80 Messpunkte führten zu unterbrechungsfreien Stromversorgungen
Ausgangspunkt der Untersuchung war ein ungewöhnlich präzises Muster. Der größte deutsche Übertragungsnetzbetreiber Tennet hatte über Jahre beobachtet, dass die Netzfrequenz im europäischen Verbundnetz zu Beginn jeder Minute kurz absinkt. Die Abweichungen waren messbar, nach Angaben des Forschungsteams aber nicht sicherheitskritisch. Ihre exakte Wiederkehr legte nahe, dass eine digitale Routine mit der Uhr synchronisiert sein musste.
Für die in Nature Energy veröffentlichte Arbeit wertete das Team Frequenzdaten aus unterschiedlichen Stromsystemen aus. Den entscheidenden Hinweis lieferten Messungen auf dem Living Lab Energy Campus des Forschungszentrums Jülich. An insgesamt 80 Endgeräten wurden Messpunkte eingerichtet. Das auffällige Minutenmuster erschien dort, wo große Batteriespeicher die unterbrechungsfreie Stromversorgung absichern.
Einen dieser Speicher untersuchten die Forschenden genauer. Zu Beginn jeder Minute trat eine kurze Stromspitze auf, während das System seinen Ladezustand beziehungsweise seine Leistungsbereitschaft prüfte. Ein einzelner Speicher wäre im Verbundnetz kaum sichtbar. Wenn jedoch zahlreiche Geräte dieselbe Routine zur gleichen Sekunde ausführen, addieren sich die kleinen Lastsprünge zu einem messbaren Signal.
Das Muster ist weltweit sichtbar – aber kein Blackout-Alarm
Die Forschungsgruppe fand die einminütige Periodik nicht nur in Europa, sondern in Netzfrequenzdaten aus mehreren Regionen der Welt. Besonders deutlich entwickelte sich das Signal in Irland: Dort vervierfachte sich seine Amplitude zwischen 2016 und 2021. Das Forschungsteam verweist darauf, dass Rechenzentren mit großen Batteriespeichern dort einen erheblichen Anteil am Stromverbrauch haben.
Damit ist nicht bewiesen, dass jeder Batteriespeicher denselben Effekt verursacht oder dass Batteriespeicher generell die Netzstabilität gefährden. Die Studie identifiziert synchrone Steuerungsroutinen insbesondere in großen Batteriespeicher- und USV-Systemen als wichtige Quelle des Signals. Sie schließt zugleich nicht aus, dass andere digital gesteuerte Geräte mit festen Zeitplänen ähnliche Muster erzeugen können.
Auch eine unmittelbare Gefahr für Haushalte lässt sich aus den Messungen nicht ableiten. Die beobachteten Frequenzabweichungen waren laut Forschungszentrum Jülich nicht sicherheitskritisch. Der Befund betrifft vielmehr einen bislang übersehenen systemischen Effekt: Viele korrekt arbeitende Einzelgeräte können gemeinsam eine unerwünschte Netzreaktion hervorrufen, wenn ihre Software exakt gleich getaktet ist.
Warum wenige Sekunden Gleichzeitigkeit technischen Verschleiß erzeugen können
In einem Stromnetz müssen Erzeugung und Verbrauch fortlaufend ausgeglichen werden. Steigt der Verbrauch kurzzeitig, reagieren Regelmechanismen auf die Frequenzabweichung. Bei Wasserkraftwerken kann das bedeuten, dass Turbinen kurz abgebremst und anschließend wieder auf ihre vorherige Drehzahl gebracht werden. Wiederholt sich dieser Vorgang im Minutentakt, kann er nach Einschätzung der Forschenden den mechanischen Verschleiß erhöhen.
Die Studie ordnet den Effekt in eine breitere Entwicklung ein. Batteriespeicher, Rechenzentren und digital vernetzte Geräte nehmen zu. Gleichzeitig sinkt in Stromsystemen mit vielen leistungselektronisch gekoppelten Anlagen teilweise die rotierende Masse klassischer Generatoren, die Frequenzänderungen physikalisch abfedert. Dadurch können kleine, kohärente Laständerungen an Bedeutung gewinnen.
Für Baden-Württemberg liefert die Arbeit keine eigene regionale Messreihe und keine Prognose zu konkreten Netzkosten. Der direkte Landesbezug liegt in der Beteiligung des KIT und in der Frage, wie Speichertechnik in ein zunehmend digitales Energiesystem integriert wird. Große Speicher können das Netz stabilisieren, wenn sie gezielt Leistung aufnehmen oder abgeben. Das Pumpspeicherprojekt in Forbach zeigt eine andere Dimension dieser Aufgabe: Dort geht es um die flexible Bereitstellung großer Energiemengen, während die neue Studie unbeabsichtigte Sekundenimpulse digitaler Steuerungen untersucht.
Die Gegenmaßnahme setzt bei der Software an
Das Forschungsteam schlägt keine Begrenzung von Speichern vor. Stattdessen sollen Hersteller und Betreiber die Prüf- und Abfrageroutinen zeitlich entzerren. Würden Geräte ihren Status nicht exakt zum Minutenbeginn, sondern zufällig oder gestaffelt abfragen, könnten sich positive und negative Einzeleffekte weitgehend verteilen.
Technisch ist das ein vergleichsweise kleiner Eingriff. Organisatorisch braucht er jedoch verbindliche Vorgaben oder abgestimmte Standards, denn bislang existiert nach Angaben des Forschungsteams keine einheitliche Regel für solche Abfragezeitpunkte. Ein Hersteller kann sein Gerät lokal korrekt programmieren und trotzdem zu einem global sichtbaren Muster beitragen, wenn viele andere dieselbe naheliegende Zeitmarke wählen.
Die Arbeit zeigt damit eine typische Grenze digitalisierter Infrastrukturen: Stabilität hängt nicht nur von der Leistung einzelner Komponenten ab, sondern auch von ihrem gemeinsamen Timing. Das 60-Sekunden-Signal muss nicht größer werden. Dafür darf die nächste Gerätegeneration aber nicht mehr geschlossen auf den Beginn derselben Minute warten.
