Das europäische Stromnetz beruht auf einem fein austarierten Gleichgewicht von Stromeinspeisung und Verbrauch. Eine engmaschige, größtenteils automatisierte Überwachung durch die großen Übertragungsnetzbetreiber sorgt dafür, dass Spannung und Frequenz des Wechselstroms im Netz stabil bleiben. Zwar gibt es immer wieder Schwankungen durch tägliche Belastungsspitzen oder kurzzeitiges Stromüberangebot. Ein komplexes System von Ausgleichsmaßnahmen hält diese Frequenzschwankungen aber in einem eng begrenzten Bereich.
Extrem regelmäßig und weltweit nachweisbar
Doch es gibt ein Phänomen, das nicht durch diese Prozesse erklärbar ist: Genau alle 60 Sekunden sackt die Frequenz in Stromnetzen weltweit kurzzeitig ab, wie in Team um Carsten Hartmann vom Forschungszentrum Jülich entdeckt hat. Diese Frequenzdellen sind mit wenigen Millihertz zwar schwach, aber ungewöhnlich regelmäßig und überall nachweisbar: „Dieses Signal ist in den eng vernetzten Stromsystemen Europas, Nordamerikas und Australiens besonders deutlich. Es ist aber auch in kleineren Stromnetzen wie in Malaysia, Südkorea oder Südafrika klar zu erkennen“, berichten die Forschenden.
Doch was steckt dahinter? „Uns war schnell klar, dass es sich bei der Ursache um etwas handeln muss, das von der Uhr gesteuert wird“, sagt Seniorautor Dirk Witthaut vom Forschungszentrum Jülich. Anders sei die exakte Periodizität von 60 Sekunden nicht zu erklären. Auffallend auch: Die kurzzeitige Frequenzdellen beginnen immer genau nach dem Anfang einer neuen Minute und
folgen dem gleichen Muster: „Die Wellenform bleibt phasenkohärent und stabil – über mehrere Jahre und alle untersuchten Stromnetze hinweg“, berichtet das Team.
In allen untersuchten Stromnetzen waren die jede Minute auftretenden Frequenz-Ausreißer zu erkennen, hier durch Pfeile markiert. — © Hartmann et al./ Nature Energy, CC-by 4.0
Unterbrechungsfreie Stromversorgungen als Urheber
Nach Ansicht von Hartmann und seinem Team kann diese kurzzeitige, wiederkehrende Belastungsspitze aber nicht von nur einem Verursacher stammen. Es muss auf viele über die ganze Welt verteilte Urheber zurückgehen. Aber welche? Um das herauszufinden, begannen die Forschenden vor ihrer eigenen Haustür zu suchen – auf dem Campus des Forschungszentrums Jülich. An insgesamt 80 Stellen in verschiedenen Gebäuden installierten sie dafür Messgeräte im internen Stromnetz.
Dabei zeigte sich: Der rätselhafte „Pulsschlag“ trat nur in den Gebäuden auf, in denen batteriebasierte Geräte zur unterbrechungsfreien Stromversorgung (UPS) installiert waren. Solche Akkus sorgen dafür, dass sensible technische Anlagen und Computer bei kurzzeitigen Stromausfällen nicht beschädigt werden. Sie werden dafür zwischen Gerät und Steckdose geschaltet. „Eine dieser UPS haben wir uns genauer angeschaut und am Anfang jeder Minute eine Stromspitze gefunden“, berichtet Witthaut.
Jede Minute eine Leistungsabfrage
Weitere Analysen enthüllten, dass Systeme zur unterbrechungsfreien Stromversorgung regelmäßig eine Leistungsabfrage durchführen – sie kontrollieren, ob die Stromversorgung noch funktioniert und führen einen Selbsttest durch. Dafür ziehen sie wenige Sekunden lang Strom aus dem Netz und erzeugen so eine kurzzeitige Belastungsspitze. Obwohl es keine einheitlichen Standards gibt, haben die Hersteller dieser Akkus offenbar unabhängig voneinander entschieden, dass ein 60-Sekunden-Intervall und ein Test zu Beginn jeder Minute am sinnvollsten sind.
Zwar benötigt ein einzelner Batteriespeicher für seine Leistungsabfrage nur eine winzige Strommenge. Aber in den vergangenen Jahren hat sich die Zahl der unterbrechungsfreien Stromversorgungen rasant zugenommen: Immer mehr Fabriken, Behörden, Forschungseinrichtungen und vor allem Rechenzentren haben ihre Technik mit diesen digital gesteuerten Schutzspeichern ausgerüstet. Dadurch ist auch der Stromverbrauch durch deren wiederkehrende Abfragen gestiegen.
„Pulsschlag“ wird immer stärker
Das hat Folgen: Die Stärke dieses wiederkehrenden Belastungspulses hat in den letzten Jahren messbar zugenommen. In Irland, wo Rechenzentren mit großen Batteriespeichern inzwischen rund ein Fünftel des nationalen Strombedarfs ausmachen, hat sich die Amplitude des 60-Sekunden-Pulses von 2016 bis 2021 vervierfacht. „Jüngste Messungen zeigen, dass diese Frequenzdellen inzwischen sogar mehr als 20 Millihertz erreichen können“, berichten Hartmann und sein Team.
Der rasante Ausbau von Datenzentren in Irland zwischen 2016 und 2021 (oben) hat den minütlichen Frequenzabfall deutlich verstärkt (unten). — © Hartmann et al./ Nature Energy, CC-by 4.0
Und dieser Trend hält an: Durch den Boom der künstlichen Intelligenz und den starken Ausbau von Datenzentren weltweit, wird die Zahl der UPS in Zukunft weiter steigen. Entsprechend stärker werden auch die Ausschläge des 60-Sekunden-Pulses. „Zudem ist es durchaus möglich, dass Batteriespeicher nur ein Teil eines Problems sind“, erklärt Witthaut. „Es ist nicht ausgeschlossen, dass auch andere digital gesteuerte Verbraucher – etwa Klimaanlagen, Wärmepumpen, Waschmaschinen, Geschirrspüler – ähnliche Muster zeigen.“
Werden die Frequenzausreißer zum Sicherheitsproblem?
Zwar können die Stromnetze den Pulsschlag dieser digitalen Stromabnehmer zurzeit noch verkraften. Aber schon jetzt wurden Anpassungen nötig: In Skandinavien mussten Stromnetzbetreiber bereits striktere Kontrollmaßnahmen einführen, weil die ständigen Ausreißer die Turbinen der Wasserkraftwerke belasteten. Weil diese zum Ausgleich der Belastungsspitzen ständig hochgefahren und wieder gedrosselt werden mussten, nutzten sie sich schneller ab. „Dies demonstriert, dass die 60-Sekunden-Pulse schon jetzt für den operativen Betrieb relevant sind“, schreiben die Forschenden.
In Zukunft könnte der global synchrone Takt noch schwerwiegendere Folgen haben: „Wenn diese Signale mit anderen Frequenzabweichungen zusammentreffen, kann dies die Stromnetze an die Grenzen ihrer Belastbarkeit bringen“, warnt das Team. Gleichzeitig sind diese unbeabsichtigten Nebeneffekte digital synchronisierter Geräte in gängigen Planungstools nicht erfasst und blieben daher bislang unberücksichtigt.
Die Forschenden plädieren deshalb dafür, aktiv gegenzusteuern – indem man die Leistungsabfragen von unterbrechungsfreien Stromversorgungen und anderen Geräten bewusst asynchron macht. „Man muss die Abfragen einfach zufällig verteilen, statt sie immer zum gleichen Zeitpunkt zu starten“, sagt Witthaut. In vielen Fällen lässt sich dies über ein einfaches Firmware-Update umstellen. Ein UPS-Hersteller hat bereits entsprechend reagiert, nachdem Hartmann und sein Team ihn über das Problem informiert haben.
Quelle: Carsten Hartmann (Forschungszentrum Jülich) et al., Nature Energy, 2026; doi: 10.1038/s41560-026-02144-0
