RESIST - Resiliente Stromnetze für die Energiewende

Wie lässt sich die Widerstandsfähigkeit unserer Stromversorgung angesichts wachsender Bedrohungen und des Umbaus hin zu erneuerbaren Energien sicherstellen? Im Fraunhofer-Verbundprojekt RESIST erforscht das IOSB-AST Methoden zur Cyber-Resilienz digitaler Stationen als Schlüsselkomponenten künftiger Stromnetze.

Die deutsche Stromversorgung ist historisch als stark hierarchisches, top-down strukturiertes System aufgebaut. Wenige, hochkritische Übertragungsnetze sichern die zuverlässige Versorgung auf regionaler und lokaler Ebene. Ein Ausfall auf dieser Ebene betrifft unmittelbar eine Vielzahl von Haushalten, Unternehmen und öffentlichen Einrichtungen. Mit der Energiewende verändert sich dieses System grundlegend: Dezentrale Erzeugung, bidirektionale Lastflüsse und eine zunehmende Digitalisierung der Netzinfrastruktur machen die Stromversorgung leistungsfähiger – aber auch verwundbarer. Gleichzeitig wachsen die Bedrohungen durch Extremwetterereignisse, technisches Versagen und gezielte Cyberangriffe. Die zentrale Frage lautet daher: Wie plant und betreibt man eine resiliente Stromversorgung der Zukunft?

Das übergeordnete Ziel von RESIST ist es, die Resilienz der Stromversorgung messbar, in Echtzeit darstellbar und optimierbar zu machen – und zwar über alle Phasen der Energiewende hinweg. Resilienz wird dabei als ganzheitliches Konzept verstanden, das technologische, ökonomische und regulatorische Fragestellungen stimmig miteinander verknüpft. Auf Basis identifizierter Ausfall- und Störungsszenarien entwickelt das Konsortium zwei zentrale Werkzeuge:

• Resilienzmonitor: Ermöglicht eine resiliente Betriebsführung in Echtzeit. Durch Prognosen von Schadensszenarien können technische und finanzielle Schäden frühzeitig minimiert werden.
• Strategisches Planungstool: Unterstützt einen Resilient-by-Design-Ansatz beim langfristigen Umbau des Stromnetzes – Resilienz wird damit bereits in der Planungsphase systematisch berücksichtigt.

Ergänzt werden diese Werkzeuge durch technische Erweiterungen für Kernkomponenten der Netzinfrastruktur, die deren Widerstandsfähigkeit gezielt erhöhen.

Innerhalb des Fraunhofer-Verbunds übernimmt das IOSB-AST die Forschungsarbeiten im Bereich IT-Sicherheit und Cyber-Resilienz – einem der zentralen Schwerpunkte des Projekts. Im Fokus steht die digitale (Umspann-)Station als kritischer Baustein heutiger und künftiger Stromnetze.

Warum die digitale Station? Umspannwerke und Schaltanlagen werden im Zuge der Digitalisierung zunehmend mit vernetzter Kommunikations- und Automatisierungstechnik ausgestattet (z. B. nach IEC 61850). Diese Hochvernetzung bietet erhebliche betriebliche Vorteile, eröffnet aber gleichzeitig neue Angriffsflächen. Klassische IT-Sicherheitskonzepte reichen in diesem Kontext nicht aus – gefragt ist Cyber-Resilienz: die Fähigkeit, Angriffe nicht nur abzuwehren, sondern auch unter Angriffsbedingungen handlungsfähig zu bleiben und den sicheren Betrieb aufrechtzuerhalten.

Forschungsschwerpunkte des IOSB-AST im Projekt:

• Dezentrale Resilienz- und Sicherheitsbewertung – Das IOSB-AST entwickelt Methoden, mit denen die Resilienz digitaler Stationen dezentral – also direkt auf Stationsebene – bewertet werden kann. Dies ermöglicht eine schnelle, lokale Einschätzung der aktuellen Sicherheitslage, ohne auf zentrale Systeme angewiesen zu sein.
• KI-basierte Erkennung von IT-Angriffen – Aufbauend auf der Expertise des IOSB-AST im Bereich der Anomalieerkennung (vgl. Projekt PROTECT) werden Verfahren der Künstlichen Intelligenz erforscht, die Angriffe auf die Kommunikationsinfrastruktur digitaler Stationen zuverlässig und frühzeitig erkennen.
• Kombination von Resilienz- und Erkennungsverfahren – Ein innovativer Ansatz des Projekts besteht darin, die Ergebnisse der Sicherheitsbewertung und der KI-gestützten Angriffserkennung zu integrieren. Dadurch entsteht ein umfassendes Lagebild, das nicht nur Angriffe detektiert, sondern auch deren Auswirkungen auf die Betriebsfähigkeit der Station bewertet und Handlungsoptionen aufzeigt.

Dieses Projekt wird gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (Förderkennzeichen: 03SF0637).

• Fraunhofer EMI
• Fraunhofer ISE
• Fraunhofer IEE
• Fraunhofer IEG
• Fraunhofer IOSB-AST