Link verschicken   Drucken
 

Blackout oder Versorgungssicherheit

Zusammenfassung:

  1. Es gibt viele Gefahrenquellen für unser Stromversorgungssystem. Wir ignorieren sie weitgehend.
  2. Die Auswirkungen eines längeren und flächendeckenden Netzausfalles sind verheerend. Wir handeln nicht danach.
  3. Es gibt viele Maßnahmen, um die Versorgungssicherheit zu erhöhen. Wir nutzen sie nicht.
  4. Forderung: Packen wir es an, bevor es zu spät ist.

 

In dem Buch von Marc Elsberg „Blackout – Morgen ist es zu spät“ wird anschaulich geschildert, wie verletzlich unsere Zivilisation ist und welche verheerenden Auswirkungen ein längerer und flächendeckender Stromausfall hätte. Die Grundaussage des Buches ist die Warnung, dass unsere Zivilisation bei einem längeren (14 Tage) großflächigen (z.B. EU) Netzausfall vollkommen zerstört sein wird. Wir würden uns sehr wahrscheinlich auf dem Niveau der Steinzeit wiederfinden.

Eine Lektüre, die zu empfehlen ist.

Welche Konsequenzen ziehen wir aus dieser realistischen Einschätzung?

Keine, wir ignorieren die Gefahr völlig. Das gilt für den Einzelnen, für die Politik als auch für die Medien. Unsere Schlussfolgerungen sind wie folgt zu charakterisieren:

  • Vogel-Strauß-Politik,
  • Truthahn-Illusion () oder
  • wir spielen russisches Roulette, bei dem man nach dem dritten Versuch erklärt: „Es ist bisher nichts passiert; was soll uns denn jetzt noch passieren?“

Wie soll man nun auf die Gefahr eines Blackouts reagieren?

  1. Man muss sich der Gefahr bewusst werden. Hierbei kommt den Medien eine entscheidende Rolle zu.
  2. Die Gefahrenquellen müssen erkannt werden. Daraus sind Ableitungen herbeizuführen.
  3. Geeignete Maßnahmen müssen ergriffen werden, die die Gefahren reduzieren.

Was sind nun die Gefahrenquellen und wie können die Auswirkungen reduziert werden?  Das sind:

 

I.Extreme Sonnenwinde

II.Terroranschläge

III.Fehlerhafte Systemstruktur

IV.Extreme Witterungsbedingungen.

 

Zu I.

Durch Sonnenwinde werden in Leitungen Spannungen induziert. Je länger die Leitungen (Stromtrassen), desto höher sind diese Spannungen. Welche Auswirkungen ein Sonnenwind haben kann, zeigt das Carrington-Ereignis des Jahres 1859. Damals vor Beginn der Elektrifizierung bewirkte ein Sonnensturm, dass in den Telegraphenstationen durch Lichtbögen die Papierrollen zu brennen begannen. Heutzutage hätte dies zur Folge, dass flächendeckend Hochspannungsleitungen, Trafostationen sowie die Steuerelektronik mit den Computern zerstört würden. Ein Schaden, der nicht kurzfristig (innerhalb von 2 Wochen) behoben werden könnte.

Ein Ereignis wie von Carrington kann sich jederzeit wiederholen. Im Jahr 2012 sind wir an einer derartigen Katastrophe knapp „vorbeigeschrammt“. (siehe http://www.spiegel.de/wissenschaft/weltall/sonnensturm-2012-fast-katastrophe-auf-erde-plasma-verfehlt-planet-a-982652.html )

Welche Konsequenzen ziehen wir nun aus der Erkenntnis, dass Stromtrassen die Achillesferse unseres Stromversorgungssystems sind?  Keine, im Gegenteil: Wir forcieren den Ausbau von Stromtrassen und glauben, durch verstärkte internationale Zusammenarbeit, die logischerweise nur über Hochspannungsleitungen erfolgen kann und dadurch den Umfang der Achillesferse vergrößert, die Versorgungssicherheit erhöhen zu können. „Was für ein kluger, weitsichtiger und verantwortungsbewusster Gedanke“ kann man dazu nur zynisch bemerken.  Richtig und sinnvoll wäre es, Energie in einer beliebig speicherbaren und rationell transportierbaren Form an jeder notwendigen Stelle zur Verfügung zu stellen. Die Energieform elektrischer Strom ist eine unökonomische und bezüglich Verletzbar-keit gefährliche Möglichkeit zum Transport von Energie über größere Strecken! (Im Artikel „Power-to-Gas“ wird darauf näher eingegangen.)

 

Zu II.

Durch Terroranschläge sind gefährdet:

  1. Stromtrassen als Achillesferse der Stromversorgung,
  2. Großkraftwerke (insbesondere Atommeiler) und
  3. die Informationsverarbeitung.

Wie leicht die Stromtrassen lahm zu legen sind, wird uns derzeit mit der Krim vor Augen geführt. Wenige Terroristen haben die Stromversorgung der gesamten Halbinsel lahm gelegt mit weitreichenden Auswirkungen. Dabei ist zu bedenken, dass die Ausschaltung einer Hochspan-nungsleitung mit einfachsten Mitteln möglich und dazu noch nicht einmal Sprengstoff erforderlich ist. (Eine Kindergartengruppe ist (bei entsprechender Anleitung) dazu bereits in der Lage!)

Großkraftwerke lahm zu legen, ist für Terroristen keine schwierige Aufgabe. Es genügt bereits die zugehörigen Umspannwerke (Transformatoren) zu beschädigen. Das ist fast „spielerisch“ möglich, da man in jedem besseren Spielzeuggeschäft für relativ wenig Geld Drohnen kaufen kann.

 

Die Konsequenz muss sein:

  • Dezentralisierung der Informationsverarbeitung (zur Gewährleistung der ständigen Bilanz zwischen Erzeugung und Verbrauch),
  • hierarchische Struktur der Bilanzkreise (jeder Bilanzkreis muss für sich teilautark sein),
  • strikte Trennung der Informationsverarbeitung vom Einfallstor für Hacker, dem Internet.

Wie wichtig eine hierarchische Struktur ist, können wir der Natur abschauen. Die Informations-verarbeitung in unserem Körper ist hierarchisch gegliedert. Wäre sie wie bei unserer Stromversorgung nach dem Prinzip „alles oder nichts“ organisiert, wäre die Menschheit bereits ausgestorben. Jeder, der einmal bewusstlos war, wäre daran gestorben. Bei uns wird die Grundversorgung, d.h. die Steuerung des Herzens, die Atmung, die Regelung der Körpertemperatur und die Arbeit des Verdauungstraktes aufrecht erhalten, auch wenn unser „Zentralrechner“, das Großhirn, lahm gelegt ist. Und: wer war noch nie bewusstlos, sei es durch einen Unfall, eine Narkose, einen K.o.-Schlag, hohes Fieber oder einer Vergiftung (mit Alkohol)?

Zu III.

Die derzeitige zentralistische Systemstruktur mit dem realisierten Prinzip „alles oder nichts“ ist nicht robust gegenüber Störungen. (An dieser Aussage ändert auch der Umstand nichts, dass es bisher gelungen ist, ohne Störungen mit verheerenden Auswirkungen auszukommen.)  Es wird angestrebt, ein globales Versorgungsnetz nach dem Prinzip einer „Kupferplatte“ zu schaffen. Dabei wird nicht bedacht, dass eine Kupferplatte an jeder beliebigen Stelle geerdet und dadurch das gesamte Versorgungssystem lahm gelegt werden kann.

Durch

  • konsequente Dezentralisierung der Stromerzeugung,
  • insbesondere mit Heimkraftwerken, die Regelenergie liefern können, und
  • stationäre Stromspeicher, die dezentral für den Ausgleich der Volatilität des Stromverbrauches und der Stromerzeugung auf erneuerbarer Basis sorgen,
  • eine (Teil-)Autarkie von kleinsten Bilanzkreisen („Energiezellen“), die föderal zusammenarbeiten und dadurch
  • eine hierarchische Gesamtstruktur des Versorgungssystems ergeben  und
  • die Nutzung der Vorteile der (sozialen) Marktwirtschaft

 

erhält man eine robuste Struktur des Stromversorgungssystems.

 

Zu IV.

Extreme Witterungsbedingungen können auf die Leitungstrassen und auf das Kühlsystem der Kraftwerke einwirken.

Die Einwirkung von Witterungsbedingungen auf die Leitungstrassen kann durch unterirdische Verlegung, wie sie bei den örtlichen Netzen nahezu vollständig realisiert ist, minimiert werden. Die Auswirkungen von extremen Witterungsbedingungen können vor allem minimiert werden, wenn kleinste Bilanzkreise weitestgehend autark sind und dadurch die Bedeutung der Verbindungen zwischen den Bilanzkreisen abnimmt.

Die Auswirkungen auf Kühlsysteme von Kraftwerken sind zu vernachlässigen, wenn anstelle von Großkraftwerken (wie Atommeiler) der Strom auch bei Hitzeperioden wie folgt erzeugt wird:

  • mit Photovoltaik oder Windkraftanlagen, bei denen keine Abwärme anfällt,  oder
  • mit Heimkraftwerken, bei der die Abwärme zur Warmwasserbereitung oder zur saisonalen Speicherung genutzt wird.

Bei Heimkraftwerken auf der Basis von Brennstoffzellen entsteht zudem aufgrund des hohen elektrischen Wirkungsgrades zudem nur wenig Abwärme.

 

Mit welchen Maßnahmen können die Gefahren eines Blackouts minimiert werden?

 

Das sind (wie zum Teil bereits erläutert):

A. Realisierung einer (umfassenden) Notstromversorgung

B. Konsequente Dezentralisierung der Stromerzeugung

C. Physische und informelle Autarkie der Bilanzkreise

D. Hierarchie der Struktur

E. Konsequente Nutzung der technischen Möglichkeiten, zur Minimierung der Gefahren.

F. Überwindung veralteter und dadurch hemmender Strukturen.

G. Bereitstellung sinnvoller Reserven.

 

Zu A:

Der Schaden, der durch einen Netzausfall entsteht, kann durch eine Notstromversorgung, die die Grundversorgung absichert, stark minimiert werden. Folgende Möglichkeiten bestehen dazu:

  1. Eine stationäre Notstromversorgung
  2. Stromspeicher (Batteriesysteme)
  3. Mobile Stromgeneratoren, die preiswert in jedem Baumarkt erhältlich sind- bei der Feuerwehr, dem THW und Armee im Einsatz sind und viele Handwerker, Eigentümer von Caravans, größeren Booten und Wochenendhäusern besitzen.
  4. (teilweise) autarke dezentrale (kleine) „Kraftwerke“  d.h.
  5. kleine Stromerzeugungsanlagen für regenerative Energie (Photovoltaik, kleine Windkraftanlagen) in Kombination mit Stromspeichern und
  6. Heimkraftwerke (kleine Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen).
  7. Nachbarschaftshilfe.

 

Stationäre Notstromanlagen, auch Netzersatzanlagen genannt, sind teuer, da die Technik ausschließlich bei einem Netzausfall eingesetzt wird und ansonsten „nutzlos“ herumsteht. Sie muss aber regelmäßig gewartet werden. Sie werden deshalb nur für ausgewählte Objekte (z.B. Krankenhäuser, Wasserbetriebe) eingesetzt.

Stromspeicher (Batteriesysteme), meist in Kombination mit der Funktion einer unterbrechungsfreien Stromversorgung, können nur für eine stark begrenzte Zeit die Notstromversorgung absichern. Sie dienen deshalb zur Überbrückung der Zeit, bis stationäre Notstromaggregate die volle Betriebsbereitschaft erreicht haben,  oder um Gebäude (Kino, Hotel etc.) evakuieren zu können. Einen längeren Netzausfall können sie nicht kompensieren.

Mobile Stromgeneratoren sind eine einfache und sehr gute Möglichkeit, um katastrophale Schäden bei einem längeren Netzausfall zu minimieren. Sie sind preiswert, in einem großen Umfang bereits vorhanden und der Treibstoff, Benzin oder Diesel, ist durch jeden Pkw-Besitzer im notwendigen Umfang (1 Kanister) vorrätig zu halten. Mit einem mobilen Stromgenerator lassen sich z.B. in einem Haushalt bei einem längeren Netzausfall

  • im Winter die Heizungssteuerung betreiben und dadurch verhindern, dass die Wohnung vollständig auskühlt und die Wasserleitungen und die Heizungsanlage zerfrieren  sowie
  • im Sommer die Kühltruhe  und der Kühlschrank betreiben, damit die Lebensmittel nicht verderben.

Logischerweise muss die Hausinstallation mindestens für die fest installierten Geräte (z.B. Heizungsanlage) auf die Notstromversorgung durch einen Elektrofachmann vorbereitet werden.

Äußerst fragwürdig ist nun, warum diese effektive Möglichkeit zur Abwehr von Schäden bei einem Terroranschlag oder extremen Witterungsbedingungen kaum vorbereitet wurde.

Technisch ist diese Vorbereitung, eine Elektroinstallation alternativ aus 2 verschiedenen Stromerzeugern zu versorgen, kein Problem und auch mit einem geringen Aufwand zu erreichen.

Hauptursache besteht darin, dass es keine Norm (DIN VDE) für diese Vorbereitung gibt. Und ein Elektriker darf nur etwas installieren, wofür es entsprechende Normen gibt, die die anerkannten Regeln der Technik wiederspiegeln.

Caravans, die mit einem Lichtstromnetz (230 V AC) ausgerüstet wurden, sind in der Regel darauf vorbereitet worden, dass sie auch aus dem öffentlichen Netz (am Campingplatz) versorgt werden können. Denn für diese Vorbereitung gibt es eine Norm (DIN VDE 0100-721)!

Nun eine Schätzfrage an den Leser:

Warum gibt es für Caravans eine Norm zur Versorgung aus einem anderen Netz während es für eine äquivalente Hausinstallation keine Norm gibt? Liegt das daran, dass

  1. Caravan-Besitzer, wenn sie unterwegs sind, eine höhere Spannung vertragen als zu Hause in ihrer Wohnung,
  2. mit der Vorbereitung auf eine Notstromversorgung auch die Möglichkeit geschaffen wird, von einem anderen als dem örtlichen Netzbetreiber mit Strom versorgt zu werden und damit dessen Monopolstellung unterminiert wird oder
  3. was sonst?

 

Könnte es nun nicht z.B. die Aufgabe des VDE Verband für Elektrotechnik Elektronik 

Informationstechnik e. V. sein, der gemäß seiner Satzung ausschließlich und unmittelbar gemeinnützige Zwecke verfolgt, für eine Richtigstellung Sorge zu leisten?

 

Das Fehlen einer solchen entsprechenden Norm ist unverantwortlich, da wissentlich möglicher Schaden, incl. der Gefährdung von Menschenleben, nicht verhindert oder mindestens vermindert wird. (Anmerkung: Eine Gefährdung von Menschenleben ergibt sich z.B. daraus, dass bei einem großflächigen Blackout die Rettung von Menschen aus steckengebliebenen Fahrstühlen sehr lange dauert. Für kranke Menschen kann dann diese Zeit zu lang sein.)

 

Zu B:

Eine konsequente Dezentralisierung der Stromerzeugung senkt die Verletzbarkeit deutlich. Die Zerstörung vieler kleiner Einheiten ist für einen Angreifer unverhältnismäßig schwieriger und aufwendiger, als ein einzelnes Objekt. Weiterhin wird dadurch die Achillesferse (die Stromtrassen) entbehrlich bzw. weitgehend überflüssig.

 

Zu C:

Die Dezentralisierung muss mit der Schaffung der weitgehenden Autarkie kleinster  Bilanzkreise bzw. von „Energieinseln“ einhergehen, um die Versorgungssicherheit zu erhöhen. Der derzeitige Zustand, dies zu negieren, muss beendet werden. Vollkommen fragwürdig ist, dass handelsübliche KWK-Anlagen (z.B. Heimkraftwerke) und Stromspeichersysteme (in Verbindung mit PV-Anlagen) die Möglichkeit zu einer Autarkie (Notstromversorgung) in der Regel nicht nutzen! Solar-Speichersysteme stellen in der Regel nur die aktuell in der Batterie gespeicherte Energie für eine (kurzfristige) Notstromversorgung zur Verfügung. Die PV-Anlage wird trotz Batterie und damit der prinzipiellen technischen Voraussetzungen für einen Inselbetrieb während eines  Blackouts abgeschaltet. Das ist sehr fragwürdig. (Anmerkung: Dem Autor sind bezüglich Heimkraftwerken nur Selbstbau-Anlagen bekannt, die eine weitgehende Autarkie ermöglichen; bei  Solarspeichersystemen mit Verbindung zum öffentlichen Netz nur die Speicher „Stromsafe“ der Firma Ensotec GmbH.) Weitere sind gesucht und gefragt. Wer also noch weitere kennt, der möge sie bitte gern dem Verein mitteilen. 

 

Zu D:

Mit der Dezentralisierung der Stromerzeugung sind auch die Voraussetzungen und die Notwendigkeit gegeben, eine sinnvolle Hierarchie bei der Gestaltung der Stromversorgung zu schaffen. Bisher erzwang der Einsatz von Großkraftwerken und Stromtrassen eine zentralistische

Struktur. Die Dezentralisierung ermöglicht durch eine hierarchische Gliederung von kleinsten weitgehend autarken Bilanzkreisen, die miteinander kooperativ zusammenarbeiten und in einem jeweils größeren Bilanzkreis föderal vereint sind, eine wesentlich effektivere und gegen Störungen unempfindliche Struktur. Voraussetzung ist, dass auch auf dem Stromsektor endlich die Marktwirtschaft Einzug hält (siehe die Artikel zur Marktwirtschaft auf dem Stromsektor). Hinweis: Die Tendenz über „Smart Grids“ zur Zusammenfassung von vielen kleinen Stromerzeugern zu „virtuellen“ Kraftwerken mittels der „Digitalisierung“ ist lediglich als Bemühung zu sehen, die zentralistische Struktur beizubehalten. Es erinnert an die DDR, wo man glaubte, durch die Möglichkeiten der EDV (wie die IT-Technik damals hieß,) die Planwirtschaft zu perfektionieren und auf die eindeutig rationellere Marktwirtschaft weiterhin verzichten zu können. Ein Versuch, der bekanntlich zum Scheitern verurteilt war. Wir könnten daraus lernen und es ist fragwürdig, warum wir dies bisher nicht tun.

 

Zu E:

Durch den technischen Fortschritt ergeben sich viele Möglichkeiten, die vor 10, 30 oder 50 Jahren noch undenkbar waren. Beispiele sind:

  • Leistungselektronik, über die Wechselrichter möglich wurden, durch die es erst möglich wurde, dass Windkraftanlagen oder PV-Anlagen optimal ins Netz einspeisen können.
  • Photovoltaik, wodurch die Stromerzeugung nicht mehr auf große Kraftwerke angewiesen ist und Energie dezentral erneuerbar gewonnen werden kann.
  • Mikroelektronik, wodurch die Computer und
  • das Internet möglich wurden.

 

Dabei gilt aber das Prinzip zu beachten, dass nicht alles gemacht werden soll, was technisch möglich ist. Wenn es gilt, sich vor Cyber-Angriffen zu schützen, so ist eine strikte Trennung der Informationsverarbeitung für die Energieversorgung vom Internet die beste Möglichkeit.

 

Zu F:

Die Bedeutung der Systemstruktur ist bereits bei III. erläutert worden.

 

Zu G: Reserve

Einen äußerst wichtigen Beitrag zur Sicherheit der Stromversorgung besteht im Einsatz von (preiswerten) dezentralen Heimkraftwerken, die sinnvollerweise (bei Netzausfall) autark arbeiten können. (Anmerkung: Dabei ist der Begriff Heimkraftwerk dadurch gekennzeichnet, dass Strom und Wärme [KWK-Anlage] für den Eigenbedarf produziert wird. Ein Heimkraftwerk für ein Einfamilienhaus hat deshalb eine Leistung von einem oder wenigen kW;  ein Heimkraftwerk für einen großen Betrieb kann dagegen eine Leistung von einem MW besitzen.)

Heimkraftwerke liefern Regelenergie, da ihre Leistung jederzeit beliebig verändert (geregelt) werden kann. Man legt sie normalerweise so aus, dass ihre Nennleistung mindestens um den Faktor 3 größer ist als die durchschnittliche Leistung der angeschlossenen Verbraucher. Damit steht in Verbindung mit Stromspeichern eine ausreichende Leistungsreserve zur Verfügung, um Engpässe oder gar Netzausfälle zu überbrücken. Der Kraftwerkspark der Energieversorger besitzt dagegen maximal 4 % Reservekapazität. (Zur Verdeutlichung: Ein üblicher Haushalt mit einem jährlichen Stromverbrauch von 2 – 3.000 kWh benötigt  eine durchschnittliche Leistung von 230 – 350 W. Man wird aber kein Heimkraftwerk mit einer Leistung kleiner 1 kW einsetzen, um dadurch eine sehr hohe Laufzeit des Kraftwerkes zu erreichen. [Zum Vergleich: Die Leistung eines Induktionsherdes kann 7-10 kW betragen, also das 20 – 45 fache der Durchschnittsleistung des Haushaltes.])

Selbstverständlich muss diese mögliche (ohne Zusatzkosten zur Verfügung stehende) Reservekapazität auf Basis von Heimkraftwerken, die die derzeitige Reservekapazität um das ca. 100fache übersteigen könnte, erst einmal geschaffen werden.

  1. Dazu muss man den Heimkraftwerken, die den derzeitigen konventionellen Kraftwerkspark vollständig ablösen könnten, entsprechende Bedeutung schenken. Wenn diese Kraftwerke dadurch in hohen Stückzahlen produziert werden, sinkt ihr Preis drastisch, wie man es bei den PV-Anlagen sehen konnte. (Die Heimkraftwerke könnten dann auch die derzeitigen Heizkessel praktisch vollständig ablösen.)
  2. Die Heimkraftwerke müssen entsprechend ihrer prinzipiellen Fähigkeit einen autarken Betrieb ermöglichen und dadurch sowohl zur Überbrückung der Stromversorgung bei Netzausfall dienen und den Schwarzstart im öffentlichen Netz unterstützen können.
  3. Weiterhin darf man nicht den Eigenverbrauch von Strom (der nur bei Eigenerzeugung möglich ist) mit Umlagen belasten und damit die dezentrale Stromerzeugung ausbremsen. Die Konsequenz der Belastung mit Umlagen ist, dass sich Eigentümer von Heimkraftwerken vollständig autark machen werden (wie gefordert die Verbindung zum öffentlichen Netz kappen) und dadurch weder Regelenergie noch Reservekapazität zur Stabilisierung des öffentlichen Netzes und damit der Versorgung der Allgemeinheit liefern. Es ist ein wirklich sehr fragwürdiges Vorgehen des Gesetzgebers, welches nur im Interesse der etablierten Energieversorger liegt und nicht den Interessen der Bürger dient.

Eine weitere Bedingung für die Erhöhung der Versorgungssicherheit durch Reservebildung besteht in der ausreichenden dezentralen Bevorratung mit Brennstoffen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die fossilen Brennstoffe (Erdöl, Kohle und Erdgas) durch eine größere Anzahl von „grünen“ Brennstoffen (Wasserstoff, Methan, flüssige Kohlenwasserstoffe, Biogas und Holz) abgelöst werden und die Dezentralisierung der Erzeugung auch die stärkere Dezentralisierung der Bevorratung ermöglicht. Die Dezentralisierung der Bevorratung erhöht die Versorgungssicherheit. (Der Ausfall eines kleinen dezentralen Lagers kann leicht überbrückt werden, während der Ausfall eines großen Lagers große Auswirkungen hat.)

Wie bereits erläutert (Artikel Nr. 2) könnte die Einführung eines variablen Tarifes (Marktwirtschaft) das Verhalten der Verbraucher positiv verändern. Das bedeutet, dass die Vorhaltung von Reserven verringert werden könnte.

Weiterhin könnte der Einsatz mobiler Stromgeneratoren (zusätzlich zur Notstromversorgung) eine sinnvolle Reserve schaffen.

Auch der Einsatz von Wasserstoffautos schafft nebenbei und ohne Zusatzkosten Reservekraftwerke, die bei Bedarf aus gespeichertem Wasserstoff (oder Erdgas) Strom ins öffentliche Netz liefern könnten. Man bedenke, dass diese Möglichkeit bereits dadurch geschaffen wird, dass es für einen Besitzer eines Wasserstoffautos sinnvoll ist, in der kalten Jahreszeit seinen Wagen vorzuheizen und den dabei entstehenden Strom sinnvollerweise ins Netz einzuspeisen (wenn die Batterie vollständig geladen ist und der anfallende Strom nicht unökonomisch „verbraten“ werden soll).