Im Winter leiden Stromleitungen unter der Kälte, die Schneeschmelze beeinflusst die Produktion der Wasserkraftwerke und auch die Leistungsfähigkeit des Stromnetzes ist wetterabhängig. Dies zeigt, weshalb die Stromversorgung nicht mehr ohne die Meteorologen und ihre Datenerhebungen denkbar ist.

In Deutschland spielen Windkraftwerke bei der Energieversorgung eine wichtige Rolle. Bei orkanartigen Windböen müssen jedoch die Windräder abgeschaltet werden, um die Anlagen zu schützen. Auch bei besonders guten Produktionsbedingungen gehen sie vom Netz, falls die Stromnachfrage zu diesem Zeitpunkt zu gering oder der Abtransport wegen überlasteter Leitungen nicht möglich ist.

In der Schweiz spielt die Produktion von Windenergie oder Solarstrom hingegen keine Rolle bei der Netzsicherheit. Bei den erneuerbaren Energien liefert bei uns die Wasserkraft den wichtigsten Beitrag, und da Speicherseen regulierbar sind, lässt sich die Produktion verhältnismässig einfach an die Anforderungen der Netzstabilität anpassen.

Wetterfühlige Hochspannungsleitungen

Eine Gemeinsamkeit haben die beiden Nachbarländer dennoch: Meteorologen sind in Deutschland und in der Schweiz wichtige Berater der Stromproduzenten. «Das Wetter beeinflusst zum Beispiel, wie viel Strom durch eine Hochspannungsleitung transportiert werden kann», erklärt Urs Steinegger, Geschäftsleiter von Meteodat, einem Spin-Off der ETH Zürich.

Zudem: Je mehr Strom durch eine Leitung fliesst, desto stärker erwärmt sie sich, doch die Schweizer Hochspannungsseile dürfen nicht über längere Zeit mehr als 80 Grad Celsius heiss sein. Auch hier kommt das Wetter ins Spiel: «Tiefe Lufttemperaturen oder Winde wirken einer Überhitzung der Leitungen entgegen», führt der Meteodat-Experte aus.

Vereiste Leitungen bereiten Sorge

Im Winter geschieht es, dass Strommasten und –leitungen vereisen und die Stromnetze zum Erliegen bringen können. Um dies zu verhindern, wurden in den vergangenen Jahren an wichtigen Nord-Süd-Transitleitungen Überwachungskameras und Messgeräte installiert. Letztere ermitteln Wetterdaten wie Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit sowie Richtung und Stärke der Winde. Auch die direkte und reflektierte Sonneneinstrahlung wird erfasst. Die Webkameras ihrerseits zeigen die Eisbildung an. Mit den so gewonnenen Erkenntnissen können die Netzbetreiber frühzeitig Massnahmen ergreifen, um Schäden an der Infrastruktur zu vermeiden.

Was geschieht, wenn die Kameras Eis anzeigen? Urs Steinegger: «Gewisse Leitungsabschnitte werden vom Netz getrennt, wenn eine Vereisung festgestellt worden ist. Anschliessend werden durch kontrolliert durchgeleitete Ströme die Leitungen geheizt. Dadurch schmilzt das Eis und fällt von den Leitungen ab.» Vereiste Masten können auch mechanisch vom Eis befreit werden. Diese Handarbeit ist hingegen sehr aufwändig und gefährlich. Das Monitoring der Wetterfachleute hilft, allfällige Krisen so früh wie möglich zu erkennen, um sich solche aufwändigen Reparaturarbeiten zu ersparen.

Prognosen für Wasserkraftwerke

Ein weiteres Thema für die Schweizer Meteorologen sind die Laufwasserkraftwerke. Meteodat erstellt Prognosen von Schweizer Flüssen, an welchen sich Laufwasserkraftwerke befinden: hauptsächlich im Mittelland, an der Aare und am Rhein. Die Daten werden Kraftwerksbetreibern und Stromhändlern geliefert, damit sie optimal planen können.

«Basierend auf meteorologischen Prognosen berechnen wir mit unserem Abflussmodell die Wassermengen, welche in den kommenden Tagen bei den Kraftwerken ankommen werden», erklärt Hydrologe Steinegger. Dieses Abflussmodell beinhaltet beispielsweise den Abbau der Schneedecke im Einzugsgebiet, die Umsetzung von Niederschlag im Abfluss, die Verdunstung sowie die Grundwasserflüsse. Kernelement des Modells ist die Umsetzung der berechneten Abflüsse in Stromproduktionsmengen.

Den Stromtransport sichern

Gemäss dem physikalischen Gesetz leiten kalte Seile besser als warme. Die Übertragungsleistung einer Hochspannungsleitung kann sich bei eisigem Winterwetter im Vergleich zu Bedingungen mit extremer Sommerhitze fast verdoppeln. An der ETH Zürich wird deshalb erforscht, wie der Stromtransport in Überlandleitungen auf das jeweils herrschende Wetter abgestimmt werden kann.

Netzsicherheit ist eine Frage der Balance zwischen Angebot und Nachfrage, und die Komplexität der Aufgabe wird dadurch erhöht, dass die durchschnittliche Nachfrage in den letzten Jahren eher tief ist – unter anderem wegen des Zusammenbruchs der Schwerindustrie in Europa. Die Schwierigkeit besteht darin, den räumlichen und zeitlichen Ausgleich zwischen Produktionsspitzen und Flauten sicherzustellen und dabei die Nachfrage möglichst genau vorauszusehen.

Hingegen hat das Bedürfnis, grosse Strommengen zu transportieren, unter anderem wegen der Überschüsse in Deutschland zugenommen. Neue Stromleitungen lassen sich jedoch nur nach langen Vorbereitungen realisieren. Da Landbesitzer jeweils Widerstand leisten, wird die Erstellung meist verzögert. Bis zur Umsetzung dauert der Prozess in der Regel bis zu 20 Jahre. Deshalb versuchen die Verantwortlichen, die bestehende Infrastruktur möglichst effizient zu nutzen. Dies bedeutet auch, dass die Leistungsgrenzen ausgelotet werden.

Der Bau von neuen Hochspannungsleitungen wird sich in der Schweiz dennoch aufdrängen. Ausgeprägte Sommerhitze und der daher sehr hohe Bedarf an Kühlenergie könnte laut Urs Steinegger in Zukunft vermehrt zu Engpässen bei der Transportkapazität führen.