Immer mehr elektrische Geräte werden mit einer Cloud verbunden und über das Internet gesteuert. Das hat viele Vorteile, birgt aber auch Risiken. Denn jede Internetverbindung kann von Cyberangriffen betroffen sein. Zudem kann es zu enormen Leistungsspitzen kommen, wenn viele Elektrogeräte gleichzeitig eingeschaltet werden. Fallen zahlreiche Geräte auf einen Schlag aus, belastet dies das Stromnetz ebenfalls stark. Stromnetzbetreiber müssen dann umgehend Massnahmen ergreifen, um das Netz im Gleichgewicht zu halten. Dazu können sie zusätzliche Energiequellen aktivieren oder Kraftwerke deaktivieren.

Im Rahmen von umfangreichen Forschungsarbeiten untersuchte die Forschungsgruppe Elektrische Energiesysteme und Smart Grids des IEFE, wie sich der Ausfall einer grossen Anzahl von Geräten auf die Frequenzstabilität des Stromnetzes in Europa auswirkt. Dafür habe die Forschenden – mit der Unterstützung von Swissgrid und in Zusammenarbeit mit dem RISE Research Institutes of Sweden und Tiko Energy Solutions –umfassende Simulationen, Messsungen und Tests im Labor durchgeführt. Dabei wurde mit den Geräten der Firma Tiko AG getestet, ob mit automatischen Netztrennungen und dem schnellen Wiedereinschalten der Verbindungen griffige Massnahmen bereitstehen, um das Netz zu entlasten und zu stabilisieren.

Die Forschungsergebnisse zeigen, dass das Stromnetz im Normalbetrieb stabil ist, auch wenn einige Geräte ausfallen. Obwohl das System eine gewisse Trägheit aufweist, kann es Schwankungen bis zu einem gewissen Grad ausgleichen. Ernsthafte Probleme können bei grösseren Ausfällen auftreten. Die Schwankungen der Netzfrequenz können dann so stark sein, dass die vorhandenen Leistungsreserven nicht ausreichen, um die Stabilität zu gewährleisten. Mit einer grossen Anzahl von Geräten, die aus der Cloud gesteuert werden, steigt die Gefahr, dass solche Ausfälle häufiger auftreten und schwerwiegender sind. Das Risiko von Stromausfällen und Instabilität im Netz nimmt zu.

Um diesen Herausforderungen zu begegnen, empfehlen die Forscherinnen und Forscher, die Frequenzabweichungen im Stromnetz besser zu überwachen. Damit können solche Störungen schneller festgestellt und umgehend Massnahmen ergriffen werden. Werden Cyberangriffe frühzeitig erkannt und mit konkreten Massnahmen – wie zum Beispiel mit einem gezielten Lastabwurf oder einer gezielten Lastzuschaltung – korrigiert, kann die Netzstabilität gewährleistet werden.

Projektname: IMPALA – Auswirkungen aggregierter elektrischer Anlagen auf die Stabilität des elektrischen Energiesystems

Beteiligte
Projektleiter: Petr Korba
Projektteam: Miguel Ramirez Gonzales
Drittmittelgeber: Bundesamt für Energie (BFE), Michael Moser
Projektpartner: Swissgrid AG, RISE Research Institutes of Sweden, Tiko Energy Solutions AG

Projektdauer: 2021 bis April 2024

Publikationen: Schlussbericht IMPALA