Der Netzbetrieb ist für eine sichere Energieversorgung verantwortlich, in der Stromangebot und Stromnachfrage ausgeglichen sind. Dieser gesellschaftliche Auftrag zur Sicherheit der Stromversorgung ist in § 11 des Energiewirtschaftsgesetzes (EnWG) verankert. Daraus ergibt sich die Aufgabe aller Netzbetreiber ein „sicheres, zuverlässiges und leistungsfähiges Energieversorgungsnetz diskriminierungsfrei zu betreiben, zu warten und bedarfsgerecht zu optimieren, zu verstärken und auszubauen.“
Ein Leitungsnetz bezeichnet die Summe aller Leitungen und dient als Infrastruktur der Ver- und Entsorgung der Öffentlichkeit. Dabei kann ein Netz für die Verteilung von Stoffen (z.B. Erdgas, Wasser), Energie (Elektrizität) und Informationen (Telekommunikation) genutzt werden. Dementsprechend dient das Stromnetz der Versorgung von elektrischer Energie und wird von den Stromnetzbetreibern in bestimmten Regionen betrieben. Die Stromnetzbetreiber werden unterschieden in Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB) und Verteilnetzbetreiber (VNB).
Das deutsche Elektrizitätsnetz wird auf sieben Spannungsebenen betrieben. Die erste Netzebene bilden die Höchstspannungsnetze mit 380 Kilovolt (kV) bzw. 220 kV und dienen der Übertragung großer Energiemengen über größere Distanzen, um darüber hinaus die Verbindung zwischen den Verteilungsnetzen herzustellen. Außerdem speisen große Kraftwerke mit mehreren hundert Megawatt direkt in das ca. 35.000km lange Höchstspannungsnetz ein. Dem Volksmund sind diese Leitungen deshalb aus den Medien als „große Stromautobahnen“ bekannt. Diese werden von den Übertragungsnetzbetreibern betrieben, genau wie die großen Umspannwerke der zweiten Netzebene. Alle nachgelagerten Netzebenen werden von Verteilnetzbetreibern betrieben (Über 97 % der Gesamtnetzlänge zählen zum Verteilungsnetz).
Die dritte Spannungsebene bildet das Hochspannungsnetz mit einer Spannung von 110kV. Dieses Netz ist meist großräumig verbunden und mit wenigen direkten Kundenanschlüssen. Nur Großindustrien mit einem hohen Energiebedarf werden auf dieser Spannungsebene angeschlossen. Pumpspeicher, Gaskraftwerke und größere Windparks speisen direkt auf diese Hochspannungsebene ein, welches zu über 90% aus Freileitungen besteht.
Die Mittelspannungsnetze, Netzebene fünf, werden mit 20kV bzw. 10kV und überwiegend als Kabelnetz betrieben. Sie dienen der Verteilung im städtischen Raum oder zwischen den Ortschaften auf dem Land, bis hin zu den Ortsnetzstationen. Außerdem werden an diese Spannungsebene Biogasanlagen, kleinere Windparks und Industrie- sowie Gewerbegebiete angeschlossen.
Die niedrigste Spannungsebene, Netzebene sieben, ist die Niederspannungsebene mit 400 Volt (V) bzw. 230V (Leiter-Leiter/Leiter-Erde) und wird nur noch als Kabelnetz ausgeführt. Hier erfolgt der Hausanschluss privater Kunden und bietet die Spannung, die wir über unsere bekannten Steckdosen erhalten.
Die Netzebenen zwei, vier und sechs zwischen diesen Spannungsebenen dienen lediglich der Umspannung und werden in Form von Umspannwerken mit (Leistungs-)Transformatoren bzw. als „kleines Umspannwerk“, einer Ortsnetzstation, ausgeführt.
Als Dienstleistungsunternehmen übernehmen die Übertragungsnetzbetreiber, kurz ÜNB, eine entscheidende Rolle im Betrieb des Stromnetzes ein. Sie dimensionieren und bauen das Übertragungsnetz, halten dies Instand und regulieren das Verhältnis von erzeugter elektrischer Energie und Netzlast. Damit sind sie verantwortlich für die überregionale Versorgung und Übertragung von elektrischer Energie. Darüber hinaus verbinden die Übertragungsnetze das deutsche Stromnetz mit dem der europäischen Nachbarländer und ermöglichen so den länderübergreifenden Energieaustausch.
Als natürliches Monopol werden die Übertragungsnetze in Deutschland von vier ÜNB betrieben. Dazu zählt die Tennet TSO, 50Hertz Transmission, Amprion und TransnetBW. Als unabhängige Transportnetzbetreiber ist es weiterhin deren Aufgabe, die Netzsicherheit zu gewährleisten und darüber hinaus allen Marktteilnehmern einen diskriminierungsfreien Netzzugang zu ermöglichen. Dabei wird der Betrieb von der Bundesnetzagentur reguliert und überwacht. Als staatliches Organ veröffentlicht die Bundesnetzagentur im Intervall weniger Jahre einen Netzentwicklungsplan, mit Empfehlungen und Beratung der ÜNB. Daraus folgend soll das Stromnetz auch zukünftig auf die Veränderungen durch die Energiewende vorbereitet werden, um auch weiterhin eine Versorgungssicherheit zu gewährleisten. Aus diesem Netzausbauplan ergeben sich die Ausbauarbeiten für die ÜNBs.
Alle nachgelagerten Netzebenen, Netzebene drei bis sieben, werden durch die Verteilnetzbetreiber, kurz VNB, betrieben. Aufgeteilt in zahlreiche Netzgebiete (über 900 Netzgebiete in Deutschland), ist der VNB in diesen Netzregionen für den Aufbau und Instandhaltung des Verteilnetzes verantwortlich. Auch der VNB muss allen Letztverbrauchern, Erzeugungs- und Speicheranlagen und nachgelagerten Netzen einen diskriminierungsfreien Zugang zum Stromnetz gegen ein Netzentgelt zur Verfügung stellen. Häufig übernehmen diese VNB neben dem Stromnetz auch den Betrieb des regionalen Gasnetzes und sorgen für die Verteilung bis hin zum Endverbraucher bzw. Erzeuger. Neben der elektrischen Leistung, die im Netz produziert und in das Verteilnetz eingespeist wird, beziehen die VNP Leistung aus der Höchstspannungsebene vom ÜNB. In der Vergangenheit waren die VNB auch die Energieversorger der Endverbraucher. Seit der Liberalisierung der Energieversorgung ist dies allerdings nicht mehr zwangsläufig der Fall. Der Vertrieb und der Netzbetrieb sind seitdem gesetzlich entflochten, weshalb sich ein Endverbraucher den Energieversorger, nicht aber den Netzbetreiber aussuchen kann.
Mit dem Beginn der Energiewende wurde eine Änderung des Lastflusses im Stromnetz deutlich. Während früher die Leistung großer konventioneller Kraftwerke auf der Höchstspannungsebene eingespeist wurde und damit die unteren Spannungsebenen versorgt wurden, erfolgt heute auch eine Versorgung aus den unteren Spannungsebenen. Aus dem top-down der Netzstruktur entwickelt sich mehr und mehr ein „top-down und bottom-up“ der Versorgung. Dies erfolgt durch den zunehmenden Ausbau von Photovoltaik- und Windkraftanlagen mit einem Anschluss auf den unteren Spannungsebenen.
Damit auch in Falle von ungeplanten Abschaltungen oder Ausfällen einzelner Netzkomponenten ein sicherer Netzbetrieb gewährleistet werden kann, ist das Netz mit zahlreichen Redundanzen gebaut. Das Prinzip dieser Sicherheit lautet (n-1)-Sicherheit. Dieses Prinzip bildet den Grundsatz bei der Netzplanung und besagt, dass auch bei einem Ausfall einer Komponente, wie zum Beispiel eines Trafos oder einer Freileitung, die Netzsicherheit bei maximalen Übertragungs- und Versorgungsaufgaben sichergestellt sein muss. Ausschließlich im Verteilnetz werden je nach Kundenanschlüssen Versorgungsunterbrechungen in Grenzen toleriert, sofern diese zeitnah behoben werden können.
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