Das perfekte Elektrizitätsnetzwerk gibt es nicht – Stromausfälle in Elektrizitätsnetzwerken sind unvermeidlich. Zu diesem deprimierenden Schluss kommt eine amerikanische Forschergruppe des Nationallabors von Oak Ridge in Tennessee nach einer mathematischen Analyse unterschiedlicher Netzwerkstrukturen.
Sobald der Elektrizitätsbedarf die Kapazität eines Netzwerks übersteigt, ereignen sich zunächst kleinere, lokale Stromausfälle. Wenn das Missverhältnis zwischen Angebot und Bedarf zunimmt, kann es plötzlich zu einer Katastrophe kommen, und große Teile des Netzes brechen dominoartig zusammen. Darüber berichten die Wissenschaftler in dem Fachblatt Chaos (Ausgabe 12, Seite 985).
Die von Benjamin Carreras angeführte Forschergruppe untersuchte verschiedene Formen von Elektrizitätsnetzwerken ? einfache Baumstrukturen sowie eine Miniversion des amerikanischen Netzwerksystems ? mittels eines mathematischen Modells. Der Analyse zu Folge zeigen derartige Netze überraschenderweise unabhängig von ihrem genauen Aufbau das gleiche Verhaltensmuster: Solange der Elektrizitätsbedarf von den verfügbaren Generatoren, den Stromerzeugern des Netzes, gedeckt wird, bestehen keine Probleme. Sobald der Bedarf allerdings das Angebot überschreitet, beginnen zunächst kleine Abschnitte des Netzwerks auszufallen.
Zur Katastrophe kann es nun kommen, wenn der Bedarf weiter steigt. Ab einem gewissen Punkt setzt eine Kettenreaktion von Stromausfällen ein, die weite Bereiche des Netzes lahm legen. Derartige regionale Totalausfälle lassen sich den Forschern zu Folge nur mit einem dramatischen Mittel vermeiden: Der Inkaufnahme von kleinen, lokal begrenzten Ausfällen, sobald der Bedarf das Angebot nur minimal überschreitet. Dies könnte der Analyse nach Kettenreaktionen verhindern.
Die Kettenreaktionen finden an einem so genannten kritischen Punkt der mathematischen Beschreibung des Netzwerks statt. An einem derartigen Punkt ändert sich das dynamische Verhalten des Netzes in dramatischer und oft chaotischer Weise.
Die Forscher denken, dass ihr Modell die hohe Zahl von Stromausfällen in den USA und anderen Industrienationen erklären kann. In den USA allein brechen größere Teile des Netzes im Mittel alle 13 Tage zusammen. Ob die Elektrizitätsbetreiber allerdings dem Ratschlag der Mathematiker folgen, kleinere Ausfälle in Kauf zu nehmen, ist fraglich.
Stefan Maier
