By Abstract: Da die Zuverlässigkeit der Energieversorgung entscheidend für die Aufrechterhaltung kritischer Kommunikationsinfrastrukturen ist, wirft der Gedanke an einen flächendeckenden Stromausfall besorgniserregende Fragen auf. Insbesondere die ortsfesten Richtfunkanlagen des Österreichischen Bundesheeres sind hierbei einer der Schlüsselaspekte, da sie sowohl im Norm- als auch im Notstrombetrieb eine tragende Rolle in der Kommunikationslandschaft des österreichischen Staates einnehmen. Aufgrund der Relevanz dieser Systeme ist es wichtig, die komplexen Herausforderungen sowie die Auswirkungen auf die Versorgungssicherheit und die Funktionalität während eines Blackouts zu beleuchten. Die Untersuchungen richten ihr Augenmerk auch auf den Einsatz erneuerbarer Energien und intelligenter Mikronetze als robuste Alternative zur Sicherstellung der Autarkie des ortsfesten Richtfunknetzes des Österreichischen Bundesheeres in Krisenzeiten. Die Integration moderner Energietechnologien in die gegenwärtige Infrastruktur könnte einen wegweisenden Schritt hin zu einer resilienteren Zukunft darstellen.
Problemdarstellung: Inwiefern kann das Richtfunknetz des Österreichischen Bundesheeres bei einem Energieausfall autark weiterbetrieben werden?
Was nun?: Das Österreichische Bundesheer und kooperierende Behörden sollten die Integration von Mikronetzen und erneuerbaren Energien, wie Solar- und Windenergie, ins Richtfunksystem evaluieren. Dies könnte neben der laufenden Umstellung auf Ethernet die Notstromversorgung optimieren und die Systemresilienz bei Blackouts erhöhen. Sowohl im Normalbetrieb als auch in Krisensituationen würde ein zuverlässigerer und umweltfreundlicherer Betrieb gewährleistet werden.
Richtfunk und Blackout
Durch Richtfunk erfolgt die Übertragung von Nachrichten zwischen üblicherweise zwei geografischen Punkten auf der Erdoberfläche, unter Nutzung gerichteter Signalwege. Diese Technologie stellt eine drahtlose Alternative zur herkömmlichen Nachrichtenübertragung mittels Leitungen dar und wird aufgrund der daraus resultierenden Wirtschaftlichkeit bevorzugt. Frequenzbänder in sämtlichen Wellenbereichen oberhalb und inklusive der Kurzwellen sind dem Richtfunk vorbehalten. Die Reichweite und Übertragungskapazität von Richtfunkverbindungen sind abhängig von den Ausbreitungseigenschaften der Atmosphäre in verschiedenen Wellenlängenbereichen.[1]
Durch Richtfunk erfolgt die Übertragung von Nachrichten zwischen üblicherweise zwei geografischen Punkten auf der Erdoberfläche, unter Nutzung gerichteter Signalwege.
Die Problemstellungen, die beim Eintritt eines Blackouts vorliegen, sind vielfältig. Einerseits gibt es Richtfunkstationen, die in extrem ausgesetzten Lagen positioniert sind, andererseits ist das Österreichische Bundesheer an gewissen Standorten, auch in militärischen Liegenschaften, von externen Betreibern abhängig.
Dabei kommen einige Fragen auf: Wie ist das Richtfunknetz netztopologisch aufgebaut und führen Ausfälle einzelner Sende- und Empfangsstationen zum Zusammenbruch des gesamten Systems? Inwiefern kann das Richtfunknetz bei einem Energieausfall autonom weiterbetrieben werden? Wie werden die hochalpinen Stationen betreut? Treten Probleme hinsichtlich der Verschlüsselung auf? Bleibt auf allen militärischen Ebenen eine lückenlose Verbindung aufrecht? Welchen Einfluss hätte der Einsatz erneuerbarer Technologien und intelligenter Netzsteuerung auf die Blackout-Resilienz der Richtfunkanlagen? Ergänzend stellt sich auch die Frage, ob das beim Österreichischen Bundesheer verwendete System noch zeitgemäß ist oder ob Anpassungen an den aktuellen Stand der Technik vorgenommen werden müssen.
Blackouts
Der Begriff
Der Begriff Blackout bezeichnet einen plötzlich eintretenden, länger andauernden Ausfall der Versorgung mit elektrischer Energie. Dies führt aufgrund der Abhängigkeit vieler Systeme von Elektrizität zum Ausfall von für die Bevölkerung wesentlicher Infrastruktur.[2]
Ein Blackout tritt je nach Ursache überregional ein und kann unter Umständen sogar mehrere Staaten gleichzeitig betreffen. Der Begriff wird fälschlicherweise oft im Zuge kleinräumiger Störungen verwendet, bei denen lediglich lokale Gebiete für wenige Stunden von einem Ausfall der elektrischen Energie betroffen sind. Dies wird als Stromausfall bezeichnet und führt zu keinen längerfristigen Konsequenzen für die Zivilbevölkerung.[3]
Der Begriff „überregional“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass nicht nur klar abgrenzbare Gebiete, wie beispielsweise ein politischer Bezirk oder ein Bundesland, von einem Stromausfall betroffen sind, sondern die Stromversorgung mehrerer Regionen, Bundesländer oder Staaten ausgefallen ist. Dies ergibt sich aufgrund der Struktur des Stromnetzes. Für die zeitliche Differenzierung ist ein Ausfall der elektrischen Energie ab 12 Stunden als Blackout einzustufen.[4]
Ursachen und Folgen
Es gibt zahlreiche Ursachen, die ein Blackout zur Folge haben können:
- Stabilitätsschwankungen in den europäischen Netzen;
- Zu hohe Auslastung, Schaltfehler in Umspannwerken oder Überspannungen in den Stromnetzen, ausgelöst durch menschliches Versagen oder höhere Gewalt (Sonnenstürme, Blitzschläge);
- Niederschläge in Form von Überflutungen oder ergiebigem Schneefall sowie lang andauernde Hitze- oder Kältewellen, welche zu Elementarereignissen (Lawinenabgänge, Vermurungen, Felsstürze oder Erdbeben) führen; oder auch
- Kriminell motivierte Sabotageakte und Anschläge auf kritische Infrastruktur.
Jeder der genannten Auslöser kann überregionale Zusammenbrüche der elektrischen Energieversorgung zur Folge haben.[5]
Es ist zu erwarten, dass großflächige Ausfälle des Stromnetzes häufiger werden, weil sowohl kriminell als auch staatlich motivierte Sabotageakte, sowie die oben aufgezählten, klimabedingten Extremwetterereignisse mit erhöhter Wahrscheinlichkeit eintreten können.[6] Konflikte und Kriege auf europäischem Boden erhöhen ebenfalls die Wahrscheinlichkeit des Versagens von Teilen des Stromnetzes, da der Einsatz von Waffensystemen und Technologien, die für die Zerstörung kritischer Infrastruktur vorgesehen oder geeignet sind, nicht ausgeschlossen werden können.[7]
Es ist zu erwarten, dass großflächige Ausfälle des Stromnetzes häufiger werden, weil sowohl kriminell als auch staatlich motivierte Sabotageakte, sowie die oben aufgezählten, klimabedingten Extremwetterereignisse mit erhöhter Wahrscheinlichkeit eintreten können.
Stromverbrauch ist wetterabhängig. Die laufend steigende Anzahl von Hitzewellen führt zu vermehrtem Einsatz von Klimatisierungs- und Kühlgeräten. In den unter „Blackout-Vorfälle in Europa“ angeführten Beispielen wird ersichtlich, dass dies fatale Auswirkungen auf ein Stromnetz haben kann.[8] Auch die interne Störanfälligkeit nimmt immer weiter zu, da aufgrund steigender Auslastung und fortschreitender Digitalisierung die Stromnetze immer komplexer werden.[9]
Nahezu sämtliche Infrastruktur, die heutzutage von Menschen genutzt wird, ist auf eine lückenlose Stromversorgung angewiesen. Wie tief die Energieversorgung mittlerweile in unserem alltäglichen Leben verwurzelt ist, wird dem Großteil der Gesellschaft erst bewusst, wenn die Versorgung mit Strom nur mehr eine eingeschränkte Funktionalität aufweist.[10]
Blackout-Vorfälle in Europa
Der Eintritt eines Blackouts ist keineswegs unwahrscheinlich, sondern eine reale, ernstzunehmende Bedrohung einer modernen Gesellschaft. Am 28.09.2003 kam es in Norditalien aufgrund zu hoher elektrischer Eingangswerte, die aus der Schweiz importiert wurden, zu einer Unterbrechung der Übertragung des Stromes. Folge war ein europaweiter, mehrstündiger Ausfall des Übertragungsnetzes. Rund 55 Millionen Menschen verfügten für 18 Stunden über keinerlei Elektrizität.[11]
Eine Hitzewelle, welche einen hohen Stromverbrauch durch die Klimaanlagen zur Folge hatte, kombiniert mit falschem Management von Hochspannungsleitungen, führte am 12.07.2004 zu einem Zusammenbruch der Spannung für mehrere Stunden. Betroffen waren sieben Millionen Menschen des Ballungsraumes Athen.[12]
In der Region Münsterland in Deutschland hatte im Jahr 2005 ein Sturmtief, das zu starker Eisbildung führte und in weiterer Folge Hochspannungsleitungen beschädigte, zur Folge, dass bis zu 250.000 Menschen für 4 Tage ohne Strom leben mussten.[13] Am 16.06.2019 wurde im Rahmen von Bauarbeiten in Deutschland ein 110-kV-Kabel durchtrennt. Das technische Gebrechen führte für 24 Stunden zu einem großflächigen Stromausfall. Wie viele Personen oder Haushalte von dem Ausfall betroffen waren, ist unbekannt.[14]
Am 16.06.2019 wurde im Rahmen von Bauarbeiten in Deutschland ein 110-kV-Kabel durchtrennt. Das technische Gebrechen führte für 24 Stunden zu einem großflächigen Stromausfall.
Österreich blieb von solchen großflächigen Ereignissen, die nicht innerhalb kürzester Zeit wieder behoben werden konnten, bisher verschont. Im untersuchten Zeitraum der letzten 20 Jahre gab es keine Vorfälle, die der Definition eines Blackouts gerecht werden.[15] Die Stromversorgung in Österreich gilt als sehr zuverlässig. Die durchschnittliche Ausfallsdauer in Minuten pro Jahr ist seit 2005 tendenziell sogar gesunken. Österreich liegt im jährlichen Vergleich regelmäßig im oberen Fünftel der europäischen Länder mit einer der zuverlässigsten Stromversorgungen.[16]
Folgerungen für das Militär
Die umfangreichen Folgen eines Blackouts stellen die Behörden sowie sämtliche Einsatzorganisationen und Exekutivorgane vor viele Herausforderungen. Grundbaustein einer Einsatzführung des Militärs ist eine autark funktionierende und unabhängige Kommunikation. Diese wird beim Österreichischen Bundesheer mit der „Integrierten Fernmeldeinfrastruktur (IFMIN)“[17] umgesetzt, gliedert sich in einen mobilen, einen verlegbaren und einen ortsfesten Anteil und deckt dadurch das gesamte Bundesgebiet ab.[18] Einen Teilaspekt bildet in diesem System der ortsfeste Richtfunk.
Richtfunktechnik
Beim Einsatz von Richtfunktechnik werden, üblicherweise zwischen zwei Standorten, Nachrichten übermittelt. Dadurch, dass die eingesetzten Antennen senden und empfangen können, ist eine Übermittlung in beide Richtungen möglich. Dabei handelt es sich um einen bidirektionalen Betrieb, da die Antennen an beiden Stationen als Sende- sowie auch als Empfangsantenne fungieren. Somit lässt sich die Verbindung von A nach B vollkommen getrennt von der Verbindung von B nach A skizzieren. Daraus folgend kann eine bidirektionale Streckenverbindung in zwei unidirektionale Richtfunkstrecken segregiert werden.[19]
Beim Einsatz von Richtfunktechnik werden, üblicherweise zwischen zwei Standorten, Nachrichten übermittelt.
Zur Veranschaulichung wird das komplette System vereinfacht betrachtet und Station A als Sendestation und Standpunkt B als Empfangsstelle definiert. Der Sender von A regt eine elektromagnetische Welle mit einer bestimmten Leistung, welche auch Sendeleistung genannt wird, an und leitet sie an die Antenne weiter. Nach Umwandlung in eine Freiraumwelle, welche sich auf der Verbindungsstrecke zwischen den zwei Stationen ausbreiten kann, jedoch mit zunehmend zurückgelegter Strecke an Strahlungsdichte verliert, wird diese Welle von der Empfangsantenne der Richtfunkstelle B aufgenommen.[20]
Auf der Wegstrecke erfährt die Welle noch etwaige Dämpfungen, die von Witterung und Partikeln in der umgebenden Atmosphäre herbeigeführt werden. Die dabei resultierende Pfaddämpfung darf einen bestimmten Grenzwert nicht übersteigen, um von der Empfangsstelle noch als fehlerfreies Signal aufgenommen werden zu können.[21] Im Vergleich zur leitungsgebundenen Übertragung stellt der Richtfunk eine wirtschaftlichere Alternative dar, weil auf die Verkabelung der Übertragungsstrecken gänzlich verzichtet werden kann.[22]
Für den Richtfunk reservierte Frequenzbänder liegen im Wellenbereich der Kurzwelle (3 MHz bis 30 MHz, was einer daraus resultierenden Wellenlänge von 10 m bis 100 m entspricht) und in allen Wellenbereichen oberhalb der Kurzwelle. Sowohl die mögliche Reichweite als auch die Übertragungskapazitäten hängen stark vom gewählten Frequenzbereich ab, da die verschieden langen Wellen unterschiedliche Ausbreitungseigenschaften in der Atmosphäre aufweisen.[23]
Die stark bündelnden Antennen sollen neben den verminderten Übertragungsverlusten auch die Störung von Diensten in anderen Frequenzbereichen herabsetzen. Im Umkehrschluss werden damit auch beim Empfangen weniger Störstrahlungen aufgenommen.[24]
Richtfunkantennen werden immer mit einer optischen Sichtverbindung installiert. Aus diesem Grund sind sie häufig auf Türmen oder Berggipfeln angebracht. Auch wenn aufgrund einer optimalen Positionierung große Distanzen mit direkter Sichtverbindung ohne Störobjekte möglich wären, werden Übertragungsstrecken von über 50 Kilometern vermieden, um die Sendeleistung, welche im Bereich von 100 mW bis 10 W liegen kann, minimal zu halten, ohne jedoch Verluste in Kauf nehmen zu müssen.[25]
Richtfunkantennen werden immer mit einer optischen Sichtverbindung installiert. Aus diesem Grund sind sie häufig auf Türmen oder Berggipfeln angebracht.
Die simultane Übertragung von mehreren Sprachkanälen erfolgt durch die Nutzung von Frequenzen im Ultrahochfrequenzbereich, welche Wellenlängen von 10 cm bis 1 m und einen Frequenzbereich von 300 MHz bis 3 GHz aufweisen. Damit können Stationen, die im Sichtbereich liegen, gute Übertragungsergebnisse erzielen. Müssen mehrere Funkstrecken hintereinander zurückgelegt werden, kommen Relaisstationen zum Einsatz, um das ankommende Signal vor dem Weitersenden zu verstärken. Auf diese Weise kann auf Gesamtstrecken von mehreren Hundert Kilometern problemlos gesendet werden.[26] Um benachbarte Frequenzkanäle eindeutig unterscheiden zu können, finden zueinander senkrechte Polarisationen Anwendung, was so viel bedeutet, als dass die Schwingungsrichtungen der sich ausbreitenden Wellen in einem Winkel von 90° liegen.[27]
Antennen in der Richtfunktechnik
Parabolantennen stellen jene Antennengruppe dar, welche am häufigsten in der Richtfunktechnik zum Einsatz kommen. Sogenannte Richtantennen haben den Vorteil, dass die ausgesendete Strahlungsdichte stark gebündelt und in eine genaue Raumrichtung ausgestrahlt wird. Als zusätzlicher positiver Effekt neben der gezielten Richtung der Strahlung kommt hinzu, dass die mögliche Reichweite erhöht wird. Übliche Öffnungswinkel des Strahls sind 2° bis 8°, was jedoch eine genaue Ausrichtung auf die gegenüberliegende Sende- beziehungsweise Empfangsstation erfordert. Eine stabile Fixierung ist notwendig, um bei Witterungseinflüssen wie starkem Wind, Regen oder Schneefall eine Verschiebung der Antenne und damit eine mögliche Verbindungsunterbrechung zu verhindern.
Auch eine optimale Sichtverbindung zwischen den beiden Antennen an den Endpunkten garantiert keine Verbindung. Sollten sich Störobjekte in der Fresnelzone befinden, kann es zu einer fehlerhaften – oder im schlechtesten Fall zu gar keiner – Übertragung kommen.
Die Fresnelzone wird durch ein Rotationsellipsoid beschrieben, wobei der Radius dieser fiktiven Zone in einer bestimmten Ebene zwischen den beiden Antennen von der verwendeten Frequenz, der Gesamtentfernung zwischen den beiden Stationen und den jeweiligen Distanzen von der Ebene zu den einzelnen Sende- oder Empfangseinrichtungen abhängt. Den größten Durchmesser erreicht die Fresnelzone bei der Hälfte der Übertragungsstrecke. Sollten Gegenstände oder Objekte in dieses gedachte Rotationsellipsoid hineinragen, unterliegt das übertragene Signal einer Dämpfung. Bereits bei halber Abdeckung der Fresnelzone verringert sich die Leistung um das Vierfache. Hohe Frequenzen, die dementsprechend kurze Wellenlängen besitzen, führen zu einer kleinen Fresnelzone. Im Umkehrschluss wird durch niedrige Frequenzen mit großen Wellenlängen die Fresnelzone größer. Daher kann bei einer zu tief gewählten Frequenz der Boden bereits in das gedachte Rotationsellipsoid hineinragen, wenn die Antenne nicht ausreichend hoch montiert wird. Beispielhaft kann eine Bluetooth-Übertragung bei 2,4 GHz über eine Strecke von 100 m herangezogen werden. Bei dieser Konstellation müsste die Antenne bereits 10 m über dem Untergrund montiert sein, um eine störungsfreie Übertragung garantieren zu können.[28]
Ortsfester Richtfunk beim Österreichischen Bundesheer
Das weitverzweigte ortsfeste Richtfunknetz des Österreichischen Bundesheeres verfügt über 60 Stationen, welche sich auf weite Teile des Bundesgebietes aufteilen. 30 dieser Standorte befinden sich direkt in militärischen Liegenschaften, die 30 übrigen Stationen sind im freien Gelände angesiedelt. Der Hauptring dieser Anordnung verläuft in einer großen, liegenden Acht, wobei Wien den zentralen Punkt bildet. Der westseitige Ring verläuft von Wien über den Großraum Linz, weiter nach St. Johann im Pongau, verlaufend über die Tauern bis nach Graz, von dort aus Richtung Norden in den Raum Wiener Neustadt und zurück bis nach Wien. Der nordöstliche Teil verläuft von Wien in den Osten, weiter Richtung Norden auf das Steinmandl in den Leiser Bergen, von dort über den Großraum Allentsteig und gliedert sich wieder in die Nordspange des Westrings ein.[29]
Das weitverzweigte ortsfeste Richtfunknetz des Österreichischen Bundesheeres verfügt über 60 Stationen, welche sich auf weite Teile des Bundesgebietes aufteilen.
Dieser Ring wird durch eine sogenannte Mittelstrecke, welche St. Pölten über Zeltweg mit dem Tauernraum verbindet, erweitert. Ergänzend zur bestehenden Vernetzung liegt eine Stichleitung von St. Johann im Pongau nach Innsbruck vor, da es in diesem Raum die gebirgige Topologie nicht zulässt, eine eigene Ringleitung einzurichten. In diesem Gebiet wird, sofern erforderlich, jedoch mit verlegbaren Richtfunksystemen gearbeitet.[30]
Ausgenommen den Stich nach Innsbruck führt die Anordnung der Richtfunkstationen zu einer Redundanz, da bei Ausfall einer Station aufgrund der ringförmigen Anordnung über die jeweils andere Richtung jede Station erreicht werden kann. Trotz des dichten Ausbaus des ortsfesten Richtfunknetzes des Österreichischen Bundesheeres gibt es beim Eintritt eines Blackouts Richtfunkstationen, auch solche in militärischen Liegenschaften, welche nicht weiterbetrieben werden können, da die Betreuung dieser von externen Betreibern durchgeführt wird und sie nicht mit einer Notstromversorgung ausgerüstet sind. [31]
Das aktuell verwendete System unterliegt gerade einer technischen Umstrukturierung. Dabei werden die bestehenden Stationen, welche mit der klassischen Richtfunktechnik arbeiten, sukzessive auf neuere Modelle, welche ein Ethernet-Netzwerk darstellen, ausgetauscht. Dabei werden die vorliegenden Router direkt an das Netz angebunden.[32]
Notstromversorgung der ortsfesten Richtfunkanlagen des Österreichischen Bundesheeres
Betrieb der Richtfunksysteme
Die einzelnen Stationen verfügen bis auf wenige Ausnahmefälle über eine Notstromversorgung, die durch Aggregatbetrieb sichergestellt wird. Es existieren aktuell noch wenige Sende- und Empfangselemente, die lediglich eine Einspeisevorrichtung vorweisen und kein eigenes Aggregat besitzen. Diese Verbindungslücken werden derzeit aber mit einer Aufrüstung der Systeme geschlossen.[33]
Jedes einzelne Notstromaggregat wird ständig fernüberwacht und startet bei einem Ausfall der elektrischen Energieversorgung automatisch. Der Operator der Betriebsführung erhält über sein Gefahrenmelde- und Fernwirksystem sofort die Information, dass sich die vom Stromausfall betroffenen Stationen nun im Aggregatbetrieb befinden. Der Übergang erfolgt nahtlos und führt zu keinem auch nur kurzzeitigen Ausfall. [34]
Jedes einzelne Notstromaggregat wird ständig fernüberwacht und startet bei einem Ausfall der elektrischen Energieversorgung automatisch.
Alle technisch relevanten Parameter in Bezug auf die Notstromversorgung sowie die Tankfüllstände der Aggregate sind für die Fernüberwachung jederzeit ersichtlich. Die Aggregate können für 72 Stunden betrieben werden, spätestens dann muss eine Nachbetankung erfolgen. Diese ist auch für die hochalpin gelegenen Standorte sichergestellt. [35]
Angesprochene ausgesetzte Richtfunkstationen erhalten ihre Anschlussversorgung durch Lufttransporte, welche von der Luftunterstützung des Österreichischen Bundesheeres bereitgestellt werden. Nicht alle dieser hochalpinen Stationen sind im direkten Besitz des Bundesministeriums für Landesverteidigung. Die verbleibenden gehören entweder dem Telekommunikationsanbieter A1 Telekom Austria AG oder der Österreichischen Rundfunksender GmbH & Co KG und sind durch das Österreichische Bundesheer lediglich angemietet. Diese zivilen Antennenstandplätze sind grundsätzlich in die Notstromversorgung der jeweiligen Anbieter eingebunden, funktionieren aber, bis auf wenige Ausnahmen, deckungsgleich für 72 Stunden autark bis zur ersten Nachbetankung. In derzeit laufenden Projekten wird eine heeresinterne Treibstoffversorgung der angemieteten Standorte durch die Luftunterstützung erprobt. Solange die Anschlussversorgung aufrechterhalten wird, können alle Richtfunksysteme ohne Einschränkungen in vollem Umfang betrieben werden.[36]
Verschlüsselung des Datenverkehrs bei Blackout
Ein Stromausfall hat weder Auswirkungen auf die momentane Verschlüsselung der Richtfunkstationen noch auf die periodischen Schlüsselwechsel der Systeme. Grund dafür ist ein Notstrompuffer, der einen durchgehenden Betrieb aller für die Verschlüsselung notwendigen Geräte gewährleistet.[37]
Nutzung der Bandbreite
Der ortsfeste Richtfunk des Österreichischen Bundesheeres wird im Friedens- wie auch im Kriegsfall mit einer einzigen Ausnahme rein militärisch genutzt. Es bestehen Querverbindungen zum Bundesministerium für Inneres. Erprobt wird derzeit auch eine gemeinsame Nutzung der Bandbreite des ortsfesten Richtfunks mit den Einsatzorganisationen des Landes Niederösterreich.[38]
Überwachung und Instandsetzung der ortsfesten Richtfunkanlagen des Österreichischen Bundesheeres bei einem Blackout
Um einen möglichst hohen Autarkiegrad des Richtfunks gewährleisten zu können, setzt das Österreichische Bundesheer sowohl in der Betriebsführung als auch in der Technik und Logistik auf heeresinternes Personal. Die Betriebsführung gliedert sich in das Operating und mehrere Support-Ebenen. Die Operatoren sind für die Steuerung des Netzwerkes, das Monitoring und für die Fehlererkennung verantwortlich. Sollten Fehler nicht durch den betriebsinternen Support behoben werden können, so sind Regelungen und Verträge mit den jeweiligen Unternehmen vorhanden. Diese decken auch Krisen- und Katastrophenfälle ab. Die proaktive Betriebsführung überwacht und steuert den ortsfesten Richtfunk, kann Fehler frühzeitig erkennen, beheben und präventive Maßnahmen einleiten, damit es zu keinen Ausfällen kommt. Bei technischem Versagen stehen Instandsetzungskräfte des Österreichischen Bundesheeres zur Verfügung.[39]
Um einen möglichst hohen Autarkiegrad des Richtfunks gewährleisten zu können, setzt das Österreichische Bundesheer sowohl in der Betriebsführung als auch in der Technik und Logistik auf heeresinternes Personal.
Mikronetze durch den Einsatz erneuerbarer Technologien
Ein Mikronetz ist ein System, bei dem völlige Energieautonomie durch einen Betrieb im Inselmodus angestrebt wird. Gewährleistet wird dies durch eine Trennung vom Verteilernetz, die allerdings nur erfolgt, wenn es notwendig ist, die Stromqualität im Falle eines Ausfalls des Zentralnetzes zu erhalten. Eine Nutzung von Photovoltaik- und Windenergie ist hier im Zusammenhang mit den ortsfesten Richtfunkanlagen des Österreichischen Bundesheeres besonders naheliegend, da sich diese Technologien auch an ausgesetzten Höhenstandorten realisieren lassen.[40]
Photovoltaik-Technologie
Durch Photovoltaik-Technologie wird solare Strahlung direkt in elektrische Energie in Form von Gleichstrom umgewandelt. Über einen Wechselrichter erfolgt die Umwandlung in Wechselstrom, damit dieser ins Stromnetz eingespeist werden kann. Photovoltaik-Module bestehen aus mehreren miteinander verbundenen Photovoltaik-Zellen. Technologisch wird hier zwischen kristallinem Silizium, Dünnschichttechnik und konzentrierter Photovoltaik differenziert.[41]
Windenergie
Windkraftanlagen machen die Bewegungsenergie, die in Luftmassen enthalten ist, technisch nutzbar. Moderne Windenergiekonverter entziehen dem Wind die Energie mittels Rotoren. Die entzogene Leistung führt zu einer Drehbewegung des Rotors und wird an der Rotorwelle in mechanische Energie umgewandelt. Diese kann als Moment abgegriffen und einem Generator zur Bereitstellung elektrischer Energie übergeben werden.[42]
Üblich sind eigenständige Systeme zur Versorgung kleinerer Gemeinden. Da Wind eine intermittierende Energiequelle ist, sind Hybridanlagen mit Unterstützung durch Dieselgeneratoren oder Photovoltaikpaneele auch in abgelegenen Gebieten beliebt.[43]
Einsatz von Mikronetzen zur Steigerung der Blackout-Resilienz
Ein widerstandfähiges Mikronetz ist ein kleines bis mittelgroßes autonomes Energieversorgungssystem, das aus intelligenten Zählern und Sensoren, automatisierten Steuerungen und fortschrittlicher Software besteht. Das Netz verwendet Echtzeitdaten zur Erkennung und Isolierung von Fehlern, indem der Energiefluss ständig neu konfiguriert wird. Dadurch werden negative Auswirkungen auf den Endverbraucher minimiert und die Selbstheilungsfähigkeit des Systems erheblich gesteigert.[44]
Ein widerstandfähiges Mikronetz ist ein kleines bis mittelgroßes autonomes Energieversorgungssystem, das aus intelligenten Zählern und Sensoren, automatisierten Steuerungen und fortschrittlicher Software besteht.
Ein weiteres Merkmal eines Mikronetzes ist die Nutzung verteilter Energieressourcen, um eine Erhöhung der Gesamteffizienz zu erzielen.[45] Das Konzept bewährt sich vor allem, wenn die Energiegewinnung der Mikronetze durch erneuerbare Technologien erfolgt. Eine lokale Stromerzeugung mit direktem Verbrauch am Verwendungsort wird begünstigt und verringert die Belastung des Versorgungsnetzes weiter.[46]
An ausgesetzten Richtfunk-Standorten könnte der Einsatz von Mikronetzen kombiniert mit gewonnener Energie aus Photovoltaik- und Windkraftanlagen zu einer Steigerung der Leistungsfähigkeit der Anlagen und zu einer Erhöhung der Blackout-Resilienz beitragen. Angesprochene Liegenschaften wären dadurch auch unabhängig von benötigtem Nachschub für den Aggregatbetrieb.
Resilienz durch Redundanzen
Das Richtfunksystem kann für 72 Stunden ohne jegliches Eingreifen weiterbetrieben werden. Dies wird dadurch ermöglicht, dass der Großteil der vom Österreichischen Bundesheer betriebenen Richtfunkstationen über Notstromaggregate mit Treibstoff für mindestens drei volle Tage verfügt. Erst nach den 72 Stunden kann es Ausfälle einzelner Standorte geben, da die Nachbetankung eine herausfordernde Aufgabe darstellt. Diese Problemstellung wird mittels Hubschrauberbetankung gelöst, wobei man hier jedoch auf das Zusammenspiel von drei Direktionen angewiesen ist.
Das Richtfunksystem kann für 72 Stunden ohne jegliches Eingreifen weiterbetrieben werden. Dies wird dadurch ermöglicht, dass der Großteil der vom Österreichischen Bundesheer betriebenen Richtfunkstationen über Notstromaggregate mit Treibstoff für mindestens drei volle Tage verfügt.
Hinsichtlich der Verschlüsselung der Signale kommt es nur zu geringfügigen Komplikationen, da eine beinahe lückenlose Energieversorgung gewährleistet werden kann. Die Ausnahme bilden jene Stationen, die von externen Betreibern betreut werden, sich aber in militärischen Liegenschaften befinden. Dort könnte es vorzeitig zu Ausfällen kommen, da diese nicht in jedem einzelnen Fall notstromversorgt sind. Aber auch dies führt zu keinem Totalausfall des Systems, da durch die vorliegende Netztopologie eine gute Abdeckung des österreichischen Staatsgebietes vorliegt und die dadurch gegebene Redundanz die Verbindung gewährleistet.
Bezüglich der Aktualität des verbauten Systems lässt sich sagen, dass derzeit eine umfangreiche Erneuerung durchlaufen wird, wobei das bestehende Richtfunksystem auf ein Ethernet-Netzwerk, welches noch immer drahtlos über die Richtfunkstationen übermittelt und eine Einbindung von Routern in das System zulässt, umgestellt wird.
Verglichen mit zivilen Einrichtungen stellt das Richtfunksystem des Österreichischen Bundesheeres einen autonomen Betrieb in größerem Rahmen sicher, da keine einzige angesprochene zivile Institution, sofern diese im vollen Ausmaß weiterbetrieben wird, eine lückenlose Energieversorgung von weiteren 72 Stunden nach Eintritt eines Blackouts vorweisen kann. Die Notstromversorgung der Richtfunkanlagen könnte allerdings durch die Integration von Mikronetzen sowie die Verwendung von Solar- und Windenergie weiter optimiert werden.
Die Umstrukturierung in Mikronetze ermöglicht eine intelligente Verteilung und Steuerung der benötigten Energie, indem sie Angebot und Nachfrage in Echtzeit ausgleicht. Dies erhöht die Wirtschaftlichkeit des Energiehaushaltes im Normbetrieb und steigert somit auch die Effizienz des Stromverbrauches im Falle eines Blackouts.
Photovoltaik-Anlagen könnten auf Dächern oder Freiflächen der Richtfunkstationen installiert werden, um Solarenergie zu erzeugen. Windkraftanlagen könnten in windreichen Gebieten errichtet werden, um die Energieversorgung aus Windenergie zu gewährleisten. Die erzeugte Energie aus erneuerbaren Quellen könnte entweder direkt genutzt oder in Energiespeichern, wie Batterien oder Wasserstoff-Brennstoffzellen, gespeichert werden.
Insgesamt lässt sich feststellen, dass während eines Blackouts der Betrieb der Richtfunkanlagen des Österreichischen Bundesheeres für einen gewissen Zeitraum gewährleistet ist. Um jedoch einen völlig autonomen Betrieb der Einrichtungen sicherzustellen, wäre eine Integration von Mikronetzen und erneuerbaren Technologien eine ebenso sinnvolle wie auch umweltfreundliche Erweiterung.
Fähnrich Dominic Scherzer, Künstliche Intelligenz, Cybersicherheit, Programmierung von autonomen Systemen, militärischer Entscheidungsfindungsprozess; Fähnrich Martin Schoberegger, Kommunikationstechnologie, Satellitenkommunikation und Space-Technologie; Fähnrich Michael Wagner, Algorithmen und Datenstrukturen, Autarke und intelligent gesteuerte Systeme, Kommunikationstechnologie. Bei den in diesem Artikel vertretenen Ansichten handelt es sich um die der Autoren. Diese müssen nicht mit jenen des Österreichischen Bundesheeres übereinstimmen.
[1] Hans-Georg Unger, “Hochfrequenztechnik in Funk und Radar,” (Braunschweig: Vieweg & Teubner Verlag, 3. Auflage, 1988), 178-179.
[2] Gottfried Pausch, “Blackout und seine Folgen – Worauf sich die Bevölkerung des Pinzgaus bei einem großräumigen Strom- und Infrastrukturausfall einstellen sollte und wie eine resiliente Gesellschaft eine derartige Katastrophe überstehen kann,“ Fallstudie (November 2017): 6.
[3] “Hilfe zum Selbstschutz, Katastrophenschutz, Blackout,“ Oberösterreichischer Zivilschutz, April 21, 2023, https://zivilschutz-ooe.at/hilfe-zum-selbstschutz/katastrophenschutz/blackout/.
[4] Doris Alhutter, Steffen Bettin, Helfried Brunner, Julia Kleinferchner, Jaro Krieger-Lamina, Michael Ornetzeder and Stefan Strauß, “Sichere Stromversorgung und Blackout-Vorsorge in Österreich – Entwicklungen, Risiken und mögliche Schutzmaßnahmen,“ Institut für Technikfolgen-Abschätzung (ITA), Endbericht (Jänner 2022): 19.
[5] Gottfried Pausch, “Blackout und seine Folgen – Worauf sich die Bevölkerung des Pinzgaus bei einem großräumigen Strom- und Infrastrukturausfall einstellen sollte und wie eine resiliente Gesellschaft eine derartige Katastrophe überstehen kann,“ Fallstudie (November 2017): 6.
[6] Thomas Petermann, Harald Bradke, Arne Lüllmann, Maik Poetzsch and Ulrich Riehm, “Was bei einem Blackout geschieht – Folgen eines langandauernden und großräumigen Stromausfalls,“ Büro für Technikfolgen-Abschätzung, Studie (2011): 9.
[7] Doris Alhutter, Steffen Bettin, Helfried Brunner, Julia Kleinferchner, Jaro Krieger-Lamina, Michael Ornetzeder and Stefan Strauß, “Sichere Stromversorgung und Blackout-Vorsorge in Österreich – Entwicklungen, Risiken und mögliche Schutzmaßnahmen,“ Institut für Technikfolgen-Abschätzung (ITA), Endbericht (Jänner 2022): 67.
[8] Idem.
[9] Gottfried Pausch, “Blackout und seine Folgen – Worauf sich die Bevölkerung des Pinzgaus bei einem großräumigen Strom- und Infrastrukturausfall einstellen sollte und wie eine resiliente Gesellschaft eine derartige Katastrophe überstehen kann,“ Fallstudie (November 2017): 7.
[10] Ibid., 8.
[11] Doris Alhutter, Steffen Bettin, Helfried Brunner, Julia Kleinferchner, Jaro Krieger-Lamina, Michael Ornetzeder and Stefan Strauß, “Sichere Stromversorgung und Blackout-Vorsorge in Österreich – Entwicklungen, Risiken und mögliche Schutzmaßnahmen,“ Institut für Technikfolgen-Abschätzung (ITA), Endbericht (Jänner 2022): 38.
[12] Idem.
[13] Idem.
[14] Idem.
[15] Gottfried Pausch, “Blackout und seine Folgen – Worauf sich die Bevölkerung des Pinzgaus bei einem großräumigen Strom- und Infrastrukturausfall einstellen sollte und wie eine resiliente Gesellschaft eine derartige Katastrophe überstehen kann,“ Fallstudie (November 2017): 4.
[16] Doris Alhutter, Steffen Bettin, Helfried Brunner, Julia Kleinferchner, Jaro Krieger-Lamina, Michael Ornetzeder and Stefan Strauß, “Sichere Stromversorgung und Blackout-Vorsorge in Österreich – Entwicklungen, Risiken und mögliche Schutzmaßnahmen,“ Institut für Technikfolgen-Abschätzung (ITA), Endbericht (Jänner 2022): 53-54.
[17] „Glossar, IFMIN,“ Österreichisches Bundesheer, April 21, 2023, https://www.bundesheer.at/facts/glossar/stichwort.php?id=1083.
[18] Harald Steindl, “Stromversorgung von ortsfesten Richtfunkanlagen des österreichischen Bundesheeres bei Blackout,“ Interview durch Martin Schoberegger und Michael Wagner, Experteninterview, Dezember 06, 2023.
[19] Clemens Moroder, „Untersuchung des Wet-Antenna-Effekts bei Richtfunkstrecken,“ Technische Universität München, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik, Dissertation (May 2021): 26-27.
[20] Idem.
[21] Idem.
[22] Hans-Georg Unger, “Hochfrequenztechnik in Funk und Radar,” (Braunschweig: Vieweg & Teubner Verlag, 3. Auflage, 1988), 178-180.
[23] Idem.
[24] Idem.
[25] Idem.
[26] Idem.
[27] Idem.
[28] Volkmar Brückner, “Globale Kommunikationsnetze,“ (Wiesbaden: Springer Vieweg Verlag. 1. Auflage, 2022), 147-149.
[29] Harald Steindl, “Stromversorgung von ortsfesten Richtfunkanlagen des österreichischen Bundesheeres bei Blackout,“ Interview durch Martin Schoberegger und Michael Wagner, Experteninterview, Dezember 06, 2023.
[30] Idem.
[31] Idem.
[32] Idem.
[33] Idem.
[34] Idem.
[35] Idem.
[36] Idem.
[37] Idem.
[38] Idem.
[39] Idem.
[40] Alfred Einfalt, Franz Xaver Zeilinger, Günther Brauner, “Micro Grids in Austria? Results of ADRES CONCEPT,“ 21st International Conference on Electricity Distribution, Bericht (Juni 2011): 1.
[41] Martin Wietschel, Sandra Ullrich, Peter Markewitz, Friedrich Schulte and Fabio Genoese, “Energietechnologien der Zukunft – Erzeugung, Speicherung, Effizienz und Netze,“ (Karlsruhe: Springer Verlag, 2015), 123.
[42] Martin Kaltschmitt, Wolfgang Streicher and Andreas Wiese, “Erneuerbare Energien – Systemtechnik – Wirtschaftlichkeit – Umweltaspekte,“ (Hamburg, Innsbruck, Frankfurt: Springer Verlag, 2020), 461.
[43] Sathyajith Mathew, “Wind Energy – Fundamentals, Resource Analysis and Economics,” (Malapuram: Springer Verlag, 2006), 17-24.
[44] Yahya Koraz and Hossam A. Gabbar, “Risk Analysis and Self-Healing Approach for Resilient Interconnect Micro Energy Grids,” (Montréal: ScienceDirect, 2017), 1-2.
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