Stromausfall in Spanien, Portugal und Südfrankreich: Was atmosphärische Schwingungen bedeuten

In Spanien, Portugal und Südfrankreich ist der Strom nach dem weitreichenden Blackout vom Montag grösstenteils wieder da.

Der Stromausfall stürzte viele zehn Millionen Menschen ins Chaos. Ampeln und Geldautomaten fielen aus, der öffentliche Verkehr kam zum Stillstand, Telefonverbindungen brachen ab, und mit Einbruch der Nacht assen Menschen dicht um Kerzen gedrängt zu Abend. Viele Personen sassen zudem in Zügen und Aufzügen fest.

Spaniens Ministerpräsident Pedro Sánchez erklärte, die genaue Ursache des Blackouts sei weiterhin nicht geklärt. In ersten Berichten wurde Portugals Netzbetreiber REN mit der Aussage zitiert, ein seltenes Phänomen namens „induzierte atmosphärische Schwingung“ habe das Ereignis ausgelöst. REN soll diese Darstellung inzwischen zurückgewiesen haben.

Doch was ist diese Schwingung? Und wie lassen sich Energiesysteme verbessern, um das Risiko grossflächiger Stromausfälle zu verringern?

Wie stark beeinflusst das Wetter die Stromversorgung?

Das Wetter zählt zu den wichtigsten Ursachen für Störungen der Elektrizitätsversorgung. In den Vereinigten Staaten wurden zwischen 2000 und 2021 sogar 83% der gemeldeten Stromausfälle Wetterereignissen zugeschrieben.

Wetter kann die Stromversorgung auf vielfältige Weise beeinträchtigen. Zyklone können etwa Übertragungsleitungen zum Einsturz bringen, Hitzewellen das Stromnetz überlasten und Buschbrände Umspannwerke zerstören.

Auch Wind kann Übertragungsleitungen in Schwingung versetzen. Dabei treten entweder Schwingungen mit grosser Amplitude und niedriger Frequenz auf, die als „Leiterseilschwingen“ bezeichnet werden, oder Schwingungen mit kleiner Amplitude und hoher Frequenz, die als „äolische Schwingungen“ bekannt sind.

Für Netzbetreiber stellen solche Schwingungen ein erhebliches Problem dar. Sie können die Belastung der Netzinfrastruktur erhöhen und dadurch möglicherweise Stromausfälle verursachen.

Um das Schwingungsrisiko zu senken, setzen Netzbetreiber häufig Seilstabilisatoren ein, die als „Stockbridge-Dämpfer“ bekannt sind.

Was bedeutet „induzierte atmosphärische Schwingung“?

Schwingungen in Stromleitungen können ebenfalls durch extreme Veränderungen der Temperatur oder des Luftdrucks entstehen. Dies ist eine der Hypothesen zur Ursache des jüngsten grossflächigen Stromausfalls auf der Iberischen Halbinsel.

Wie The Guardian REN aus Portugal zunächst zitierte:

Aufgrund extremer Temperaturschwankungen im Landesinneren Spaniens kam es in den Höchstspannungsleitungen (400 kV) zu anomalen Schwingungen, einem Phänomen, das als „induzierte atmosphärische Schwingung“ bekannt ist. Diese Schwingungen führten zu Synchronisationsfehlern zwischen den elektrischen Systemen und lösten aufeinanderfolgende Störungen im verbundenen europäischen Netz aus.

Tatsächlich ist „induzierte atmosphärische Schwingung“ kein gebräuchlicher Fachbegriff. Wahrscheinlich sollte diese Erklärung jedoch physikalische Prozesse beschreiben, die Klimawissenschaftlern schon seit geraumer Zeit bekannt sind.

Vereinfacht gesagt bezeichnet der Ausdruck offenbar wellenartige Bewegungen oder Schwingungen in der Atmosphäre, die durch plötzliche Temperatur- oder Luftdruckänderungen ausgelöst werden. Auslöser können extreme Erwärmung, grossflächige Energiefreisetzungen wie Explosionen oder Buschbrände sowie intensive Wetterereignisse sein.

Erwärmt sich ein Bereich der Erdoberfläche sehr rasch – beispielsweise während einer Hitzewelle –, wird die Luft darüber wärmer, dehnt sich aus und wird leichter. Die aufsteigende warme Luft erzeugt gegenüber der kühleren und dichteren Umgebungsluft ein Druckungleichgewicht. Die Atmosphäre reagiert darauf mit Wellen, ähnlich den Wellen, die sich auf einem Teich ausbreiten.

Solche Druckwellen können sich durch die Atmosphäre fortpflanzen. Unter bestimmten Umständen können sie mit der Strominfrastruktur interagieren – insbesondere mit Hochspannungsübertragungsleitungen über grosse Entfernungen.

Diese atmosphärischen Wellen werden üblicherweise Schwerewellen, thermische Schwingungen oder akustisch-gravitative Wellen genannt. Obwohl „induzierte atmosphärische Schwingung“ meteorologisch nicht als formeller Begriff etabliert ist, beschreibt die Bezeichnung offenbar dieselbe Gruppe von Phänomenen.

Entscheidend ist, dass nicht allein hohe Temperaturen diese Effekte auslösen. Massgeblich ist vielmehr, wie rasch und ungleichmässig sich die Temperatur innerhalb einer Region verändert. Dadurch gerät die Atmosphäre in Bewegung, was Stromleitungen zum Schwingen bringen kann. Ob dies tatsächlich den jüngsten Stromausfall in Europa verursacht hat, ist jedoch weiterhin unklar.

Zentraler organisiert, anfälliger für Störungen

Es wird immer wichtiger zu verstehen, wie sich die Atmosphäre unter solchen Bedingungen verhält. Da Energiesysteme zunehmend stärker vernetzt sind und immer mehr auf Fernübertragung angewiesen sind, können selbst vergleichsweise geringe atmosphärische Störungen überproportionale Folgen haben. Was früher wie ein Randphänomen wirkte, wird zu einem wachsenden Faktor für die Widerstandsfähigkeit von Stromnetzen.

Unter zunehmendem Umwelt- und Stromstress sind zentralisierte Energienetze gefährlich anfällig. Die fortschreitende Elektrifizierung von Gebäuden, die schnelle Verbreitung von Elektrofahrzeugen und die Einbindung schwankender erneuerbarer Energiequellen setzen herkömmliche Stromnetze unter einen beispiellosen Druck. Diese Netze waren nie für ein solches Mass an Komplexität, Dynamik oder Zentralisierung ausgelegt.

Wer weiterhin auf zentralisierte Netzstrukturen setzt, ohne die Widerstandsfähigkeit grundlegend neu zu denken, gefährdet ganze Regionen – nicht nur durch technische Defekte, sondern auch durch Umweltvolatilität.

Der Weg zur Vermeidung derart katastrophaler Risiken ist eindeutig: Innovative Lösungen wie gemeinschaftliche Mikronetze müssen genutzt werden. Dabei handelt es sich um dezentrale, flexible und widerstandsfähige Energienetze, die bei Bedarf unabhängig betrieben werden können.

Eine stärkere lokale Energieautonomie ist entscheidend für den Aufbau eines sicheren, bezahlbaren und zukunftsfähigen Stromsystems.

Unabhängig von seiner unmittelbaren Ursache zeigt der europäische Stromausfall, dass unsere Stromnetze gefährlich empfindlich geworden sind. Werden diese strukturellen Schwachstellen nicht behoben, werden die Folgen weit schlimmer sein als jene während der COVID-Pandemie.

Mehdi Seyedmahmoudian, Professor für Elektrotechnik, School of Engineering, Swinburne University of Technology

Dieser Artikel wurde unter einer Creative-Commons-Lizenz von The Conversation erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.