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Versorgungssicherheit und Resilienz
Forschung schützt Energiesystem vor Störfällen und Angriffen
Mit einem steigenden Anteil erneuerbarer Energien wird das Energiesystem dezentraler und erfordert Anpassungen, um die Versorgung jederzeit sicherzustellen. Um die Energieversorgung resilient und zukunftssicher zu gestalten, fördert das Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWE) Forschung, die das System vor Angriffen und Ausfällen schützt.
Energiesicherheit ist für das Funktionieren von Wirtschaft und Gesellschaft gerade in hochentwickelten Ländern wie Deutschland unerlässlich – aber bietet deshalb auch eine große Angriffsfläche. Mit dem Wandel hin zu einem dezentralen Energiesystem verändern sich die Anforderungen, wie diese Sicherheit gewährleistet werden muss. Durch einen hohen Anteil von lokal erzeugtem Strom und Wärme mit Hilfe erneuerbarer Energien, ist das System verletzlich in Bezug auf Technologie- und Rohstoffimporte. Zugleich wird das System anfälliger für Störungen, da es komplexer wird. Technologie- und Resilienzmaßnahmen müssen daher schnell und wirksam auf äußere und innere Ereignisse reagieren können und die Versorgung widerstandsfähig und zuverlässig halten. Die Lösungen hierfür entstehen auch durch vielfältige Forschungsprojekte, gefördert durch das 8. Energieforschungsprogramm des BMWE.
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Beruhigend ist jedoch: Ausfälle des Energiesystems sind in Deutschland glücklicherweise selten und kurz. Dass der Umbau des Energieversorgungssystem hin zu mehr Dezentralität und erneuerbarer Energie nicht zu mehr oder längeren Systemausfällen führt, bestätigte die Bundesnetzagentur zuletzt im Oktober 2025. Das zeigt der Blick auf die Gasversorgung mit Ausfallzeiten von durchschnittlich 1,52 Minuten im Jahr 2024. In der Stromversorgung kam es 2024 zu 164.645 Versorgungsunterbrechungen in der Nieder- und Mittelspannung. Im Jahr 2010 lagen diese noch bei rund 200.000. Die durchschnittliche Ausfalllänge von Elektrizität je Letztverbraucher lag 2024 bei 11,7 Minuten. Dieser Wert hat sich im letzten Jahrzehnt ebenfalls verbessert. Dieser gute Zustand gelingt nicht zuletzt durch Innovationen, die dem veränderten Energiesystem Rechnung tragen.
Ursachen für Stromausfälle reichen von Fehlbedienungen über technische Fehler bis hin zu Sabotage
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Ursachen für Stromausfälle reichen von Fehlbedienungen über technische Fehler bis hin zu Sabotage
Die Ursachen für Ausfälle sind vielfältig. Knapp die Hälfte zählen zu den sonstigen Anlässen, etwa Fehlbedienungen der Strominfrastruktur oder ungeklärte Ursachen. Am zweithäufigsten sind nach Angaben der Bundesnetzagentur Ausfälle, die in den Zuständigkeitsbereich der Netzbetreiber fallen, wie Kabel- oder Leitungsfehler. Danach folgen Einwirkungen Dritter. Das können Baggerarbeiten oder Verkehrsunfälle sein, aber auch Sabotageakte und terroristische Anschläge. Hierzu zählt auch der großflächige Stromausfall in Berlin Anfang 2026.
Grundsätzlich gilt, dass die Frequenzstabilität des gesamten deutschen Stromnetzes gegeben ist, da derzeit in ausreichendem Maße Möglichkeiten zur Verfügung stehen, diese Stabilität jederzeit aufrechtzuerhalten. Das geschieht im europäischen Verbundnetz unter anderem durch Momentanreserve und Regelleistung – sogenannte Systemdienstleistungen. Damit wird die Frequenz im Normalbereich, zwischen 49,80 und 50,20 Hertz, stabil gehalten.
Projektförderung zu Energiesicherheit im Energieforschungsprogramm
Dennoch entstehen durch den Wandel des Energiesystems neue Anforderungen, da durch einen höheren Anteil volatil einspeisender Erneuerbare-Energie-Anlagen andere Lösungen als bisher erforderlich sind, um das System stabil zu halten. Daher fördert das BMWE die Forschung zu Versorgungssicherheit und Resilienz in seinem 8. Energieforschungsprogramm in der Forschungsmission Energiesystem als konkretes Programmziel. Die Förderung fokussiert hier das Entwickeln von Lösungen für das Diversifizieren des Energiesystems. Auch Forschung, um Vulnerabilitäten des Energiesystems zu identifizieren und reduzieren, ist ein Bereich. Gleichzeitig sollen Ansätze untersucht werden, die Abhängigkeiten von kritischen Rohstoffen zu senken und die Technologiesouveränität zu stärken. Das BMWE fördert aber auch Projekte, die Technologien entwickeln, die der Krisenverhinderung, -vorsorge und -bewältigung dienen.
Die Forschungsvorhaben decken dabei eine große Bandbreite ab. Von übergreifenden systemischen Ansätzen wie im Projekt RESILIENT oder auf ganz konkrete Bereiche bezogen, wie die Cybersicherheit kritischer Infrastruktur, wie im Projekt KRITIS³M. Einige Projekte untersuchen Resilienz- und Sicherheitsmaßnahmen für konkrete Technologien, wie S3dEL in dem ein Schutzkonzept für dezentrale Elektrolyseanlagen für die Produktion von Wasserstoff entstehen sollen. Zu Forschung für Resilienz und Versorgungssicherheit gehören aber auch Projekte wie ProRES. Hier entwickelt ein Team gemeinsam mit europäischen Partnern Schutzmechanismen für Verteilnetze bei 100 Prozent erneuerbarer Energie. Dabei soll die nächste Generation intelligenter und resilienter Stromnetze entstehen, die auch bei extremen Wetterereignissen, technischen Störungen oder Cyberangriffen zuverlässig funktionieren.
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Sektorenübergreifendes Planungsinstrument für resiliente Energieinfrastruktur
Wie lässt sich eine robuste und klimaneutrale Energieversorgung unter Unsicherheit verlässlich planen? Das RESILIENT Projekt entwickelt Werkzeuge, die Resilienz in den Mittelpunkt der Energiesystemplanung stellen. Die Basis hierfür ist PyPSA-Eur, ein Open Source Energiesystemmodell für Europa, das Strom, Wärme, Gas, Wasserstoff und weitere Sektoren koppelt und hochaufgelöst darstellt.
Das RESILIENT Projekt integriert zeitnahe Herausforderungen der Energiewende: Kostenrisiken, Infrastrukturausbau und -verzögerungen, sowie Akzeptanzfragen – von der regionalen über die nationale bis zur europäischen Ebene. Im Fokus steht die Erweiterung von PyPSA-Eur um neue Methoden zur Berücksichtigung von Unsicherheiten sowie die verbesserte Darstellung der Industrietransformation und von CO₂-Infrastruktur. Die Erkenntnisse des Konsortiums werden in führenden Fachzeitschriften und Workshops mit Partnern aus der Forschung, Industrie und Öffentlichkeit geteilt. Alle Verbesserungen werden als Teil der Open-Source-Codebasis des PyPSA-Ökosystems veröffentlicht, sodass Nutzende weltweit von der Arbeit des Projekts profitieren.
Das Projekt ist aus einem Förderaufruf der CETPartnership hervorgegangen. Industriepartner aus Frankreich, Deutschland, Schweden und Finnland wollen in mehreren Fallstudien die Fähigkeiten des Modells für die Planung eines klimaneutralen und resilienten europäischen Energiesystems demonstrieren.
Cybersicherheit für Energie- und Wasserversorgung durch Kryptografie und künstliche Intelligenz
Im Projekt KRITIS³M entwickelt ein Forschungsteam neue Ansätze für Cybersicherheit. Das Vorhaben hat das Ziel, die digitale Kommunikation in kritischen Infrastrukturen (z. B. Energie‑ und Wasserversorgung) umfassend abzusichern – von der Leitwarte bis zu den Geräten im Feld, etwa in Umspannwerken oder Verteilerstationen. Dabei geht es vor allem um agile Kryptografie. Das sind langlebige, anpassungsfähige kryptografische Verfahren. Dabei berücksichtigt das Team auch moderne Glasfaser.
Darüber hinaus will das Projektteam Angriffserkennung in den entwickelten Demonstratoren der Gateways möglich machen, beispielsweise in der Kommunikationsstrecke (Alarm bei Angriff auf die Kabelverbindungen). Das unbefugte Modifizieren von Datenpaketen und das Wiedereinspielen von mitgeschnittenen Datenpakten zu einem späteren Zeitpunkt soll bemerkt werden und einen Alarm auslösen. Angriffe sollen frühzeitig erkannt und verhindert werden. Zudem gibt es in KRITIS³M Forschungsarbeiten zur Angriffserkennung mit Heuristiken der künstlichen Intelligenz. Zudem werden Demonstratoren als transparente Sicherheitsmodule in bestehende Weitverkehrsleitungen eingeschleift.
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Dabei entsteht ein System, das Bedrohungen cyber-physikalischer Anlagen zuverlässig identifiziert und bei Schwachstellen oder Angriffen rechtzeitig warnt. Cyber-physische Systeme (CPS) sind Netzwerke aus physischen Komponenten (Maschinen, Sensoren, Aktuatoren) und informationswissenschaftlicher Software, die über das Internet in Echtzeit kommunizieren.
Um das zu erreichen, verschlüsselt das System Datenverbindungen zwischen Leitstelle, Gateways und Feldgeräten konsequent und schützt diese so gegen Manipulation. Unterschiedliche „Leistungsklassen“ von Security‑Modulen sollen dafür sorgen, dass sowohl leistungsstarke Leitstellenrechner als auch kleinere Feldgeräte passende Sicherheitsbausteine erhalten.
Weil Geräte in der Energie‑ und Wasserversorgung oft über viele Jahre im Einsatz sind und Quantencomputer klassische Verschlüsselungsverfahren bedrohen, legt das Projektteam großen Wert auf „Krypto‑Agilität“. Das heißt, dass Sicherheitsverfahren austauschbar und auf dem neuesten Stand der Kryptographie haltbar sein müssen.
Durch diese Kombination aus starker Verschlüsselung, flexiblen Security‑Modulen und intelligenter Angriffserkennung will das KRITIS³M-Team einen Beitrag dazu leisten, damit Strom‑ und Wassernetze in einer zunehmend digitalisierten und angreifbaren Umgebung stabil und zuverlässig betrieben werden können.
Innovationen für den Schutz vor Unsicherheiten, Störungen und Angriffen
Der Umbau des Energiesystem erfordert mehr als neue und verbesserte Energietechnologien. Er benötigt ein Energiesystem, das auch weiterhin unter Unsicherheiten, Störungen und Angriffen verlässlich funktioniert. Forschungsprojekte des 8. Energieforschungsprogramms liefern dafür zentrale Bausteine – von Planungstools bis Cybersicherheit. So bleibt eine robuste, krisenfeste und zukunftssichere Energieversorgung erhalten. (ml)