Architektur eines “Anti-Fragile” Smart Grid

Während der Vorbereitung des europäischen Smart-Grid-Projekt, das ich in früheren Blogs erwähnte, merkte ich, dass ich den energie-bedingten Ereignissen und ihren Auswirkungen auf die Sicherheit in den täglichen Nachrichten besondere Beachtung schenke. Da die durch den “Polar Vortex“-Sturm verursachten massiven Stromausfälle in den Vereinigten Staaten ausgerechnet während meinem Besuch dort (der zum Glück nicht von den Ausfällen betroffen war!) stattfand, fragte ich mich, wie sie solche Ausfälle wohl auf Smart-Grid auswirken würden. Besonders interessierten mich dabei Fragen der Wiederherstellbarkeit, Robustheit und vor allem: Anti-Fragilität.

Vielleicht ist Ihnen der letzte dieser drei Begriffe noch nie begegnet. Der Begriff „Anti-Fragilität“ wurde von Nassim Nicholas Taleb 2012 in seinem gleichnamigen Blog (“Anti-Fragile: Things that Gain from Disorder“) eingeführt.

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Sowohl in Talebs Buch als auch in anderen Diskussionen (zu finden auf seiner Homepage), ist Anti-Fragilität etwas völlig anderes als bloße Wiederherstellbarkeit (die Fähigkeit, sich nach Versagen wieder zu erholen) oder Robustheit (Widerstand gegen Versagen). Anti-Fragilität bedeutet, von Ausfällen zu profitieren! Der Begriff bezeichnet Systeme, die ihre Fähigkeiten, ihre Wiederherstellbarkeit, ihre Robustheit und ihre Komplexität just als Folge von Fehlern, Störungen, Angriffen und Ausfällen erhöhen können. Als Beispiel beschreibt Taleb in “Anti-Fragile“ (Seite 32) ein Paket, das dazu gemacht ist, grob behandelt, aus großen Höhen fallen gelassen und zerdrückt zu werden.

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In einer ersten Reaktion auf “Anti-Fragile“ im Forbes-Magazin vom November 2012 schrieb Mark P. Mills, dass Taleb „nützliche Paradigmen für das Nachdenken über komplexe Systeme wie elektrische Anlagen angesichts von Naturereignissen“ liefert. Weiter schrieb er „Die Entwicklung von anti-fragilen Systemen gegen erkennbar mehrstufige Messwerte (“Tier-like metrics“) ist also ein realistisches Unterfangen.“ Vielleicht ist das so. Es scheint aber ein Fakt zu sein, dass die Stromnetze, die vom Polar Vortex getroffen wurden von der Störung in keinster Weise profitiert haben. Stattdessen deuten die Ausfälle vor allem auf die Fragilität der Stromverteilungssysteme hin, die wegen der extremen Kälte versagt haben.

Dennoch: die Anfälligkeit der Stromverteilung hat in den USA eine gewisse Bewegung in Richtung anti-fragiler Modelle geschaffen. Das ist ein Trend, der mich selbst dazu bringt zu fragen, inwieweit solche anti-fragilen Fähigkeiten nicht auch Teil einer Smart-Grid- Architektur in Europa sein sollten. Am wichtigsten aber ist, dass chronische und wiederholte Stromausfälle in den USA die Verbreitung von Hausgeneratoren förderten, die zumindest einen Teil des Energiebedarfs von Privathaushalten unterstützen können, wenn die Strom vom allgemeinen Netz nicht verfügbar ist. Diese Generatoren sind ganz klar ein pures Reservesystem, die meiste Zeit liegen sie brach. Sie sind eine mehr oder weniger aufwendige Antwort der Hausbesitzer auf die Stromausfälle. Dennoch geben die Hausgeneratoren dem System als Ganzes genau die Redundanz, die charakteristisch ist für Anti-Fragilität.

Auch Taleb schreibt, dass Redundanz für Anti-Fragilität ausschlaggebend ist. In “Anti- Fragile“ schreibt er: „Die Natur liebt Überversicherung über alles.“ ( S. 44). Sollten Smart Grids Redundanz ebenfalls über alles lieben? Offensichtlich bringt das US-amerikanische Modell der fragilen Stromverteilung große Nachteile mit sich. Andererseits haben die häufigen Ausfälle im US-System zur Verbreitung der privaten Generatoren geführt, was wiederum die Auswirkungen eines Extremfalls wie des Polar Vortex mildern kann. Wenn wir ein anti-fragiles Smart Grid haben wollen , das nicht nur belastbar und robust, sondern anti-fragil ist – das also die Auswirkungen extremer, unerwarteter, unbekannter Ereignisse, darunter auch Cyberattacken, lindern kann – dann sollten wir vielleicht bis zu einem gewissen Grad auch Chaos und Unsicherheit in der Architektur und im Betrieb einplanen. Vielleicht sind häufige (hoffentlich kleine) Ausfälle also tatsächlich wünschenswert, um eine anti-fragiles Smart Grid zu fördern.

Taleb hat in seinem Buch (Seite 59) eine nützliche Tabelle erstellt, die die Fragilität von mechanischen Systemen mit der Anti-Fragilität von organischen Systemen vergleicht.

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Bestehende Netzarchitekturen fallen in die linke Spalte. Aber Smart Grids, soweit sie die Interdependenz fördern, schieben das Grid in die rechte Spalte. Ganz bestimmt steigt die Wahrscheinlichkeit eines vollen “Black Swan“-Ereignisses mit der zunehmenden Komplexität und der Interdependenz des Smart Grid. Also werde ich überprüfen, ob wir uns eher organischen denn mechanischen Modellen zuwenden sollen, wenn wir ein anti-fragiles Smart Grid aufbauen.

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