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Assessing the risks of climate change on electricity grid infrastructure

Bewertung der klimabedingten Risiken auf die Stromnetzinfrastruktur

  • In response to the challenges of the energy transition, the German electricity network is subjected to a process of substantial transformation. Considering the long latency periods and lifetimes of electricity grid infrastructure projects, it is more cost-efficient to combine this need for transformation with the need to adapt the grid to future climate conditions. This study proposes the spatially varying risk of electricity grid outages as a guiding principle to determine optimal levels of security of electricity supply. Therefore, not only projections of future changes in the likelihood of impacts on the grid infrastructure were analyzed, but also the monetary consequences of an interruption. Since the windthrow of trees was identified a major source for atmospherically induced grid outages, a windthrow index was developed, to regionally assess the climatic conditions for windthrow. Further, a concept referred to as Value of Lost Grid was proposed to quantify the impacts related to interruptions of the distribution grid. In combination, the two approaches enabled to identify grid entities, which are of comparably high economic value and subjected to a comparably high likelihood of windthrow under future climate conditions. These are primarily located in the mid-range mountain areas of North-Rhine Westphalia, Baden-Württemberg and Bavaria. In comparison to other areas of less risk, the higher risk in these areas should be reflected in comparably more resilient network structures, such as buried lines instead of overheadlines, or more comprehensive efforts to prevent grid interruptions, such as structural reinforcements of pylons or improved vegetation management along the power lines. In addition, the outcomes provide the basis for a selection of regions which should be subjected to a more regionally focused analysis inquiring spatial differences (with respect to the identified coincidence of high windthrow likelihoods and high economic importance of the grid) among individual power lines or sections of a distribution network.
  • Die Herausforderungen der Energiewende bedingen substantielle Erweiterungen und Anpassungen der Energienetze in Deutschland. Unter Berücksichtigung der langen Planungs- und Lebenszeiträume von Energieinfrastrukturprojekten, ist es kosten-effizienter, die aus der Energiewende resultierenden Transformationen der Netze mit einer Anpassung der Netze an den Klimawandel zu verbinden. Die vorliegende Arbeit schlägt vor, das optimale Niveau an Versorgungssicherheit aus dem räumlich variierenden Risiko von Stromausfällen zu bestimmen. Daher wurden nicht nur Projektionen einer sich durch den Klimawandel möglicherweise verändernden Wahrscheinlichkeit von Netzausfällen betrachtet, sondern auch die volkswirtschaftlichen Folgen eines solchen Ausfalls. Da Windwurf von Bäumen als eine Hauptursache für atmosphärisch-induzierte Netzausfälle identifiziert werden konnte, wurde ein Windwurf-Index entwickelt, um regionale Unterschiede in den klimatischen Bedingungen für Windwurf abzubilden. Darüber hinaus, wurde das Value of Lost Grid Konzept vorgeschlagen, um die Folgen einer Unterbrechung der Verteilnetze zu quantifizieren. In Kombination ermöglichen die beiden genannten Ansätze Netzeinheiten von vergleichbar hohem ökonomischem Wert zu identifizieren, welche unter zukünftigen klimatischen Bedingungen einer erhöhten Windwurfwahrscheinlichkeit ausgesetzt sein könnten. Diese Gebiete liegen vor allem in den Mittelgebirgen Nordrhein-Westfalens, Baden-Württembergs und Bayern.

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Metadaten
Author:Marius Stankoweit
URN:urn:nbn:de:gbv:luen4-opus-146467
URL: https://pub-data.leuphana.de/frontdoor/index/index/docId/1003
Advisor:Daniela Jacob (Prof. Dr.)
Referee:Markus Quante (Prof. Dr.)GND, Klaus Eisenack (Prof. Dr.)ORCiDGND
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2019
Date of Publication (online):2020/03/31
Publishing Institution:Leuphana Universität Lüneburg, Universitätsbibliothek der Leuphana Universität Lüneburg
Granting Institution:Leuphana Universität Lüneburg
Date of final exam:2020/02/14
Release Date:2020/03/31
Institutes:Fakultät Nachhaltigkeit
Dewey Decimal Classification:3 Sozialwissenschaften / 33 Wirtschaft / 333.7 Natürliche Ressourcen, Energie und Umwelt
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht