Was passiert, wenn weltweit alle Lichter gleichzeitig angehen?

So funktioniert das Stromnetz

Der grösste Effekt, wenn weltweit alle Menschen ihre Lampen gleichzeitig einschalten würden, wäre ein sprunghafter Anstieg der Stromnachfrage – denn die meisten Leuchten werden rund um den Globus mit Elektrizität betrieben.

Elektrizität ist eine Energieform, die aus sehr unterschiedlichen Rohstoffen und Quellen erzeugt werden kann. Kraftwerke funktionieren dabei wie Fabriken für Strom: Sie produzieren Elektrizität unter anderem aus Kohle, Erdgas, Uran, Wasser, Wind und Sonnenlicht. Anschliessend wird der Strom in ein Netz aus Hoch- und Mittelspannungsleitungen sowie Verteilnetzen eingespeist – das Stromnetz –, das Haushalte und Unternehmen versorgt.

Damit dieses Netz stabil bleibt, muss Strom genau in dem Moment bereitgestellt werden, in dem er benötigt wird. Sobald jemand das Licht einschaltet, wird Leistung aus dem Netz entnommen. Gleichzeitig muss ein Generator sofort dieselbe Menge Leistung in das Netz einspeisen. Gerät dieses Gleichgewicht auch nur für wenige Sekunden aus der Balance, kann es zu einem Stromausfall kommen.

Netzbetreiber überwachen die Nachfrage mit Sensoren und leistungsfähigen Computersystemen, um die Erzeugung bei Bedarf hoch- oder herunterzufahren. Die gesamte Leistungsanforderung – die Netzlast – schwankt stark: von Stunde zu Stunde ebenso wie von Jahreszeit zu Jahreszeit.

Das wird klar, wenn man vergleicht, wie viel Strom ein Haushalt tagsüber im Vergleich zur tiefen Nacht verbraucht – oder während einer sommerlichen Hitzewelle gegenüber einem kühlen Herbsttag.

Einen Nachfragesprung abfangen

Würden überall auf der Welt alle Menschen gleichzeitig das Licht einschalten, entstünde schlagartig eine enorme zusätzliche Stromnachfrage. Um einen Systemkollaps zu vermeiden, müssten Kraftwerke ihre Einspeisung sehr schnell erhöhen. Allerdings reagieren verschiedene Kraftwerkstypen sehr unterschiedlich auf solche Änderungen.

Kohle- und Kernkraftwerke können grundsätzlich zu fast jeder Zeit grosse Strommengen liefern. Sind sie jedoch wegen Wartungsarbeiten abgeschaltet oder fällt eine Anlage durch eine Störung aus, dauert es oft viele Stunden, bis sie wieder am Netz ist. Zudem passen diese Kraftwerke ihre Leistung nur träge an Laständerungen an.

Gaskraftwerke, die Erdgas verbrennen, können deutlich schneller auf eine veränderte Netzlast reagieren. Deshalb werden sie häufig eingesetzt, um Zeiten mit besonders hohem Bedarf abzudecken – zum Beispiel an heissen, sonnigen Sommernachmittagen.

Erneuerbare Quellen wie Solar-, Wind- und Wasserkraft verursachen zwar weniger Verschmutzung, lassen sich jedoch nicht in gleicher Weise steuern. Der Grund ist simpel: Der Wind weht nicht immer gleich stark, und auch die Sonne scheint in den meisten Regionen nicht jeden Tag gleich intensiv.

Um schwankende Nachfrage und Einspeisung auszugleichen, setzen Netzbetreiber grosse Batteriespeicher ein, die den Leistungsfluss glätten. Trotzdem ist es bislang nicht machbar, genügend Strom in Batterien zu speichern, um eine ganze Kleinstadt oder eine Grossstadt zu versorgen. Solche Speicher wären zu teuer und würden sich zu schnell entladen.

Einige Betreiber von Wasserkraftwerken können in Zeiten geringer Nachfrage Wasser in Seen hochpumpen und es bei hoher Nachfrage wieder ablassen. Dabei treibt das Wasser Maschinen an, sogenannte Turbinen, um Strom zu erzeugen.

Zum Glück würden bei einem gleichzeitigen „Licht an“ weltweit zwei Faktoren verhindern, dass das System komplett zusammenbricht. Erstens existiert kein einziges weltumspannendes Stromnetz. Die meisten Staaten betreiben eigene Netze – oder mehrere regionale Netze.

Zweitens sind benachbarte Netze, etwa in den Vereinigten Staaten und Kanada, meist miteinander gekoppelt, damit Strom über Grenzen hinweg übertragen werden kann. Diese Verbindungen lassen sich jedoch schnell trennen. Selbst wenn es also in einigen Regionen zu Ausfällen käme, ist es unwahrscheinlich, dass alle Netze gleichzeitig kollabieren.

LEDs dämpfen den zusätzlichen Strombedarf

Ein weiterer stabilisierender Effekt hat sich in den vergangenen 20 Jahren ergeben: Leuchtmittel, die als LEDs bezeichnet werden, haben viele ältere elektrische Lampen ersetzt. LEDs funktionieren anders als frühere Glühlampen- und Lampendesigns und erzeugen pro Einheit eingesetzter Elektrizität deutlich mehr Licht – sie verlangen dem Netz also wesentlich weniger Leistung ab.

Nach Angaben des US Department of Energy spart der Einsatz von LED-Lampen einem durchschnittlichen Haushalt rund US$225 pro Jahr. Stand 2020 nutzte nahezu die Hälfte aller US-Haushalte LEDs für die meisten oder sogar alle Beleuchtungszwecke.

Mehr Himmelsaufhellung, weniger Sterne

Neben der Frage, ob genug Strom bereitsteht, ist auch entscheidend, wohin all dieses zusätzliche Licht gelangt. Ein massiver Beleuchtungsschub würde die Himmelsaufhellung deutlich verstärken – jene diffuse, milchige Helligkeit, die nachts über Städten und Ortschaften liegt.

Diese Himmelsaufhellung entsteht, wenn Licht an Dunst und Staubpartikeln in der Luft reflektiert wird und dadurch ein breit verteilter Schein entsteht, der den Nachthimmel überstrahlt. Licht lässt sich zudem nur schwer vollständig lenken: Es kann zum Beispiel an hellen Oberflächen wie Autoscheiben oder Beton zurückgeworfen werden.

Beleuchtung wird nachts häufig übertrieben eingesetzt. Man denke an leere Bürogebäude, in denen die Lampen rund um die Uhr brennen, oder an Strassenleuchten, die nach oben strahlen statt nach unten auf Fahrbahnen und Gehwege, wo Licht tatsächlich gebraucht wird.

Selbst gut geplante Beleuchtungssysteme können das Problem vergrössern: Städte und Autobahnen werden aus dem All sichtbar, während Sterne vom Boden aus verschwinden. Diese Lichtverschmutzung kann die menschliche Gesundheit beeinträchtigen, weil sie die natürlichen Schlaf- und Wachrhythmen unseres Körpers stört. Ausserdem kann sie Insekten, Vögel, Meeresschildkröten und andere Wildtiere desorientieren.

Wenn also weltweit alle Menschen zur gleichen Zeit ihre Lichter einschalten würden, gäbe es zwar nur einen moderaten Anstieg des Stromverbrauchs – aber deutlich mehr Himmelsaufhellung und keinen Sternenhimmel. Das ist kein besonders verlockender Ausblick.

Harold Wallace, Kurator, Sammlung Elektrizität, Nationalmuseum für Amerikanische Geschichte, Smithsonian Institution

Dieser Artikel wird unter einer Creative-Commons-Lizenz von The Conversation erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.