Strom wird über ein komplexes Netzwerk an Verbraucher geliefert

Strom wird in Kraftwerken erzeugt und bewegt sich durch ein komplexes System, das manchmal als Netz bezeichnet wird, von Umspannwerken, Transformatoren und Stromleitungen, die Stromerzeuger und Verbraucher verbinden. Die meisten lokalen Netze sind für Zuverlässigkeit und kommerzielle Zwecke miteinander verbunden und bilden größere, zuverlässigere Netze, die die Koordination und Planung der Stromversorgung verbessern.In den Vereinigten Staaten besteht das gesamte Stromnetz aus Hunderttausenden von Kilometern Hochspannungsleitungen und Millionen von Kilometern Niederspannungsleitungen mit Verteilungstransformatoren, die Tausende von Kraftwerken mit Hunderten von Millionen von Stromkunden im ganzen Land verbinden.

Strom kommt aus verschiedenen Quellen und Arten von Anbietern

Die Herkunft des Stroms, den Verbraucher kaufen, variiert. Einige Stromversorger erzeugen den gesamten Strom, den sie verkaufen, nur mit den Kraftwerken, die sie besitzen. Andere Versorgungsunternehmen beziehen Strom direkt von anderen Versorgungsunternehmen, Stromvermarktern und unabhängigen Stromerzeugern oder von einem Großhandelsmarkt, der von einer regionalen Organisation für Übertragungszuverlässigkeit organisiert wird.

Die Einzelhandelsstruktur der Elektrizitätswirtschaft variiert von Region zu Region. Das Unternehmen, das Ihnen Strom verkauft, kann ein gemeinnütziger kommunaler Stromversorger sein; eine elektrische Genossenschaft im Besitz ihrer Mitglieder; ein privates, gewinnorientiertes Stromversorgungsunternehmen im Besitz von Aktionären (oft als Investor-Owned Utility bezeichnet); oder in einigen Staaten können Sie Strom über einen Stromvermarkter kaufen. Einige bundeseigene Stromversorgungsbehörden — darunter unter anderem die Bonneville Power Administration und die Tennessee Valley Authority – erzeugen, kaufen, verkaufen und verteilen Strom. Lokale Stromversorger betreiben das Verteilungssystem, das die Verbraucher unabhängig von der Stromquelle mit dem Netz verbindet.

Der Prozess der Stromversorgung

Kraftwerke erzeugen Strom, der über Übertragungs- und Verteilungsleitungen an die Kunden geliefert wird. Hochspannungsleitungen, wie sie zwischen hohen Metalltürmen hängen, transportieren Strom über große Entfernungen, um die Kundenbedürfnisse zu erfüllen. Höhere spannung strom ist effizienter und weniger teuer für lange-abstand strom übertragung. Niedrigere Spannung Strom ist sicherer für den einsatz in Haushalten und Unternehmen. Transformatoren in Umspannwerken erhöhen (Step up) oder reduzieren (Step Down) Spannungen, um sich an die verschiedenen Phasen der Reise vom Kraftwerk über Fernübertragungsleitungen zu Verteilungsleitungen anzupassen, die Strom zu Haushalten und Unternehmen transportieren.

Entwicklung des Stromnetzes

Zu Beginn des 20.Jahrhunderts arbeiteten mehr als 4.000 einzelne Stromversorger isoliert voneinander. Als die Nachfrage nach Strom wuchs, insbesondere nach dem Zweiten Weltkrieg, begannen die Versorgungsunternehmen, ihre Übertragungssysteme anzuschließen. Diese Verbindungen ermöglichten es den Versorgungsunternehmen, die wirtschaftlichen Vorteile des Baus großer und häufig in Gemeinschaftsbesitz befindlicher Stromerzeugungsanlagen zu teilen, um ihren kombinierten Strombedarf zu möglichst geringen Kosten zu decken. Die Zusammenschaltung reduzierte auch die Menge an zusätzlicher Erzeugungskapazität, die jedes Versorgungsunternehmen halten musste, um einen zuverlässigen Service in Zeiten hoher Nachfrage zu gewährleisten. Im Laufe der Zeit entwickelten sich in den Vereinigten Staaten drei große, miteinander verbundene Systeme.

U.S. elektrische Systeme sind jetzt miteinander verbunden

Die Stabilität des Stromnetzes erfordert, dass die Stromversorgung den Strombedarf ständig deckt, was wiederum die Koordination zahlreicher Einheiten erfordert, die verschiedene Komponenten des Netzes betreiben. Lokale Stromnetze sind miteinander verbunden, um größere Netze für Zuverlässigkeit und kommerzielle Zwecke zu bilden. Auf der höchsten Ebene besteht das US-Stromnetz in den unteren 48 Bundesstaaten aus drei Hauptverbindungsleitungen, die weitgehend unabhängig voneinander mit begrenzten Stromübertragungen zwischen ihnen arbeiten.Die Eastern Interconnection umfasst das Gebiet östlich der Rocky Mountains und einen Teil des Texas Panhandle.

Die östlichen und westlichen Verbindungen in den Vereinigten Staaten sind auch mit dem kanadischen Stromnetz verbunden. Die Netzwerkstruktur der Verbindungen trägt dazu bei, die Zuverlässigkeit des Netzes aufrechtzuerhalten, indem mehrere Routen für den Stromfluss bereitgestellt werden und Generatoren die Stromversorgung vieler Lastzentren ermöglichen. Diese Redundanz trägt dazu bei, zu verhindern, dass Übertragungsleitungs- oder Kraftwerksausfälle zu Dienstunterbrechungen für Endkunden führen.

Ausgleichsstellen verwalten den Netzbetrieb

Die drei Zusammenhänge beschreiben die großräumige physikalische Struktur des Netzes. Der regionale Betrieb des Stromnetzes wird von sogenannten Bilanzbehörden verwaltet, die sicherstellen, dass die Stromversorgung ständig dem Strombedarf entspricht. Die meisten Bilanzbehörden sind Stromversorger, die die Bilanzierungsverantwortung für einen bestimmten Teil des Stromsystems übernommen haben. Alle regionalen Übertragungsorganisationen in den Vereinigten Staaten fungieren auch als Ausgleichsstellen. ERCOT ist insofern einzigartig, als die Bilanzierungsbehörde, die Zusammenschaltung und die regionale Übertragungsorganisation alle dieselbe Einheit und dasselbe physische System sind.

Eine Bilanzierungsbehörde stellt sicher, dass Stromangebot und -nachfrage fein ausbalanciert sind, um den sicheren und zuverlässigen Betrieb des Stromnetzes zu gewährleisten. Geraten Angebot und Nachfrage aus dem Gleichgewicht, kann es zu lokalen oder gar flächendeckenden Blackouts kommen. Die Bilanzierungsbehörden gewährleisten angemessene Betriebsbedingungen für das Stromnetz, indem sie sicherstellen, dass eine ausreichende Stromversorgung zur Verfügung steht, um die erwartete Nachfrage zu decken, einschließlich der Verwaltung von Stromübertragungen mit anderen Bilanzierungsbehörden.

Organisationen für elektrische Zuverlässigkeit setzen Standards für den Netzbetrieb

Stromversorger sind für die Aufrechterhaltung der Sicherheit ihrer Systeme und die Planung des zukünftigen Strombedarfs ihrer Kunden verantwortlich. Zunächst entwickelte die Elektrizitätsindustrie freiwillige Standards, um die Koordinierung der verknüpften Zusammenschaltungsvorgänge sicherzustellen. Heute gibt es verbindliche Zuverlässigkeitsstandards für die Planung und den Betrieb von Stromversorgungssystemen und für die Bewältigung von Sicherheitsbedenken an kritischen elektrischen Infrastrukturen. Die North American Electric Reliability Corporation hat verbindliche Netzzuverlässigkeitsstandards entwickelt und durchgesetzt, die von der Federal Energy Regulatory Commission (FERC) genehmigt wurden. In Kanada füllen kanadische Regulierungsbehörden diese Rolle aus.

Ein intelligenter Stromzähler

Quelle: Stock photography (urheberrechtlich geschützt)

Herausforderungen für das Stromnetz

Der Bau der Elektrizitätsinfrastruktur in den Vereinigten Staaten begann in den frühen 1900er Jahren und die Investitionen wurden durch neue Übertragungstechnologien, zentrale Kraftwerke und die wachsende Strombedarf, vor allem nach dem Zweiten Weltkrieg. Nun sind einige der älteren, bestehenden Übertragungs- und Verteilungsleitungen am Ende ihrer Nutzungsdauer angelangt und müssen ersetzt oder modernisiert werden. Neue Stromleitungen sind auch erforderlich, um die allgemeine Zuverlässigkeit des elektrischen Systems aufrechtzuerhalten und Verbindungen zu neuen erneuerbaren Energieerzeugungsressourcen wie Wind- und Solarenergie herzustellen, die sich häufig weit entfernt von der Konzentration des Strombedarfs befinden.

Für die Verbesserung der Netzinfrastruktur gibt es mehrere Herausforderungen:

• Standortwahl neuer Übertragungsleitungen (Genehmigung neuer Strecken und Erlangung von Rechten an dem erforderlichen Land)
• Festlegung eines gerechten Ansatzes zur Deckung der Baukosten einer neuen Übertragungsleitung, die in einem Bundesstaat gebaut wurde, wenn die Leitung Verbrauchern in anderen Bundesstaaten Vorteile bietet
• Bewältigung der Unsicherheit in den Bundesvorschriften darüber, wer für die Zahlung neuer Übertragungsleitungen verantwortlich ist, was sich auf die Fähigkeit des privaten Sektors auswirkt, Geld für den Bau von Übertragungsleitungen aufzubringen
• Ausbau des Fernleitungsnetzes für erneuerbare Energien energieerzeugungsstandorte, an denen sich hochwertige Wind- und Solarressourcen befinden, die oft weit von der Konzentration des Strombedarfs entfernt sind
• Schutz des Netzes vor physischen und Cyberangriffen

Letzte Überprüfung: 22. Oktober 2020