Strategien zur Steigerung der Resilienz von Verteilnetzen unter Berücksichtigung der Koordination von 5G-Basisstationen und mehreren flexiblen Ressourcen

Die Stromversorgung aufrechterhalten, wenn Stürme zuschlagen

Wenn starke Stürme Stromleitungen zerstören, reichen die Folgen weit über ein paar Stunden ohne Strom hinaus. Haushalte stehen im Dunkeln, Krankenhäuser und Notzentren haben Schwierigkeiten, und selbst Mobiltelefone können die Verbindung verlieren. Diese Studie untersucht, wie moderne Mittel – insbesondere 5G-Mobilfunkmasten und flexible Energietechnologien wie Dachsolaranlagen, Batterien, Elektrofahrzeuge und mobile Speichertrucks – zusammenwirken können, um während extremer Taifune Stromversorgung und Kommunikation aufrechtzuerhalten.

Warum Stromnetze bei extremem Wetter Probleme haben

Traditionelle Stromnetze wurden überwiegend für die alltägliche Zuverlässigkeit gebaut, nicht für seltene, aber verheerende Ereignisse wie Supertaifune oder historische Schneestürme. Unter solchen Bedingungen können starke Winde Verteilungsleitungen reißen, während Wolken und starker Regen die Erzeugung von Solarmodulen deutlich verringern und sogar dazu führen, dass Windturbinen aus Sicherheitsgründen abgeschaltet werden. Das Ergebnis ist ein doppelter Schlag: Weniger verfügbare Energie gerade dann, wenn mehr Menschen Strom für Heizung, Kühlung und Information benötigen. Die Autoren argumentieren, dass Resilienz — wie gut ein Netz Katastrophen standhält, sich anpasst und sich erholt — künftig als zentrales Gestaltungsziel und nicht als nachträglicher Gedanke behandelt werden muss.

5G-Masten als Helfer in der Notstromversorgung

5G-Basisstationen werden meist als Kommunikationsanlagen betrachtet, doch jeder Mast verfügt auch über eine beträchtliche Backup-Batterie, die dazu dient, Telefon- und Datendienste während Ausfällen aufrechtzuerhalten. Diese Studie betrachtet diese Batterien als eine neue Art von Notenergiequelle. Die Forschenden teilen die Kapazität jeder Batterie in zwei Teile: einen streng reservierten Anteil zum Betrieb der 5G-Station und einen weiteren Anteil, der sicher mit dem lokalen Stromnetz geteilt werden kann. Durch eine sorgfältige Steuerung des Ladens vor einem Sturm und des Entladens danach werden 5G-Standorte zu kleinen lokalen Kraftwerken, die temporär nahegelegene Kunden unterstützen können, ohne die Kommunikationszuverlässigkeit zu gefährden.

Koordination vieler kleiner Energiequellen

Abseits der 5G-Masten beherbergt das moderne Netz bereits zahlreiche verstreute Energieanlagen: Windturbinen, Solarkraftwerke, Ladesäulen für Elektrofahrzeuge und mobile Batterietrucks, die dorthin gefahren werden können, wo sie am dringendsten benötigt werden. Für sich genommen hat jede Ressource Grenzen. Die Innovation dieser Arbeit liegt in der Koordination all dieser Ressourcen zusammen mit der Möglichkeit, Netzschalter neu zu konfigurieren, um Strom über andere Wege zu leiten. Die Autor:innen entwickeln ein detailliertes mathematisches Modell, das zwei Ziele gleichzeitig abwägt: die Verringerung des Ausfalls lebenswichtiger Lasten wie Krankenhäusern, wichtigen Betrieben und wichtigen Gemeinschaftsdiensten sowie die Reduktion wirtschaftlicher Verluste durch verdorbene Waren, Produktionsausfälle und Notmaßnahmen.

Für den schlimmsten Fall planen mit intelligenten Szenarien

Da kein Sturm dem anderen gleicht, erzeugt das Team viele mögliche Taifunsituationen, variiert Windgeschwindigkeiten, welche Leitungen ausfallen und wie stark Solar- und Windleistung verloren geht. Sie nutzen fortschrittliche Stichproben- und Clustering-Verfahren, um diese vielen Möglichkeiten in einige repräsentative Szenarien zu verdichten, etwa Netze, die wieder an das Hauptsystem angeschlossen werden können, und isolierte "Inseln", die ausschließlich mit lokalen Ressourcen betrieben werden müssen. Anschließend testen sie verschiedene Betriebsstrategien an einem Standardmodell eines 33-Knoten-Verteilnetzes und vergleichen eine „Nichtstun“-Strategie mit zunehmend ausgefeilteren Koordinationsansätzen für flexible Ressourcen und 5G-Batterien.

Wie viel besser kann ein intelligenteres Netz sein?

Die Ergebnisse sind eindrücklich. Unter einem schweren Taifun ohne besondere Koordination zeigt das Modell sehr hohe Ausfälle kritischer Lasten und erhebliche wirtschaftliche Schäden. Wenn konventionelle flexible Ressourcen wie Wind, Solar und Elektrofahrzeuge koordiniert werden, fallen beide Verlustarten um etwa die Hälfte. Die Einbindung von 5G-Basisstationsbatterien verbessert die Situation weiter: Der Ausfall kritischer Lasten sinkt um rund 85 % und die wirtschaftlichen Verluste um etwa 77 %. Schließlich erreichen die Resilienzgewinne nahezu 90 %, wenn 5G-Masten und mobile Speichertrucks gezielt so positioniert werden, dass sie isolierte Kundenbereiche unterstützen, die vom Hauptnetz abgeschnitten sind. Einfach ausgedrückt behalten deutlich mehr wichtige Kunden ihre Stromversorgung, und der finanzielle Schaden für die Gemeinschaft fällt deutlich geringer aus.

Was das für zukünftig sturmfeste Städte bedeutet

Für Nichtfachleute lautet die Kernbotschaft: Wir müssen das gesamte Stromsystem nicht von Grund auf neu bauen, um besser gegen extreme Stürme gewappnet zu sein. Vielmehr können Städte ihre Fähigkeit, lebenswichtige Dienste aufrechtzuerhalten, dramatisch verbessern, indem sie Mobilfunkmasten, Elektrofahrzeuge und mobile Batterien als gemeinsame Gemeinschaftsressourcen betrachten — und im Vorfeld planen, wie diese gemeinsam eingesetzt werden. Die Studie zeigt, dass 5G-Infrastruktur doppelt genutzt werden kann, sowohl als Kommunikationslebensader als auch als Notstromressource, und skizziert zukünftige Nachbarschaften, in denen Strom und Konnektivität selbst bei heftigem Wind und Angriffen auf das Hauptnetz verfügbar bleiben.

Zitation: Wang, H., Ge, J., Zhao, Y. et al. Resilience enhancement strategies for distribution networks considering the coordination of 5G base stations and multiple flexible resources. Sci Rep 16, 5481 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35188-z

Schlüsselwörter: Resilienz des Stromnetzes, 5G-Basisstationen, extreme Wetterereignisse, erneuerbare Energien, Energiespeicherung