State of the Art der Forschung zur Verwundbarkeit kritischer Infrastrukturen am Beispiel Strom, Stromausfall

2010·8 MB·German

by  Jörn Birkmann, Claudia Bach, Silvie Guhl, Maximilian Witting, Torsten Welle, Miron Schmude

Schriftenreihe
ForschungsforumÖffentlicheSicherheit
State of the Art der Forschung
zur Verwundbarkeit Kritischer
am
Infrastrukturen Beispiel
Strom/Stromausfall
J.Birkmann,C.Bach,S.Guhl,
M.Witting,T.Welle,M.Schmude
Forschungsforum FreieUniversität
ÖffentlicheSicherheit
FreieUniversitätQn£# viBerlin
Forschungsforum
ÖffentlicheSicherheit
State of the Art der Forschung
zur Verwundbarkeit Kritischer
am
Infrastrukturen Beispiel
Strom/Stromaustall
J.Birkmann,C.Bach, S.Guhl,
M.Witting,T.Welle, M.Schmude

ForschungsforumÖffentlicheSicherheit
SchriftenreiheSicherheitNr.2
Oktober2010
ISBN:978-3-929619-63-8
Anschrift: Tel: [phone]
FreieUniversitätBerlin Fax:[phone]
Fabeckstr.15 www.schriftenreihe-sicherheit.de
14195Berlin [email protected]
ÜberdieAutoren
Priv.-Doz.Dr.JörnBirkmann
JörnBirkmannistLeiterderSektion.VulnerabilityAssessment,RiskManagement&Adaptive
Planning" bei UNU-EHS. Außerdem ist er Leitautor im Rahmen des fünften IPCC
Sachstandsberichts.
ClaudiaBach
ClaudiaBach studierte anderLeibniz Universität Hannover European Studiesundistals
ResearchAssociateimKIBEX-ProjektbeiUNU-EHStätig.
SilvieGuhl
SilvieGuhlstudierteanderRheinischenFriedrich-Wilhelms-UniversitätBonnGeographieund
istalsResearchAssociatebeiUNU-EHStätig.
MaximilianWitting
MaximilianWittingstudiertseit2005anderRheinischenFriedrich-Wilhelms-UniversitätBonn
GeographieundistbeiUNU-EHSalsstudentischeHilfskrafteingestellt.
Dr.TorstenWelle
TorstenWellestudierteanderRheinischenFriedrich-Wilhelms-UniversitätBonnGeographie
undpromovierteimFachGeographieanderUniversitätBonn.EristalsAssociateAcademic
OfficerbeiUNU-EHStätig.
MironSchmude
Miron Schmude studiertseit2005 ander Rheinischen Friedrich-Wilhelms-UniversitätBonn
GeographieundistbeiUNU-EHSalsPraktikanteingestellt.
KontaktzumAutor:
UnitedNationsUniversity Tel: [phone]
InstituteforEnvironmentandHuman Tel: [phone]
Security(UNU-EHS) Fax:[phone]
PDDr.JörnBirkmann E-Mail:[email protected]
ClaudiaBach E-Mail:[email protected]
LangerEugen-UNCampus
Hermann-Ehlers-Strasse10
53113Bonn
3
4
Inhaltsverzeichnis
1Einleitung 13
2DieEntwicklungderStromversorgunginDeutschlandalsBeispieleinerKritischen
Inlraslruklur 19
3DasKonzeptderVerwundbarkeit 25
3.1Definitionen 25
3.2KonzeptederVerwundbarkeit 26
3.21DasBBC-Framework 28
3.2.2VerwundbarkeitsmodellfürgekoppelteMensch-Umwelt-Systemenach
Turner 3Ü
3.3KonzeptezurVerwundbarkeitKritischerInfrastrukturen 32
3.3.1VerwundbarkeitsbemessungnachHolmgren 33
3.3.2VcrwundbarkeitsanalyscnachKrings 34
3.3.3VerwundbarkeitsabschätzungnachBaker 36
4VerwundbarkeitderElektrizitätsversorgung 39
4.1Exposition 39
4.1.1Naturgefahren 39
4.1.2KriminelleHandlungen 47
4.1.3ÜbersichteinigerStromausfälle 55
4.1.4ZwischenfazitExposition 61
4.2Anfälligkeit 64
4.3Bewältigungskapazität 73
5VerwundbarkeitdesSystems„KRITIS-Mensch" 81
5.1AbhängigkeitandererKRIT1SvonderElektrizitätsversorgung 81
5.2AbhängigkeitderBevölkerungvonKritischerElektrizitätsinfrastruktur 83
5.3ErfassungderKomplexität 87
5
5.4AnalysederAusfällederVergangenheit 91
5.5ZwischenfazitdesSystems„KRIIIS-Mensch" 94
6StaatlicheundprivatwirtschaftlicheHandlungsmöglichkeitenzurFörderungder
ResilienzKritischerInfrastrukturen 95
6.1Exposition 95
6.1.1ExpositiongegenüberNaturgefahren 95
6.1.2ExpositiongegenüberkriminellenHandlungen 96
6.2Anfälligkeit 100
(>21 InstitutionelleFrikrnren L3Q
6.2.2SystemischeFaktoren 102
6.2.3TechnologischeFaktoren 102
6.2.4MenschlieheFaktoren 103
6.3Bewältigungskapazität 104
63.1 Prävention 104
63?Reaktion 104
6.3.3MöglichkeitendurcherneuerbareEnergien 105
6.4RiskGovernance 112
7Fn7it J_LÄ
Anhang1:DimensionenderWirkzusammenhängenachRinaldietal.(2001) 123
8Literaturverzeichnis 127
5
Abbildungsverzeichnis
Abbildung1:AnzahldergroßenNaturkatastrophen1950-2008 15
Abbildung2:RegelzonenDeutscherÜbertragungsnetzbetreiber.1997undheute 19
Abbildung3:BruttoStromerzeugungnachEnergieträgerninDeutschland2009 20
Abbildung4:StromnetzinEuropaim20.Jahrhundert 22
Abbildung5:BBCRahmenkonzept 29
Abbildung6:GekoppeltesMensch-Umwelt-SystemnachTurner 31
Abbildung7:SchematischeDarstellungzurErfassungderVerwundbarkeitvon
KRITIS-Komponenten 35
Abbildung8:VcrwundbarkeitsabschätzungnachBaker 37
Abbildung9:NaturräumlicheGliederungDeutschlands 44
Abbildung10:StrommastenknickenumwieStreichhölzer 46
Abbildung11:RisikokarteDeutschland:Kernkraftwerke 49
Abbildung12:INES-InternationalNuclearEventScale 50
Abbildung13:UnterschiedlicheKonfliktformenimInternet 52
Abbildung 14:SchematischeTeilungdesUCTENetzesindreiGebiete 60
Abbildung15:ÜhertragbarkeitderUrsachenfürStromausfälleindasKonzeptder
Vulnerabilität 65.
Abbildung16:GrenzüberschreilendeEnergieflüsseinEuropainGWh 66
Abbildung17:OrganisationsstrukturdesElektrizitätssystemsvorderLiberalisierung.67
Abbildung18:OrganisationsstruktureinesliberalisiertenElektrizitätssystcms
(dezentralisiertesModell) 68
Abbildung19:IndikatorenderBewältigungskapazität 73
Abbildung20:Redundanz 75
Abbildung21:DiedezentraleElektrizitätsversorgung-Elementeeinesvernetzten
Systems 79
7
Abbildung22:InteraktionsschemazuUmweltbcdingungcn.BevölkerungundKR1TIS
unterdemfiinflussdesKlimawandels 81
Abbildung23:AuswirkungeneinesStromausfallsaufandereKRITIS 82
Abbildung24:MöglicheAuswirkungeneinesStromausfalls 83
Abbildung25:BedeutungderStaimversorgung 84
Abbildung26:Inlerdenenden/.envonBasis-,sozioökonomischenundso/.iokulturellen
Infrastrukturen 87
Abbildung27:DimensionenderInterdependenzenKritischerInfrastrukturen 88
Abbildung28:StörungenmitVersorgungsunterbrechungenimMittelspannungsnetz..92
Abbildung29:UrsächlicheKomponentenfürStromausfälle 93
Abbildung30:BruttostromerzeugungnachEnergieträgerninDeutschland 106
Abbildung31:StrukturderStromerzeugungauserneuerbarenEnergieninDeutschland
imJahr2009 108
Abbildung32:SmartGrids I10
Abbildung33:Vonderheutigen,zentralisiertenStromversorgungzueinemvernetzten
StromnetzmitzentralenunddezentralenProduktionsanlagen 111
Abbildung34:SiebenSchritteeinerRisiko-Kette:DasBeispielAtomenergie 113
Abbildung35:IRGCRiskGovernanceFramework 114
Abbildung36:RiskManagementundRisikosteuerung 117
8
Tabellenverzeichnis
Tabelle1:ElementederöffentlichenStromversorgung 23
Tabelle 2: Komponenten der Verwundbarkeit Kritischer Infrastrukturen und ausge-
wählteBeispiele 38
Tabelle3: ÜbersichtübermöglicheNaturgefahrenund ihreräumlichesowiezeitliche
Komponente 40
Tabelle4:ÜberblickausgewählterStromausfälle 56
Tabelle 5: Gesamtübersicht der mittleren NichtVerfügbarkeitje Netzkunde und Jahr
(SAIDI) 91
Tabelle6:RisikocharakteristikaundihreAuswirkungenaufdasRiskManagement..115