Bemessungsstromausfall - Basisszenario für die Risikoanalyse und die Katastrophenschutzplanung

Bemessungsstromausfall
Basisszenario für die Risikoanalyse und die Katastrophenschutzplanung
Dr.-Ing. Thomas Münzberg | info@doktormuenzberg.de
28.04.2020 Vorstellungsgespräch Thomas Münzberg
28.04.2020 1
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Bemessungsstromausfall
Definition des auslegungsrelevanten „kritischen Stromausfalls“
Ausgangssituation
Bisher existiert in Deutschland kein bundesweit einheitliches und vorherrschend verwendetes
Referenzszenario eines „kritischen Stromausfalls“ zur ausreichenden Dimensionierung von
Katastrophenschutzmaßnahmen auf der Ebene der Landkreise und kreisfreien Städte.
Was ist ein Bemessungsstromausfall?
Ein Bemessungsstromausfall ist ein
auslegungsrelevantes Stromausfallszenario,
anhand dessen Schutzmaßnahmen mit
vordefinierten Schutzniveaus zu Grunde gelegt
werden. Die Festlegung eines
Bemessungsstromausfalls beruht auf der
Abschätzung eines ungünstigen Szenarios, das
für die wirkungsvolle Vorbereitung auf
Stromausfälle eine ausreichende Signifikanz,
Plausibilität und Repräsentativität aufweist.
Die Verwendung des am schwerwiegendsten
anzunehmenden Stromausfalls (Worst-Case-
Scenario), der aufgrund der weiträumigen
Vernetzung der Übertragungsnetze europaweite
Ausmaße annehmen und von unbestimmter Dauer
sein kann, übersteigt wesentlich die möglichen
Dimensionierungswerte einer zumutbaren
Stromausfallvorbereitung.
Ein solches Szenario erscheint daher zu pauschal,
übertrieben und daher ungeeignet.
Dr. Münzberg

Bemessungsstromausfall
Auslegungsrelevanz durch Signifikanz, Plausibilität und Repräsentativität
Signifikanz
Ein signifikantes Stromausfallereignis ist
charakterisiert durch das überwiegend öffentliche
Interesse an den durch ihn zu befürchtenden
Konsequenzen. Ein öffentliches Interesse liegt dann
vor, wenn der Umfang und die Dauer des Ausfalls
außerhalb der herkömmlichen Maße liegen, so dass
übliche Selbsthilfemaßnahmen ausgereizt werden und
ein großes Schadenspotential zu unterstellen ist.
Plausibilität
Plausibel erscheint ein Bemessungsstromausfall
dann, wenn seine Extremwerte augenscheinlich
nachvollziehbar und anhand von objektiven
Gesichtspunkten hergeleitet werden.
Bei einem signifikanten Stromausfallereignis ist mit der
Entstehung von Gefahren für das Leben der
Bevölkerung durch die Unterversorgung mit
lebenswichtigen Gütern und Dienstleistungen sowie
mit Schäden im außerordentlichen Maße zu
rechnen. Die Ausprägungen des Ausfalls müssen
daher hinreichend ungünstig sein, erheblich die
Schwelle der Alltäglichkeit überschreiten und einer
Katastrophe entsprechen, ohne unrealistisch zu sein.
Repräsentativität
Ein Bemessungsstromausfall ist repräsentativ, wenn
seine Extremwerte im Wesentlichen der
Grundgesamtheit aller Stromausfälle entsprechen.
Dr. Münzberg

Bemessungsstromausfall
Herleitung anhand objektiven Gesichtspunkten
Herangehensweisen
Ein Bemessungsstromausfall kann mithilfe verschiedenster Herangehensweisen eingegrenzt und hergeleitet
werden:
- Eine Literaturrecherche bestehender Fachpublikationen der Gefahrenabwehr,
- Eine empirische Datenanalyse der während eines Jahres in Medienberichten thematisierten Stromausfälle,
und
- Eine empirische Datenanalyse stattgefundener Stromausfälle
Dr. Münzberg

Bemessungsstromausfall
Literaturrecherche bestehender Fachpublikationen
Dr. Münzberg

Bemessungsstromausfall
Literaturrecherche bestehender Fachpublikationen
Dr. Münzberg

Bemessungsstromausfall
Empirische Datenanalyse von Medienberichten
Herangehensweisen
- Systematische Auswertung von
Medienartikel über stattgefundene
Stromausfälle in Deutschland
- Datensatz für das Jahr 2014
- Basis der Auswertung: Mediendaten
demonstrieren das gesellschaftliche
Interesse an aktuell stattgefundenen
Stromausfallereignissen
- Verwendung eines News-Crawlers
Ergebnisse
- Identifikation von weit über 1.000
relevanter Medienartikel
- 941 Artikel auswertbar
- Feststellung von 845 Stromausfallereignissen
in Deutschland
Dr. Münzberg

Bemessungsstromausfall
Empirische Datenanalyse von Medienberichten
Auswertung
- Dokumentation von Ausfallbeginn,
-ende, und -dauer sowie die Anzahl der
vom Stromausfall Betroffenen
- Klassifizierung nach
(i) Einsätze der Feuerwehr bzw. des
Katastrophenschutzes (n=66),
(ii) Umschaltungen bzw.
Aktivierungen des (n-1)-Prinzips
(n=121) oder
(iii) keine Einsätzen und keine
Umschaltungen (n=462)
berichtet.
Dr. Münzberg

Bemessungsstromausfall
Empirische Datenanalyse von Medienberichten
Erkenntnisse
Erste Rückschlüsse
- Umschaltungen sind häufig nur bei
kurzfristigen Ausfällen erfolgreich:
Die meisten Stromausfälle, bei denen
Umschaltungen angewendet wurden,
dauerten unter 120 Minuten.
- Schon nach kurzer Ausfalldauer wird
der Einsatz der Gefahrenabwehr
notwendig: ab der Dauer eines
Stromausfalls von mehr als
330 Minuten wird die
Selbsthilfefähigkeit bei einigen
Betroffenen bereits derart ausgereizt,
dass es in der Regel den Einsatz der
Gefahrenabwehr bedarf.
Dr. Münzberg

Bemessungsstromausfall
Empirische Datenanalyse stattgefundener Stromausfälle
Herangehensweise
- Stromnetzbetreiber sind nach § 52 EnWG verpflichtet,
Unterbrechungen der Stromversorgung der Bundesnetzagentur zu
melden.
- Es wurden 544.617 ungeplante Stromausfälle aus 2008 bis 2013
hinsichtlich der empirischen Unterschreitenswahrscheinlichkeit
ausgewertet .
Ergebnis Erkenntnisse
- Herkömmliche Stromausfälle dauern bis unter 225 Minuten
(P<0,8) an
- Außerordentliche Stromausfälle dauern zwischen 225 und
1030 Minuten (0,8<P<0,99) an und
- Extreme Stromausfälle dauern über 1030 Minuten (P>0,99) an
Dr. Münzberg

Bemessungsstromausfall
Kategorisierung von Stromausfalldauern
Dr. Münzberg

Bemessungsstromausfall
Empirische Auswertung der Daten der Bundenetzagentur
Herleitung eines Bemessungsstromausfalls
Basis ist die kumulierte relative Häufigkeit
stattgefundener Stromausfälle (empirische
Verteilfunktion).
Die empirische Unterschreitenswahrscheinlichkeit
für extreme
Stromausfälle beträgt 0,99. Dies entspricht
einem Stromausfall mit einer Dauer von 1030
Minuten (17 Stunden und 10 Minuten).
Zu dieser Ausfalldauer ist pessimistischer
Weise ein zusätzlicher Sicherheitszuschlag
zu berücksichtigen, der mindestens zu einer
Verdoppelung des Wertes führen sollte.
Dr. Münzberg

Bemessungsstromausfall
Zeitliche und Räumliche Dimension eines Bemessungsstromausfalls
Dauer Zeitliche eines Dimension Bemessungsstromausfalls
Über 17-stündige Stromausfälle treten entsprechend
empirischer Auswertungen nicht regelmäßig auf und gelten als
außergewöhnlich. Die dabei zu erwartenden Gefahren
erscheinen ausreichend signifikant für die Zwecke der
Dimensionierung der Gefahrenabwehr. Es ist davon auszugehen,
dass bei dieser Ausfalldauer bereits die Schwelle zu einer
Katastrophe überschritten ist.
Zur Festlegung des Bemessungsstromausfalls kann
pessimistischer Weise zu dieser Ausfalldauer ein zusätzlicher
Sicherheitszuschlag gewährt werden, indem diese beispielsweise
verdoppelt wird. Nach Rundung erscheint eine Ausfalldauer
von 2160 Minuten (bzw. 36 Stunden) als geeignet für die
Dauer eines Bemessungsstromausfall. Dessen empirische
Unterschreitenswahrscheinlichkeit liegt bei 0,9971.
Räumliche Betroffenheit
Dimension
eines Bemessungsstromausfalls
Da die Zuständigkeit der operativen
Bewältigung der Stromausfallfolgen bei
den kommunalen Gebietskörperschaften
liegt, erscheint es als Extremwert für den
Bemessungsstromausfall zweckmäßig,
von einer Betroffenheit der gesamten
betrachteten Gebietskörperschaft
auszugehen.
Das ganze Landkreise oder kreisfreie
Städte von einem Stromausfall betroffen
sind, trat in Deutschland wiederkehrend
auf, weshalb ein solches Ereignis als
plausibel, relevant und repräsentativ
betrachtet werden kann.
Dr. Münzberg

Bemessungsstromausfall
Empfehlung zur Festlegung eines Bemessungsstromausfalls
Im Hinblick auf Signifikanz, Plausibilität und Repräsentativität wird folgende Festlegung eines
Bemessungsstromausfalls für die kommunale Gefahrenabwehr- und Katastrophenschutzplanung
als sinnvoll erachtet:
Dauer eines Bemessungsstromausfalls
Zeitliche Dimension
Ein Bemessungsstromausfall mit einer Dauer von
36 Stunden (bzw. 2160 Minuten) erscheint für die
Dimensionierung wirksamer Maßnahmen zur Abwehr von
Katastrophengefahren als geeignet.
Räumliche Betroffenheit
Räumliche
eines Bemessungsstromausfalls
Dimension
Ein Bemessungsstromausfall, bei dem
von einer Betroffenheit einer
gesamten Gebietskörperschaft
ausgegangen wird, erscheint für die
Dimensionierung wirksamer Maßnahme
zur Abwehr von Katastrophengefahren
als geeignet.
Dr. Münzberg

Weiterführende Literatur
Münzberg, Thomas (2019) Entwicklung einer spatial-temporalen Vulnerabilitätsanalyse für die
initiale Krisenbewältigung von Stromausfällen, Dissertation, Karlsruher Institut für
Technologie
Ottenburger, S., Münzberg, T., and Strittmatter, M. (2018) Smart Grid Topologies Paving the
Way for an Urban Resilient Continuity Management, International Journal of Information
Systems for Crisis Response and Management, 9, 4, 1-22.
Münzberg, T., Wiens, M. and Schultmann, F. (2017) A Spatial-temporal Vulnerability
Assessment to Support the Building of Community Resilience against Power Outage
Impacts, International Journal for Technological Forecasting and Social Change, 121, 99-
118.
Münzberg, T. und Ottenburger, S. (2018) Schutz Kritischer Infrastrukturen: Kritikalität als
Entscheidungsmaß zur Abwehr von Gefahr am Beispiel Stromausfall, Was heißt
Kritikalität? Zu einem Schlüsselbegriff der Debatte um Kritische Infrastrukturen, Jens Ivo
Engels / Alfred Nordmann (Hrg.), 156-179.
Adrot, A., Fiedrich, F., Lotter, A., Münzberg, T., Rigaud, E., Wiens, M., Raskob, W., and
Schultmann, F. (2017) Challenges in Establishing Cross-Border Resilience, Urban Disaster
Resilience and Security - Novel Approaches for Dealing with Risks in Societies, The Urban
Book Series, Fiedrich, F., Fekete, A. (Eds.), Springer.
Münzberg, T., Wiens, M., and Schultmann, F. (2016) Understanding Resilience: A Spatiotemporal
Vulnerability Assessment of a Population affected by Sudden Lack of Food,
Springer International Series in Operations Research & Management Science: Advances in
Managing Humanitarian Operations, 2014, Altay, N., Haselkorn, M., and Zobel, C (Eds).
Ottenburger, S., Münzberg, T., Strittmatter, M., and Müller, T. (2017) Smart Grids enhancing
Urban Resilience: A further Control Mechanism applying Criticality, IEEE International
Conference on Smart Grid Communications, 23-26 October 2017, Dresden, Germany.
Ottenburger, S. and Münzberg, T. (2017) Smart Grid Topologies for Enhanced Resilience
against Critical Infrastructure Disruptions, In: Proceedings of the 14th International
Conference on Information Systems for Crisis Response and Management, Comes, T.
Benaben, F., eds., Albi, France.
Rigaud, E., Adrot, A., Fiedrich, F., Münzberg, T., Raskob, W., Wiens, M. and Schultmann, F.
(2015) Engineering Resilience to Power Outages, 6th Resilience Engineering International
Symposium Lisbon, 22 – 25 June 2015, Lisbon, Portugal.
Münzberg, T., Wiens, M., Raskob, W., and Schultmann, F.(2015) Measuring Resilience - The
Benefits Of An Empirical Study Of Power Outages By Media Data, Future Security
Conference 2015, Fraunhofer Verlag, Security Research Conference, pp. 393 – 400, Berlin,
Germany,.
Münzberg, T., Wiens, M., and Schultmann, F. (2015) The Effect of Coping Capacity Depletion on
Critical Infrastructure Resilience. Proceedings of the 12th International Conference on
Information Systems for Crisis Response and Management, L. Palen, M. Buscher, T.
Comes, and A. Hughes (Eds.).
Münzberg, T., Wiens, M., and Schultmann, F. (2014) Dynamic-Spatial Vulnerability
Assessments: A Methodical Review for Decision Support in Emergency Planning For
Power Outages. Proceedings of HumTech2014, Harvard University and Massachusetts
Institute of Technology, Andy Vidan and Daniel Shoag (Eds.), Procedia Engineering,
Volume 78, pp. 78–87, Boston, USA.
Münzberg, T, Wiens, M. und Schultmann, F. (2014) Ausfall Kritischer Infrastrukturen:
Gefahrenabwehrpläne und Notfallkonzepte auf kommunaler Ebene. In: Tagungsband der
62. Jahresfachtagung der Vereinigung zur Förderung des Deutschen Brandschutzes e.V.
mit Zusatzveranstaltung Critical Infrastructure Event, 16.-18. Juni 2014, Dortmund, S. 673-
687.
Münzberg, T., Ludäscher, S. und Bach, C. (2013) Stromausfall gegen Stromausfälle: wie
Lastreduzierungen Netzzusammenbrüche verhindern können und welches Dilemma daraus
für den Bevölkerungsschutz und die Gefahrenabwehrplanung resultiert. In:
Bevölkerungsschutz Magazin, 01/2013, S. 36-39.
Münzberg, Th., Käser, B., Bach, C. und Schultmann, F. (2013) Beherrschung und Bewältigung
von Stromausfällen, Vorbereitung der Kommunalen Gefahrenabwehr. In: Zeitschrift für
Forschung und Technik im Brandschutz vfdb, Vereinigung zur Förderung des Deutschen
Brandschutzes e.V., 4/2013, S. 205-211.
Eine vollständige Publikationsliste findet sich unter https://www.iip.kit.edu/2183_2227.php
Dr. Münzberg

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Empfohlene Zitierweise:
Münzberg, Thomas (2019) Entwicklung
einer spatial-temporalen
Vulnerabilitätsanalyse für die initiale
Krisenbewältigung von Stromausfällen,
Dissertation, Karlsruher Institut für
Technologie.
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https://publikationen.bibliothek.kit.edu/1000096412