De robuustheid van stedelijke infrastructuren in crisissituaties hangt vooral af van een stabiele stroomvoorziening. Dit is met name een uitdaging bij het plannen van toekomstige slimme netten die toch te maken hebben met volatiele omstandigheden. Smart grids worden niet alleen gekenmerkt door de interactie van vele componenten, ze worden steeds meer automatisch aangestuurd en, dus, nog kwetsbaarder voor cyberaanvallen of natuurrampen. Onderzoekers van het Karlsruhe Institute of Technology (KIT) werken aan het specifiek en duurzaam verbeteren van de veerkracht van het elektriciteitsnet.

"Het vergroten van de controle over onze stroomvoorziening door informatie- en communicatietechnologieën resulteert in een grotere kwetsbaarheid, " legt Sadeeb Simon Ottenburger uit, wetenschapper van KIT's Institute for Nuclear and Energy Technologies (IKET). Uitwisseling van gegevens via parallelle informatie- en communicatiesystemen is een vereiste voor gedecentraliseerde, vraaggestuurd, en economisch efficiënte stroomvoorziening door toekomstige slimme netten. Door deze gegevens te manipuleren, hackers kunnen de vraagcijfers en andere waarden vandaag al veranderen en, dus, een vermeende overbelasting van het net veroorzaken of componenten uitschakelen die stroom moeten leveren. "In theorie, alles kan worden gehackt, ", zegt de expert. Een aanval in Oekraïne in december 2015 laat zien wat dit betekent. Het veroorzaakte een totale black-out.

Met het oog op mogelijke cyberaanvallen, maar ook andere crisissituaties, zoals aardbevingen of hevige regenval, Ottenburger werkt aan een preventieve strategie die al in de planningsfase rekening houdt met risico's en die naar verwachting zal worden geïmplementeerd in het energiemanagementsysteem. Deze strategie zou in realtime moeten werken en niet alleen in het geval van een black-out, maar ook onder omstandigheden van stroomtekort, zogenaamde brownouts. Het werk van de wiskundige richt zich op twee hefbomen. Ten eerste, de rastertopologie kan zo gekozen worden dat er vrijheidsgraden ontstaan. Het moet gebaseerd zijn op microgrids, dat wil zeggen veel kleine eilanden die onafhankelijk van elkaar stroom kunnen leveren. Als resultaat, het is mogelijk om kritieke infrastructuren te distribueren naar verschillende microgrids. Zo'n subrooster, bijvoorbeeld, zorgde voor de stroomvoorziening van een universitair ziekenhuis na de aardbeving in Fukushima.

Andere vrijheidsgraden zijn het gevolg van de configuratie van de stroomdistributiecomponenten binnen een microgrid, dat wil zeggen van de producenten, opslagsystemen, en de informatie- en communicatiesystemen. De topologie van een smart grid op basis van microgrids en de configuratie van deze individuele grids worden vervolgens als variabele gebruikt in een simulatiemodel. Het model zal worden toegepast om black-outscenario's voor steden te simuleren onder veranderende randvoorwaarden en rekening houdend met de situatie in andere kritieke infrastructuren. "We openen een nieuw gebied van energieonderzoek bij het KIT en willen de veerkracht van stedelijke ruimtes vergroten met ons model, ', zegt Ottenburger.

Het simulatiemodel zal worden ontwikkeld in samenwerking met het Centre for Disaster Management and Risk Reduction Technology (CEDIM) op basis van lokale gegevens uit Karlsruhe. Bij CEDIM, een interdisciplinaire onderzoeksinstelling van het KIT, Op het gebied van rampenbestrijding werken 16 instituten samen. Ze ontwikkelen tools en technologieën die helpen bij het analyseren, eerder identificeren, en beter omgaan met natuurlijke en door de mens veroorzaakte gevaren.