:00 Uhr und 22:00 Uhr. Hier kommt vor allem der Effekt durch Regulatorische Eingriffe in Deutschland zu tragen: Abschaltungen von Windenergieanlagen (z.B. aufgrund von Schallschutz- oder Naturschutzauflagen), die oft zeitgleich erfolgen, belasten das Netz zusätzlich. Siehe https://taz.de/Europaeisches-Stromnetz/!6166827/ für mehr Hintergrundinformationen.
Fazit
Das Netz ist unruhiger geworden, aber nicht unbedingt unsicherer. Der Anstieg der Schwankungen ist eine direkte Folge moderner Marktmechanismen. Der 15-Minuten-Handel ermöglicht es, erneuerbare Energien besser zu integrieren, sorgt aber systemisch für mehr „Bewegung“.
Hausgemachte Probleme, wie das zeitgleiche harte Abschalten großer Mengen an Windkraftkapazitäten, zeigen jedoch, dass wir bei der Netzführung noch Optimierungspotenzial haben, um die physikalischen Grenzen des Verbundnetzes nicht unnötig zu strapazieren.