GRASB - Bundesamt für Bevölkerungsschutz und Katastrophenhilfe ...

GRASB
SZENARIENORIENTIERTE GRUNDLAGEN UND INNOVATIVE METHODEN ZUR REDUZIERUNG DES
AUSFALLRISIKOS DER STROMVERSORGUNG UNTER BERÜCKSICHTIGUNG DER
AUSWIRKUNGEN AUF DIE BEVÖLKERUNG
Ein Kurzüberblick zur Abschlussveranstaltung am 03.12.2012

Abbildung 1: Strommast. © by DVV mbH.
Das Forschungsprojekt GRASB
Das Verbundprojekt „Szenarienorientierte Grundlagen und innovative Methoden zur
Reduzierung des Ausfallrisikos der Stromversorgung unter Berücksichtigung der
Auswirkungen auf die Bevölkerung“ GRASB ist ein Projekt im Rahmen des Programms
"Forschung für die zivile Sicherheit" und wird durch das Bundesministerium für Bildung und
Forschung gefördert. Vorrangiges Ziel von GRASB ist es, aktuelle und zukünftige Risiken
eines länger anhaltenden, großflächigen Stromausfalls zu reduzieren. Dafür wurden
insbesondere die sich verändernden Gefahren sowie wirtschaftliche, politische und
technologische Rahmenbedingungen betrachtet. Die erarbeiteten Methoden und Grundlagen
eines Risikomanagementkonzepts versetzen die Stromversorger in die Lage, die Risiken der
kritischen Bereiche hinsichtlich der in Szenarien dargestellten Gefahren abzuschätzen und
zu minimieren. Damit wird die Bevölkerung geschützt und ein Beitrag zur Verbesserung der
zivilen Sicherheit geleistet.
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Abbildung 2: Partner im Verbundprojekt GRASB.
Das Forschungsvorhaben GRASB mit einer Gesamtdauer von drei Jahren wurde von den
vier Verbundpartnern
� TÜV Rheinland Consulting GmbH, TRC (Koordination),
� Bundesamt für Bevölkerungsschutz und Katastrophenhilfe, BBK,
� Wölfel, Beratende Ingenieure GmbH + Co KG, WBI, und der
� Fachhochschule Köln, FH Köln
durchgeführt. Den notwendigen fachlichen Input sowie wichtige Beiträge zur
Qualitätskontrolle lieferten folgende assoziierte Partner:
� E.ON Energie AG,
� Stadtwerke Duisburg Netzgesellschaft mbH sowie
� RheinEnergie AG.
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Abbildung 3: Umgeknickter Strommast im Münsterland 2005. © by THW.
Hintergrund
Die Stromversorgung in Deutschland weist ein hohes Sicherheitsniveau auf. Auch wenn das
Risiko eines großflächigen und lang anhaltenden Stromausfalls gering ist, kann ein solcher
Blackout nicht ausgeschlossen werden. Dabei gehen langanhaltende und großräumige
Stromausfälle in der Regel mit einer physischen Zerstörung von Versorgungsinfrastruktur
einher.
Äußere Einwirkungen, die die Versorgungssicherheit gefährden können, nehmen in vielerlei
Hinsicht zu. Als Beispiele seien Wetterextreme aufgrund des Klimawandels,
Gesundheitsgefahren aufgrund hoher Mobilität und Gefahren aus dem Cyberraum genannt.
Diese und viele weitere Gefahren sollten in der Stromversorgung – auch in
Kombination – berücksichtigt werden. Um solchen komplexen Gefahrensituationen zu
begegnen, können eine regelmäßig durchgeführte strukturierte Risikoabschätzung
sowie gegebenenfalls zusätzliche Schutzmaßnahmen für neuralgische Punkte
erforderlich sein. GRASB bietet Werkzeuge zu einer solchen regelmäßigen und
strukturierten Risikoabschätzung.
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Derzeitige Veränderungen der Rahmenbedingungen machen diesen Prozess der
systematischen Risikoerfassung und -bewertung noch wichtiger.
Die Liberalisierung des Strommarktes sowie die umwelt- und klimapolitischen Ziele bedingen
eine umfassende Umstrukturierung unserer Energieversorgung. Beschleunigt werden diese
Entwicklungen durch die „Energiewende“, die festgehalten ist in den Beschlüssen des
Bundeskabinetts vom 06.06.2011. Die Maßnahmen der Energiewende sind eine
Konsequenz aus der Reaktorkatastrophe von Fukushima. Deutschland wird bis zum Jahr
2022 auf die wirtschaftliche Nutzung der Kernkraft verzichten. Damit muss unsere
Energieversorgung noch schneller als bis dahin vorgesehen umgebaut werden.
Wir verändern unsere Energieversorgung von ehemals geschlossenen
Versorgungseinheiten hin zu einem liberalisierten System mit überregionalen
Transportaufgaben und einer Erzeugung aus erneuerbaren Energien. Dieser Wandel wird
aktuell vollzogen und zeigt sich zum Beispiel durch einen veränderten Erzeugungspark und
neue Erzeugungsstandorte. Im Rahmen dieser Systemtransformation werden umfassende
Maßnahmen für die Versorgungssicherheit definiert und umgesetzt. Netzausbau und die
Entwicklung von Speichertechnologien – zwei Stützen der Transformation – werden forciert.
Die Regelung der heutigen Spitzen- und Niedriglastsituationen ist jedoch schwierig. Die
Anzahl der steuernden Eingriffe ist entsprechend stark angewachsen. Die Netze sind
ausgelastet; Widerstandsfähigkeit und Robustheit der Stromversorgung sind herabgesetzt
und werden mittelfristig – bis die Transformation unseres Systems vollzogen ist – in diesem
Zustand bleiben.
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Abbildung 4: Gasisolierte 110 kV Schaltanlage. © by DVV mbH.
Kurzbeschreibung der GRASB- Methode
Vor diesem Hintergrund wurden im Projekt GRASB, unter Berücksichtigung der bereits
bestehenden Schutzkonzepte bei den an der Stromversorgung beteiligten Unternehmen,
möglichen Ausfallszenarien und Analysemethoden entwickelt.
Im Folgenden werden die einzelnen Bestandteile der Risikoanalyse nach GRASB
sowie das Kommunikationskonzept kurz vorgestellt. Dabei kann die Risikoanalyse
nach GRASB als Ganzes durchgeführt werden. Es können aber auch einzelne
Bestandteile für die individuelle Anwendung genutzt werden. Zusätzlich wurden zu
einzelnen Methodenbestandteilen konkrete Ergebnisse erstellt, die direkt für eine
Risikoanalyse genutzt werden können.
Abbildung 5 stellt das Forschungsprojekt GRASB, sowie die darin entwickelte Methode
schematisch dar.
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Abbildung 5: Überblick über die Systematik des Risikomanagements nach GRASB.
Kernbestandteile des Verfahrens nach GRASB sind:
Die Ermittlung der relevanten Gefahren bzw. Gefahrenkombinationen und der von den
Gefahren ausgehenden Wirkungen (Gefahrenanalyse),
Die Identifizierung und Klassifizierung der für die Stromversorgung kritischen
Prozesse (Kritikalitätsanalyse)
Die Untersuchung der zugeordneten Verwundbarkeiten und Resilienzen der
betrachteten Systeme (Barrieren)
Zudem wurde im Projekt GRASB geprüft, inwieweit die entwickelte Methode auch vor
dem Hintergrund dynamischer Rahmenbedingungen Bestand hat. Darüber hinaus
wurden im Projekt organisatorische und technische Vorraussetzungen einer
Krisenkommunikation der Betreiber untersucht.
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Gefahrenerfassung und Szenarienbildung
In diesem Methodenbestandteil wurde eine Systematik zur Gefahrenerfassung und
Szenarienbildung erarbeitet. Zudem wurde eine Gefahrenkarte erstellt, die von den
Betreibern als Grundlage für ihre Arbeit genutzt werden kann.
Gefahrenerfassung:
Zur Begrenzung und Vereinfachung des Analyseaufwandes wurden für die
Gefahrenerfassung so genannte Wirkungsklassen bzw. Wirkungsmechanismen eingeführt.
Alle Gefahren werden letztendlich hinsichtlich ihrer Wirkungen auf eine begrenzte Anzahl
von Wirkungsmechanismen, z. B. Druck, Temperatur, Schwingungen, abgebildet.
Von einer Gefahr kann dabei mehr als ein Wirkungsmechanismus ausgehen und eine
Struktur kann gegenüber mehr als einem Wirkungsmechanismus vulnerabel sein. Die
weiteren Arbeitsschritte orientieren sich dann an diesen Wirkungsmechanismen.
Bildung von Gefahrenkombinationen:
Es wird von der These ausgegangen, dass einzelne Gefahren, die zu einem Stromausfall mit
Auswirkungen auf die Bevölkerung führen könnten, zumeist von den
Energieversorgungsunternehmen beherrscht werden. Die Analyse vergangener
Stromausfälle zeigt auf, dass ihre Ursache oft auf eine Kombination oder Verkettung
mehrerer Ereignisse (Gefahren) zurückführbar ist. Ziel von GRASB war es entsprechend,
eine Methode zu entwickeln, die eine Risikoanalyse für eine Gefahrenkombination
ermöglicht.
Die szenarienbasierte Risikoanalyse erfolgt dann unter Berücksichtigung der vorab
beschriebenen Wirkmechanismen.
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Abbildung 6: Unsere Gesellschaft ist in vielerlei Hinsicht abhängig
von einer sicheren Stromversorgung.© by BBK.
Systemerfassung und Kritikalitätsanalyse
Die Erfassung des Systems bis zur vierten Prozessebene und ein Tool zur
Durchführung einer Kritikalitätsanalyse der Geschäftsprozesse sind Ergebnisse
dieses Methodenbausteines.
Betreiber können das Excel-basierte Werkzeug nutzen, um eigene Werte einzutragen
und so die für sie kritischen Prozesse in ihrer Einrichtung zu identifizieren.
Kritikalitätsanalyse
Die Kritikalitätsanalyse
� ist ein Voruntersuchung im Rahmen der Risikoanalyse,
� identifiziert relevante Bereiche,
� ordnet die untersuchten Bereiche aufgrund ihrer Kritikalität relativ zueinander, und
� nimmt auf dieser Basis eine Priorisierung für die Risikoermittlung vor.
Kritikalität wird dabei als „ein relatives Maß für die Bedeutsamkeit einer Infrastruktur in Bezug
auf die Konsequenzen, die eine Störung oder ein Funktionsausfall für die
Versorgungssicherheit mit wichtigen Gütern und Dienstleistungen hat, verstanden.
Exemplarisch wurde in GRASB eine Kritikalitätsermittlung für die Elektrizitätsversorgung in
Deutschland auf der Basis der Kriterien "Auswirkung" und "Zeit" durchgeführt.
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Verwundbarkeit
Die Untersuchung der Verwundbarkeit ausgewählter Systembestandteile oder
Prozesse war ein Hauptbestandteil im Projekt GRASB. Alle Partner arbeiteten zu
verschiedenen Verwundbarkeitsaspekten.
Methodische Hilfestellungen zur Analyse definierter Verwundbarkeiten sind ebenso
Ergebnis dieses Methodenbausteins wie konkrete Aussagen über Verwundbarkeiten
ausgewählter Prozesse und die beispielhafte Simulation von Barrierewirkungen
mittels neuartiger Berechnungsverfahren.
Verwundbarkeitsanalysen:
Die Verwundbarkeit kritischer Infrastrukturen wird durch interne und externe Abhängigkeiten,
Robustheit und vorhandenes Schutzniveau, Pufferkapazität und Anpassungsfähigkeit auf der
Seite der Funktionsanfälligkeit, Redundanz und Substituierbarkeit, sowie Transparenz und
Wiederherstellungsaufwand auf der Seite der Bewältigungskapazität bestimmt. Diese
Kriterien gehen in die GRASB-Methode in Form von „Barrieren“ ein. Barrieren sind
Maßnahmen zur Reduzierung der Verwundbarkeit bzw. zur Erhöhung der Resilienz und
stehen in der GRASB-Methode zwischen der Einwirkung eines Gefahrenszenarios und dem
Ausfall eines kritischen Prozesses (Funktionsanfälligkeit) oder zwischen dem Ausfall dieses
Prozesses und dem Eintritt eines langandauernden großflächigen Stromausfalles
(Bewältigungskapazität).
Damit zeigt der in GRASB verfolgte Ansatz lösungsorientiert konkrete Punkte für zu
ergreifende Schutzmaßnahmen auf.
Im Projekt GRASB wurden folgende ausgewählten Schwerpunkte zur Verwundbarkeit
genauer untersucht:
� Personalgefahren
� Outsourcing
� Informationstechnologie
� Netzsteuerung
� Systematische Fehler
� Schwarzstartfähigkeit
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Abbildung 7: Simulationsmodell
eines Isolators zur
Schadensaufklärung und
zur erdbebensicheren
Auslegung des Nachfolgemodells,
© by WBI.
Abbildung 8: Erdbebenschaden in einer Schaltanlage in Peru ©
by WBI.
Abbildung 9: Erdbebenschaden in einer Schaltanlage in Peru ©
by WBI.
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Risikoermittlung und Risikobewertung
An die Szenarienentwicklung, die Kritikalitätsermittlung und die Betrachtung der
Verwundbarkeit schließt die Risikoermittlung und -bewertung an. Ziel dabei ist, bei
einer Vielzahl möglicher Ereignisse zu entscheiden, in welchen Bereichen
Handlungsbedarf zur Reduzierung des Stromausfallrisikos besteht.
Sofern Zahlen zu Eintrittswahrscheinlichkeiten und erwartetem Schadensausmaß vorliegen,
lassen sich konkrete Werte berechnen, anhand derer unterschiedliche Ereignisse
gegeneinander abgewogen werden können. Dies ist aber voraussichtlich nur in sehr wenigen
Einzelfällen gegeben, so dass in der Regel eine qualitative Abschätzung durch Experten auf
Basis der bekannten Risikomatrix möglich ist.
Das in GRASB konzipierte Analyseverfahren orientiert sich am Risikomanagement-
Werkzeug Bow-Tie (DIN 31010).
Die Bow-Tie-Analyse liefert einen Überblick über die Risikopfade und legt den Fokus auf
vorhandene und mögliche Barrieren, die ein bestimmtes Ereignis verhindern oder seine
Auswirkungen abschwächen können.
Die Bow-Tie-Analyse als visuelle Methode ist ein Managementwerkzeug. Mit ihr können die
Zusammenhänge zwischen den einwirkenden Gefahrenszenarien, den kritischen Prozessen
und den potenziellen Auswirkungen (z. B. langanhaltender großflächiger Stromausfall)
veranschaulicht werden. Auf Basis der Ergebnisse und des folgenden Abwägungsprozesses,
trifft das Management Entscheidungen über notwendige Maßnahmen.
In einem kontinuierlichen Prozess sollen identifizierte Maßnahmen umgesetzt und die
Analyse immer wieder durchlaufen werden, sodass auch bei sich ändernden
Rahmenbedingungen immer ein ausreichender Schutz erreicht wird.
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Abbildung 10: Pumpspeicherkraftwerke sind bedeutsam
Netzwiederaufbau. © by E.ON Energie.
Kommunikationskonzept
Die in GRASB entwickelte Systematik wird um ein Kommunikationskonzept für die Risikound
Krisenkommunikation ergänzt. Damit wird der herausragenden Bedeutung von
Kommunikation im Vorfeld von Ereignissen sowie im Krisenfall Rechnung getragen.
Ausgehend von der Analyse des Ist- Zustandes werden sowohl für die Risikokommunikation
als auch den Krisenfall konkrete grundlegende Anforderungen an die
Kommunikationstechnik (Kommunikationsmittel) gestellt. Die Anforderungen betreffen
sowohl die interne Kommunikation zwischen den beteiligten Betreibern und innerhalb der
Gefahrenabwehrbehörden als auch die Information der Bevölkerung im Krisenfall.
In Abhängigkeit von der Dauer des Stromausfalls wird ein dreistufiges Vorgehen (kurzmittel-
und langfristig ) vorgeschlagen, wobei jeweils unterschiedliche technische Lösungen
z. B, Internet, Sozial Media, Funk und Radio, Boten, in Frage kommen.
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im

Zusammenfassung und Ausblick
Mit der im Vorhaben GRASB entwickelten Systematik soll das bestehende
Risikomanagement der Stromversorger mit dem Ziel ergänzt werden, das Risiko eines
langanhaltenden, großflächigen Ausfalls der Stromversorgung, aufgrund von
Prozessstörungen oder -unterbrechungen zu untersuchen.
Die Notwendigkeit weiterer Schutzmaßnahmen ist zu identifizieren. Diese Systematik liefert
auch vor dem Hintergrund eines sich hochdynamisch verändernden Systems der
Energieversorgung zuverlässige Analyseergebnisse und bildet eine Basis für weitere
Teilanalysen.
Die im Rahmen des Vorhabens entwickelte Systematik zur Identifizierung und Bewertung
von Szenarien im Hinblick auf einen Stromausfall wird in Kürze in einem abschließenden
Gesamtbericht aller beteiligten Partner veröffentlicht. Ergänzend dazu werden gemäß der
Beauftragung separate Einzelberichte zu den
jeweiligen Arbeitspaketen der Verbundpartner mit
Abschluss des Vorhabens an den Projektträger
übermittelt.
Abbildung 11: Verbundtreffen GRASB.
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Abbildung 12: Fernwärmetunnel der RheinEnergie
AG. GRASB-Beteiligte bei einer Besichtigung.

Ansprechpartner GRASB
Ansprechpartner für diesen Kurzüberblick
Kathrin Stolzenburg kathrin.stolzenburg@bbk.bund.de
0228 99 550-3406
Christine Eismann christine.eismann@bbk.bund.de
0228 99 550-3402
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