Notstrombatterien bringen Stromnetze auf fünf Kontinenten in einen auffallend genauen Takt, der über Jahre hinweg stabil bleibt. Zu jeder neuen Minute lässt sich eine kurze Schwankung der Netzfrequenz messen, deren Ursache lange ungeklärt blieb. Gleichzeitig gestartete Selbsttests liefern nun eine Erklärung für das weltweite Muster, das bislang kein sicherheitskritisches Niveau erreicht hat. Die Spur führt zu einer unscheinbaren Entscheidung in der Steuerungssoftware.
Ein Forscherteam um Carsten Hartmann und Dirk Witthaut hat in vier Gebäuden in Jülich den Ursprung wiederkehrender elektrischer Lastspitzen aufgespürt. Dort arbeiten Notstrombatterien, deren elektronische Steuerungen regelmäßig prüfen, ob die angeschlossenen Speicher bereitstehen und ihren vorgesehenen Dienst erfüllen können. Starten viele solcher Prüfungen gleichzeitig, verändert ihr gemeinsamer Strombedarf die Leistungsbilanz eines ganzen Netzes und damit dessen elektrischen Takt. Das Forschungszentrum Jülich hat diesen Zusammenhang gemeinsam mit Partnern aus Köln, Karlsruhe, Aachen und dem Übertragungsnetzbetreiber TenneT untersucht.
Ausgangspunkt war eine Beobachtung von TenneT, dessen Messreihen über Jahre einen ungewöhnlich regelmäßigen Einbruch in der europäischen Netzfrequenz erkennen ließen. „Das war wirklich jahrelange Detektivarbeit“, beschreibt Witthaut die Suche nach dem Auslöser dieses hartnäckigen Musters zwischen den gewöhnlichen Netzschwankungen. Im Stromnetz überlagern sich fortwährend wechselnder Verbrauch, schwankende Einspeisung und die Reaktionen der Kraftwerke, sodass ein einzelnes Signal leicht untergeht.
Für den Vergleich wertete das Team Daten aus Europa, Nordamerika, Australien, Asien und Afrika aus, darunter auch mehrere voneinander getrennte Inselnetze. Die untersuchten Systeme reichen von ungefähr 400.000 Kunden in Island bis zu mehr als 400 Millionen im kontinentaleuropäischen Verbund. Je nach Region stammen die Messungen aus dem Übertragungsnetz oder dem Verteilnetz, sodass unterschiedliche Ebenen der Stromversorgung in den Vergleich einflossen. Mit einer Fourier-Analyse zerlegten die Wissenschaftler die Frequenzverläufe in wiederkehrende Rhythmen, um gleichmäßige Signale aus dem unruhigen Gesamtbild herauszufiltern. Bei exakt einer Minute erschien überall eine extrem schmale Spitze, deren zeitliche Stabilität auf einen gemeinsamen äußeren Taktgeber hindeutet.
Im europäischen Verbund soll die Netzfrequenz bei 50 Hertz liegen; sie fällt, wenn der Verbrauch die gerade bereitgestellte elektrische Leistung übersteigt. Das gemittelte Muster zeigt tagsüber einen Rückgang bis ungefähr zur Minutenmitte, während er nachts kürzer ausfällt und insgesamt schwächer ausgeprägt ist. Am Wochenende setzt der morgendliche Anstieg der Signalstärke später ein als an Werktagen, was zum veränderten Betrieb vieler Verbraucher passt. Für Kontinentaleuropa entspricht eine Schwankungsamplitude von drei Millihertz rechnerisch einer gemeinsam auftretenden Leistungsänderung von ungefähr 80 Megawatt.
Auf dem Forschungscampus erfasst ein Netz aus mehr als achtzig Messgeräten die elektrischen Größen an Gebäuden, Transformatoren und einzelnen Anlagen. Auffällig wurden ausschließlich die untersuchten Gebäude mit batteriegestützter unterbrechungsfreier Stromversorgung, kurz USV; an Messstellen ohne solche Anlagen fehlte das charakteristische Muster. Solche Systeme halten empfindliche Verbraucher bei einer Unterbrechung der Versorgung am Laufen und überwachen dafür ihre eigene Betriebsbereitschaft fortwährend. Die Geräte erfassten neben der Netzfrequenz auch Spannung, Stromstärke und Wirkleistung, sodass sich die Lastwechsel entlang verschiedener Anschlüsse vergleichen ließen.
An den Batterieklemmen einer besonders genau untersuchten USV registrierte das Team schmale Stromspitzen, deren Wiederkehr zum gesuchten Rhythmus passte. Der Hersteller bestätigte, dass routinemäßige Selbsttests im Batteriemanagement diese Spitzen erzeugen, und lieferte damit den direkten Bezug zur Gerätesoftware. Um den Eigenverbrauch der Anlage zu isolieren, zogen die Wissenschaftler den Bedarf der dahinter angeschlossenen Gebäudetechnik von ihren Messwerten ab. Anschließend verfolgten sie das Signal durch mehrere Transformatoren und eine Sammelschiene bis zum Anschluss an das öffentliche 110-Kilovolt-Netz.
Für ihre Zeitbasis können vernetzte Geräte das Network Time Protocol nutzen, das interne Uhren mit der koordinierten Weltzeit abgleicht. Ein solcher gemeinsamer Bezug ermöglicht es voneinander unabhängigen Steuerungen, bestimmte Aufgaben zur selben Zeit anzustoßen und unbeabsichtigt im Gleichtakt zu arbeiten. Allerdings reagierten die untersuchten USV-Anlagen verschiedener Hersteller unterschiedlich auf ihre Zeitsteuerung, was den Einfluss der konkreten Software deutlich macht. Manche Leistungsspitzen blieben fest an den Minutenbeginn gekoppelt, während die Testphase einer anderen Anlage allmählich wanderte und beim Zeitabgleich sprang.
Weil verbindliche Standards fehlen, vermutet Witthaut, dass Hersteller unabhängig voneinander denselben runden Prüfungsabstand und den Minutenbeginn als Start gewählt haben. Das Team maß verwandte periodische Verbrauchsmuster auch an einem vernetzten Backofen und einem Verbund kleiner Raspberry-Pi-Computer, mit teilweise kürzeren Abständen. Ähnliche Abläufe bei Klimaanlagen, Wärmepumpen, Waschmaschinen oder Geschirrspülern hält Witthaut für möglich; für diese Geräteklassen liefert die Untersuchung keinen entsprechenden Einzelnachweis.
Als Erklärung waren zunächst auch Wasserkraftwerke mit ihrer regelbaren Leistung interessant, weil deren Turbinen und Steuerungen selbst langsame Schwingungen entwickeln können. Modelle des Teams bestätigen, dass solche Rückkopplungen einen von außen kommenden Impuls verstärken und damit den sichtbaren Ausschlag vergrößern können. Als alleiniger Ursprung passen diese Eigenschwingungen jedoch schlecht zu einem Signal, das in sehr unterschiedlichen Netzen dauerhaft derselben Uhr folgt. Für die Anlagen zählt trotzdem die mechanische Wirkung, denn wiederholtes Abbremsen und Beschleunigen belastet Turbinen und kann ihren Verschleiß erhöhen.
In Großbritannien und Skandinavien nahm die Stärke des Signals nach 2015 deutlich zu und erreichte während der Corona-Lockdowns ihren Höhepunkt. Veränderte Verbrauchsmuster und Betriebsbedingungen können dazu beigetragen haben. Skandinavische Netzbetreiber verschärften 2023 die Anforderungen an die Frequenzregelung, nachdem die Amplituden zuvor regelmäßig über zehn Millihertz gelegen hatten. Im Messjahr 2025 traten Überschreitungen dieser Schwelle nicht mehr auf, wobei die Eingriffe vor allem die Netzreaktion und ihre Verstärkung dämpfen.
Wie stark sich die Rahmenbedingungen verschieben, zeigt Irland, wo Rechenzentren 2022 ungefähr 18 Prozent des landesweiten Stromverbrauchs auf sich vereinten. Zwischen 2016 und 2021 vervierfachte sich der dort gemessene minütliche Frequenzeinbruch auf etwa zwölf Millihertz; spätere einzelne Ausschläge überschritten zwanzig Millihertz. Der Ausbau großer Serverstandorte mit umfangreicher USV-Technik fällt mit dieser Zunahme zusammen, ohne jeden einzelnen Beitrag zur Gesamtstörung bereits zu erklären.
Parallel verändert der Kraftwerkspark, wie empfindlich ein Netz auf eine bestimmte Lastspitze reagiert, weil rotierende Generatoren kurzfristig Energie abgeben können. Auf Mallorca fiel der Rückzug eines großen Kohlekraftwerks aus dem regulären Betrieb Ende 2019 mit einem rund fünfzigprozentigen Signalanstieg zusammen. Als Erklärung passt eine geringere Trägheit des Systems, wobei gleichzeitige Änderungen an der Frequenzregelung nach Einschätzung der Autoren ebenfalls mitgewirkt haben können. Umso wichtiger wird die gezielte Steuerung von Batteriespeichern zum Ausgleich von Stromangebot und Nachfrage, die bedarfsgerecht elektrische Leistung aufnehmen oder abgeben können.
Direkt an der Ursache setzt ein anderer Zeitplan für die Prüfprogramme an, der gleichzeitige Lastwechsel über viele Geräte hinweg vermeidet. Denkbar sind zufällig verteilte Startzeiten, angepasste Zeitversätze oder ereignisgesteuerte Prüfungen, die sich am Zustand der Anlage statt ausschließlich an der Uhr orientieren. Nach dem Hinweis der Wissenschaftler lieferte ein Hersteller tatsächlich ein Softwareupdate, das die strenge Periodizität in einem untersuchten Batterieblock beseitigte. Seine Tests blieben an bestimmte Zeitpunkte gebunden, weshalb die Autoren von einer teilweise behobenen Ursache sprechen und weitere Verbesserungen für nötig halten.
Bei großen USV-Anlagen lassen sich solche Änderungen zentral einspielen, während Millionen vernetzter Haushaltsgeräte über unterschiedliche Hersteller und Softwarestände verteilt sind. Für diese breite Gerätepopulation müssten Hersteller und Netzbetreiber bereits bei der Entwicklung vermeiden, dass interne Routinen unbeabsichtigt gemeinsame Lastspitzen erzeugen. Die Originalstudie in Nature Energy benennt zusätzlich eine weitere offene Spur in den Messdaten, die bislang keinem eindeutigen Mechanismus zugeordnet ist. Ein schwächerer Ausschlag wiederholt sich ungefähr alle 100 Sekunden; welches Gerät oder welcher Regelprozess diesen anderen Rhythmus vorgibt, ist noch ungeklärt.
Hartmann et al., Nature Energy (2026), DOI 10.1038/s41560-026-02144-0; Forschungszentrum Jülich (Pressemitteilung 30.10.2026).
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