12/05/2014 - Die größten Stromnetze sind nicht die besten

Menéame

Es gibt eine Optimale Größe für Stromnetze wenn das Risiko eines Stromausfalls berücksichtigt wird. Das schließt mit einer wissenschaftlichen Studie, die von Forschern der Universität Carlos III. Madrid (UC3M) analysiert die Dynamik dieser komplexen Infrastrukturen.

Im Jahre 1928 der britische Biologe und Genetiker John Haldane Er schrieb den Aufsatz "Über die richtige Größe," in dem es hieß: "Für jede Art von Tier gibt es eine optimale Größe und eine signifikante Veränderung der Größe führt unweigerlich zu einer Veränderung der Form." Die Anwendung des Haldane-Prinzips erstreckte sich auf Bereiche wie Physiologie oder Paläontologie und war der Ansicht, dass es auch mit sozialen Institutionen und Organisationen genutzt werden könnte. Und genau das haben diese Forscher jetzt mit so komplexen sozialen Infrastrukturen wie den Stromnetzen getan. In Anbetracht der Kommentare von Haldane fragen sie sich, ob die Erweiterung dieser Netze fortgesetzt werden soll oder ob es im Gegenteil eine optimale und für den ordnungsgemäßen Betrieb geeignete Größe gibt. Die Antwort lautet: Ja, nach den Ergebnissen des Leistungsübertragungsnetzes, das diese Wissenschaftler der UC3M in Zusammenarbeit mit Forschern der Universität Alaska Fairbanks und der Iowa State University in den Vereinigten Staaten in der kürzlich in der Zeitschrift Chaos veröffentlichten Studie verwendet haben.

Kurz gesagt: Größe spielt eine Rolle, wenn man das Risiko eines Stromausfalls berücksichtigt. "Das Risiko wird definiert als das Produkt der Wahrscheinlichkeit eines Fehlers, multipliziert mit den Kosten, die es verursacht," erklärt der Forscher Benjamin Rennen, Lehrstuhl für Exzellenz 2014 in der Physikabteilung der UC3M. "Wenn kleine Netze miteinander verbunden werden, werden viele lokale Stromausfälle vermieden, was die Kosten im Allgemeinen senkt; im Gegenteil, große Stromausfälle treten in großen Netzen auf und sind sehr selten, aber sie haben enorme Kosten, was die für ein solches Netz akzeptable Größe begrenzt," sagt Carreras, der ein wichtiges Problem in einem Kosten-Nutzen-Problem wie diesem aufzeigt: "Kurzfristige Vorteile sind vor allem für die Elektrizitätsunternehmen, aber es ist nicht ganz klar, wer die Kosten für die großen Stromausfälle bezahlt, so dass vielleicht kein großes Interesse an einer Änderung der Dinge besteht."

Um diese Schlussfolgerungen zu ziehen, haben die Forscher den Betrieb eines Stromnetzes simuliert und das Risiko eines Energieausfalls nach der Größe der Infrastruktur statistisch gemessen. Zu diesem Zweck haben sie eine Reihe von festen Bedingungen wie Zuverlässigkeit (die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls eines Bauteils), Verwaltung des Netzes (wie der erhöhte Strombedarf gesteuert wird) oder Umweltbedingungen (der Einfluss von Erdbeben, Stürmen usw.) beibehalten.

Zuverlässigkeit, Betrieb und Umwelt

Diese beiden ersten Faktoren sind nach Ansicht der Forscher die wichtigsten, auch wenn der Dritte zunehmend eine größere Rolle spielt. "In einer kürzlich durchgeführten Studie wurde festgestellt, dass die Zunahme von Netzausfällen aufgrund der Wetterbedingungen in den letzten Jahrzehnten systematisch war, wahrscheinlich aufgrund des Klimawandels. Wir sprechen von 80% Anstieg seit 2003," so Carreras. Obwohl alles vom Standpunkt abhängt, sind die durch Stürme verursachten lokalisierten Störungen nicht unbedingt schlecht, so der Forscher, denn wenn man sie repariert, kann man das globale Netz gegen allgemeine Störungen widerstandsfähiger machen.

In der Studie haben Forscher Parameter des amerikanischen Stromnetzes genommen, aber ihre Modelle und Ergebnisse sind für jede Art von Stromnetz extrapolierbar. Tatsächlich gibt es wichtige Parallelen zu anderen Infrastrukturen und sogar zu den Wirtschaftssystemen: "In letzteren werden die "Achsen" als "Krisen" bezeichnet, und die Krisengröße hat sich mit der Globalisierung erhöht, weshalb es sehr interessant wäre, diese Ideen auf Wirtschaftsmodelle anzuwenden," sagen sie. Ihre Schlussfolgerungen führen dazu, den Gedanken in Frage zu stellen, dass je größer, desto besser. Zumindest bei Stromnetzen.

Weitere Informationen:

Does size matter? B. A. Carreras. D. E. Newman. Ian Dobson. Chaos: An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science 24, 023104. Published online on April 8, 2014. doi: 10.1063/1.4868393 http://dx.doi.org/10.1063/1.4868393
 

E-Archiv der UC3M:http://hdl.handle.net/10016/18863

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