Compound climate hazards erode energy-system resilience through transmission infrastructure
Diese Studie zeigt auf, dass sich zusammengesetzte Klimagefahren zunehmend auf die globale Übertragungsinfrastruktur konzentrieren, wobei gleichzeitige Mehrfachausfälle von Leitungen – statt isolierter Störungen – die Redundanz des Netzes und die Zuverlässigkeit der Kunden massiv untergraben, wodurch die Resilienz der Übertragung zu einer kritischen Voraussetzung für eine erfolgreiche Energiewende wird.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung des untenstehenden Papers. Sie wurde nicht von den Autoren verfasst oder gebilligt. Für technische Genauigkeit konsultieren Sie das Originalpaper. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Die moderne Welt läuft mit Elektrizität, aber die Leitungen, die sie transportieren, sind zunehmend anfällig gegenüber dem Wetter. Seit Jahrzehnten untersuchen Wissenschaftler, wie der Klimawandel Kraftwerke beeinflusst, und sorgen sich, dass steigende Temperaturen die Effizienz von Solarmodulen verringern könnten oder dass Dürren die Wasserstände senken könnten, die für Wasserkraftwerke benötigt werden. Ein entscheidendes Puzzleteil wurde jedoch oft übersehen: die Übertragungsleitungen selbst. Dies sind die massiven Hochspannungskabel, die Tausende von Kilometern weit reichen und abgelegene Windparks und Solarfelder mit den Städten verbinden, in denen Menschen leben und arbeiten. Während sich der Planet erwärmt, wird das Wetter extremer und unvorhersehbarer, was die Gefahr birgt, diese Leitungen zu zerreißen oder umzuwerfen. Die Gefahr besteht nicht nur darin, dass ein einzelner Sturm eine einzelne Stadt trifft; es ist vielmehr, dass verschiedene Arten von Katastrophen – wie Waldbrände, gefrierender Regen und schwere Hurrikane – beginnen, am selben Ort und zur gleichen Zeit aufzutreten, was einen „perfekten Sturm“ erzeugt, der das gesamte Stromnetz überfordern könnte.
Ein Team von Forschern aus Universitäten in China, den USA und dem Vereinigten Königreich hat einen neuen Weg gefunden, um dieses Problem zu betrachten. Sie erstellten ein massives digitales Modell, das Klimadaten mit den physikalischen Details von über 500.000 Übertragungsleitungen weltweit verknüpft. Anstatt Gefahren einzeln zu betrachten, simuliert ihr Modell, wie diese verschiedenen Gefahren interagieren. Sie stellten eine einfache, aber dringliche Frage: Wenn sich das Klima weiter verändert, wie wahrscheinlich ist es, dass diese Leitungen ausfallen, und was passiert mit den Menschen, die auf sie angewiesen sind, wenn dies geschieht? Die Forscher führten tausende Computersimulationen durch, um zu sehen, wie wahrscheinlich es ist, dass Leitungen unter der Belastung von Feuer, Eis und Wind brechen, und verfolgten dann, wie diese Brüche durch das Netzwerk kaskadieren würden, sodass Kunden ohne Strom dastehen.
Die Ergebnisse offenbaren eine ernüchternde Realität. Bis zur Mitte dieses Jahrhunderts prognostizieren die Forscher, dass zwischen 60 und 73 Prozent aller Übertragungsleitungen weltweit einem signifikanten Ausfallrisiko durch mindestens eine dieser Klimagefahren ausgesetzt sein werden. Dieses Risiko ist nicht gleichmäßig verteilt; es konzentriert sich auf bestimmte Gebiete und bestimmte Arten von Leitungen. In einigen Regionen sind die Leitungen am stärksten durch gefrierenden Regen bedroht, der die Drähte mit schwerem Eis überzieht. In anderen kommt die Gefahr von tropischen Zyklonen, oder an vielen Orten von Waldbränden, die den Boden unter den Masten versengen oder die Leitungen selbst entzünden können. Was die Situation besonders gefährlich macht, ist, dass diese Gefahren beginnen, sich zu überschneiden. Unter einem Szenario mit hohen Emissionen wird erwartet, dass sich die Zahl der Leitungen, die gleichzeitig mehreren verschiedenen Gefahren ausgesetzt sind, fast verdoppelt – von etwa 43.000 Leitungen im Jahr 2030 auf 82.000 bis zur Mitte des Jahrhunderts. Das bedeutet, dass ein einzelner Abschnitt des Netzes von einer Abfolge von Katastrophen getroffen werden kann, wie etwa einem Waldbrand, gefolgt von einem Hurrikan in kurzer Folge, wodurch die Infrastruktur keine Zeit zur Erholung hat.
Die Studie verdeutlicht auch, wie sich diese physischen Brüche in menschliches Leid übersetzen. Die Forscher fanden heraus, dass der Einfluss bei einem Leitungsbruch nicht zufällig ist. Eine sehr kleine Anzahl kritischer Leitungen kann, wenn sie ausfallen, Stromengpässe für Millionen von Menschen verursachen. In den Simulationen für Entwicklungsregionen wie China, Brasilien und das südliche Afrika war der Ausfall von nur einem Prozent der wichtigsten Leitungen für mehr als die Hälfte aller erwarteten Stromausfälle verantwortlich. Darüber hinaus ist das Problem oft nicht ein einzelner gebrochener Draht, sondern der gleichzeitige Ausfall von zwei oder mehr Leitungen. Die Forscher fanden heraus, dass es weitaus wahrscheinlicher ist, das System zu überfordern, wenn mehrere Leitungen gleichzeitig ausfallen. In den von ihnen untersuchten Netzen waren diese gleichzeitigen Ausfälle für fast alle Kunden verantwortlich, die den Strom verloren, was zwischen 89 und 97 Prozent der Gesamtauswirkungen ausmachte.
Die Art der Leitung, die die meisten Probleme verursacht, hängt vom lokalen Netzwerk ab. In einigen Gebieten sind die Hochspannungsleitungen, die Strom über lange Strecken transportieren, am kritischsten; wenn sie brechen, ist der Schaden massiv. An anderen Orten sind es die Mittelspannungsleitungen, die die Stadtteile mit dem Hauptnetz verbinden, die Schwachstellen sind. Die Forscher entdeckten, dass in Brasilien eine einzige Leitung, die auf einer mittleren Spannungsebene arbeitet, in einem typischen Jahr für den Ausfall bei mehr als 220.000 Kunden verantwortlich war. Dies zeigt, dass die gefährlichsten Leitungen nicht immer die größten sind, sondern jene, die als einzige Brücke zwischen einer Stromquelle und den Menschen fungieren, die sie benötigen. Die Studie stellte zudem fest, dass die Senkung der Emissionen zwar einige Risiken verringern kann, diese aber nicht eliminiert. Selbst in einem Szenario, in dem die Welt die Erwärmung signifikant begrenzt, wird ein großer Teil des Stromnetzes weiterhin ernsthaften Bedrohungen ausgesetzt, insbesondere durch Waldbrände, die in vielen Teilen der Welt als dominanter Risikofaktor erwartet werden.
Diese Erkenntnisse legen nahe, dass sich die Art und Weise, wie wir unsere Stromsysteme schützen, ändern muss. Lange Zeit haben Ingenieure die Infrastruktur darauf ausgelegt, spezifische, isolierte Ereignisse zu überstehen, wie etwa einen „Hundertjahressturm“ oder eine bestimmte Eislast. Doch die neue Forschung zeigt, dass dieser Ansatz nicht mehr ausreicht. Da sich das Klima verändert, verschieben sich die Regeln, und Gefahren, die einst selten oder getrennt auftraten, kombinieren sich nun auf eine Weise, die traditionelle Designs nicht bewältigen können. Die Forscher argumentieren, dass wir aufhören müssen, nur an den Schutz einzelner Masten oder Drähte zu denken, und statfangen müssen, über die Resilienz des gesamten Netzwerks nachzudenken. Das bedeutet, die kritischsten Korridore, die verschiedene Regionen verbinden, zu verstärken, die Orte der Stromerzeugung zu diversifizieren, damit eine Katastrophe an einem Ort nicht alle im Dunkeln lässt, und für die Möglichkeit zu planen, dass mehrere Katastrophen in schneller Folge eintreten könnten. Das Ziel ist es, ein System zu bauen, das sich biegen kann, ohne zu brechen, um sicherzustellen, dass bei klimatischer Veränderung das Licht an bleibt.
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