Transformatorvorräte – und Netze – sind in Gefahr

Sowohl in den USA als auch in der Ukraine sind einige der grundlegendsten Komponenten der Energieausrüstung – Transformatoren – Mangelware, was die Anfälligkeit ihrer Stromnetze erhöht. In den USA haben eine Flut von Hurrikanen, globale Versorgungsengpässe, inländische Terroranschläge auf die Netzinfrastruktur und ein Mangel an inländischer Produktion zu einer Erschöpfung der Lagerbestände geführt. In der Ukraine zerstören die unerbittlichen russischen Bombardierungen von Umspannwerken Transformatoren schneller, als sie ersetzt werden können.

Beide Situationen kamen diese Woche vor den US-Kongress. Präsident Wolodymyr Selenskyj erschien vor einer gemeinsamen Sitzung des Kongresses und forderte mehr Waffen zur Bekämpfung der russischen Angriffe. Selenskyj schlug einen trotzigen Ton an und sagte, Bomben und Stromausfälle würden der Ukraine das Weihnachtsfest nicht stehlen: „Selbst wenn es keinen Strom gibt, wird das Licht unseres Glaubens an uns selbst nicht gelöscht.“

Unterdessen appellierten Kongressabgeordnete hinter den Kulissen in letzter Sekunde und letztendlich erfolglos an Bundesgelder, um die Transformatorenproduktion anzukurbeln.

Transformatoren sind wie Vertrauen – Monate oder Jahre zum Aufbau, Sekunden oder Minuten zum Zerstören.

Das Versäumnis, den Transformatorantrag in den 1,7 Billionen US-Dollar schweren Regierungsfinanzierungsentwurf einzubetten, den der Kongress voraussichtlich heute an Präsident Biden übermitteln wird, enttäuschte die Energieversorger und ihre Unterstützer, nachdem sie mehr als sechs Monate lang mit der Biden-Regierung zusammengearbeitet und um Unterstützung plädiert hatten.

„Wir haben uns in dem Durcheinander ein wenig verlaufen. Das ist ein echter Schlag“, sagt Alex Strong, Lobbyist der National Association of Home Builders, deren Mitgliedern die Transformatorkästen am Straßenrand ausgehen. „Aufgrund dieses einen Engpasses in der Lieferkette kommen die Entwicklungen zum Erliegen“, sagt Strong.

Seit der Geburt moderner Stromnetze haben Millionen von Transformatoren an Straßenmasten und in Schaltanlagen die Praktikabilität von Wechselstrom untermauert. Transformatoren regeln die Spannung zwischen Zehntausenden und Hunderttausenden Volt, sodass der Strom mit geringen Verlusten transportiert werden kann, und auf 100 bis 120 Volt, die Haushaltsgeräte sicherer versorgen.

Doch fast 140 Jahre nach ihrer Erfindung ähneln Transformatoren noch immer einem Vertrauen: Es kann Monate oder sogar Jahre dauern, sie aufzubauen, und nur Sekunden bis Minuten, um sie zu zerstören.

Durchschlagende Projektile können die Wärmeübertragungsöle freisetzen oder entzünden, die ihre komplizierten Spulenwicklungen vor Überhitzung schützen, was häufig zu irreparablen Schäden führt. Das kann in Zeiten zunehmender Angriffe auf Transformatoren eine lähmende Schwäche sein.

In der Ukraine zerstören russische Sperrfeuer fast täglich mehrere Transformatoren. Das hat Transformatoren nach westlichen Raketensystemen zur gefragtesten Hardware des Landes gemacht. Und es hat die ukrainischen Netzbetreiber gezwungen, bei ihren Kollegen im Ausland um Ersatzteile zu bitten.

Ein Schuster arbeitet unter der Taschenlampe während eines Stromausfalls in Lemberg am 16. Dezember 2022, nachdem russische Angriffe auf die Energieinfrastruktur gerichtet waren. Yuiry Dyachyshyn/AFP/Getty Images

Vorsätzliche Netzangriffe sorgen auch in den USA für Besorgnis. Schüsse, die vor fünf Jahren gelegentlich Transformatordosen an Masten zerstörten, zerstören zunehmend Transformatoren in Umspannwerken, die über 200 Tonnen wiegen und Stadtteile oder ganze Städte mit Strom versorgen können.

Koordinierte Schusswaffenangriffe auf zwei Umspannwerke von Duke Energy in North Carolina sorgten diesen Monat für Schlagzeilen, da etwa 45.000 Menschen bis zu vier Tage lang ohnmächtig wurden. Aber allein in den letzten zwei Monaten kam es in den gesamten USA durch vorsätzliche Beschädigung von Umspannwerken zu Stromausfällen, darunter in einem zweiten Gebiet in North Carolina, Ohio sowie in Oregon und den Bundesstaaten Washington. Alle bleiben ungelöst.

Selbstmordketten an Neonazis

Das Ausmaß der feindlichen Angriffe in den USA verblasst im Vergleich zum Leid der Ukraine. Aber es gibt beunruhigende Gemeinsamkeiten. In beiden Ländern scheinen Angriffe auf Umspannwerke dazu gedacht zu sein, Chaos und Angst zu säen, und sind zumindest teilweise von einer Abneigung motiviert, die von rücksichtslos bis geradezu rachsüchtig reicht.

Schüsse aus einem Hochleistungsgewehr haben letzten Monat ein Umspannwerk der American Electric Power in Centerburg, Ohio, lahmgelegt, was bereits im Februar durch beunruhigende Schlagzeilen für Aufregung sorgte. In diesem Monat bekannten sich vor einem Gericht in Columbus ein Einwohner von Ohio und zwei weitere Männer einer Verschwörung gegen weiße Rassisten schuldig. Nach Angaben des US-Justizministeriums wurde die Attacke 2019 in einer Online-Chat-Gruppe ins Leben gerufen und zielte auf mehrere Umspannwerke in den gesamten USA ab.

„Wir haben dieses Jahr ein erhöhtes Interesse aufgrund extremer Wetterbedingungen festgestellt. Sobald sich der Duke-Vorfall ereignete, verlagerte sich alles auf physische Angriffe.“ – David Rupert, CEO, Grid Assurance

Die Verschwörer „erwarteten, dass der Schaden zu wirtschaftlicher Not und zivilen Unruhen führen würde“, sagte Timothy Langan, stellvertretender Direktor der Terrorismusbekämpfungsabteilung des FBI, in einer Pressemitteilung vom Februar 2022, in der auch ihr „Festhalten an rassistisch oder ethnisch motivierten gewalttätigen extremistischen Ansichten“ angeführt wurde.

Jeder Angeklagte wurde damit beauftragt, ein Umspannwerk in einer anderen Region der USA anzugreifen. Sie besaßen die erforderlichen Waffen sowie „Selbstmordhalsketten“, die mit dem starken Betäubungsmittel Fentanyl versetzt waren.

Sechs Monate nach den Columbus-Anmeldungen erfuhren die Bundesbehörden, dass ein „mutmaßlicher weißer Rassist“ laut dem Kabelnachrichtensender NewsNation die „exakten Koordinaten von mehr als 75.000 Umspannwerken in den USA“ online gestellt habe.

Angriffe und Warnungen steigern das Interesse der Energieversorger an Programmen, die ihnen Zugang zu gemeinsamen Vorräten an Transformatoren und anderen kritischen Geräten verschaffen. „Wir haben ein erhöhtes Interesse festgestellt. Wir haben etwa ein halbes Dutzend potenzielle neue Abonnenten“, sagt David Rupert, CEO von Grid Assurance mit Sitz in Columbus, der neuesten Ausrüstungsaktie in den USA

„Bis zum Duke-Energy-Vorfall verzeichneten wir das ganze Jahr über ein erhöhtes Interesse an Extremwetterereignissen. Sobald sich der Duke-Vorfall ereignete, verlagerte sich alles auf physische Angriffe“, sagt Rupert.

Grid Assurance wurde durch den Scharfschützenangriff im Jahr 2013 inspiriert, bei dem 17 große Transformatoren in einem Umspannwerk in der Nähe von San Jose lahmgelegt wurden. Seit ihrer Gründung im Jahr 2020 hat die Organisation 31 Versorgungsunternehmen in 23 Bundesstaaten unter Vertrag genommen. Es lagert große Transformatoren, Leistungsschalter und andere Komponenten, die in Übertragungssystemen verwendet werden, und gibt sie frei, wenn Teilnehmer von einem physischen Angriff, einem Cyberangriff oder extremen Wetterbedingungen wie Hurrikanen betroffen sind.

Die Bündelung von Ressourcen bietet eine Versicherungspolice gegen schwerwiegende Ereignisse, die bei einem Unternehmen voraussichtlich nur selten auftreten. Aber Rupert sagt, dass eine stärkere und engere Fertigung die Sicherheit erhöhen würde. Knappere Vorräte führen zu längeren Verzögerungen bei der Ersetzung von Vorräten, die durch einen größeren Vorfall mit weitreichender Zerstörung – etwa einen gewaltigen Sonnensturm oder einen Angriff mit elektromagnetischen Waffen – zerstört werden könnten.

Große Transformatoren, die Grid Assurance im Jahr 2020 erworben hat und die in 18 bis 24 Monaten geliefert werden sollen, würden heute bis zu 39 Monate brauchen, um sie zu ersetzen. Schlimmer noch, sagt Rupert: 70 Prozent der Transformatoren werden außerhalb Nordamerikas hergestellt. Keines davon wird in den USA hergestellt. „Es ist sehr wichtig, so viel davon wie möglich ins Ausland zu verlagern“, sagt er.

Elektrostahl gesucht

Ein Bericht des Idaho National Laboratory vom Februar 2022 untersuchte die Herausforderungen, die zur Transformatorknappheit führen, und ging dabei auf eine Schlüsselzutat ein: kornorientiertes Elektroband. Es ist die Qualität, die für kompakte und effiziente Transformatoren erforderlich ist. Sie wird nur von einer US-Firma hergestellt und die landesweite Laborstudie ergab, dass Qualität und Quantität unzureichend sind. Infolgedessen decken inländische Hersteller nur ein Fünftel des US-Transformatorbedarfs ab – meist kleine Geräte, die mehrere Häuser oder Blöcke mit Strom versorgen.

Die Studie identifizierte die Finanzierung und Koordinierung im Rahmen des Defence Production Act (DPA), der 2021 zur Bereitstellung medizinischer Hilfsgüter zur Bekämpfung von COVID-19 eingeführt wurde, als eine wichtige Chance, die inländische Produktion von kornorientiertem Stahl und Transformatoren sowie anderen Netzkomponenten wie z Leistungsschalter und Schaltanlagen. Die Biden-Administration befürwortete im Juni die Kontaktaufnahme mit der DPA, ebenso wie ein gemeinsames „Tiger-Team“ aus Regierung und Industrie.

Das taten auch einige Demokraten im Kongress und schlugen 2,1 Milliarden US-Dollar vor, um die Produktion von Transformatoren und zugehöriger Netzausrüstung anzukurbeln, was ihrer Meinung nach entscheidend ist, um das Potenzial des jüngsten Inflation Reduction Act zur Beschleunigung der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien auszuschöpfen. Senator Sheldon Whitehouse aus Rhode Island brachte es letzte Woche in einem Interview mit IEEE Spectrum auf den Punkt: „Um die Elektronen zu bewegen, in die die [IRA] investiert, müssen wir viele elektrische Geräte herstellen, darunter auch Transformatoren.“

Letztendlich sagen Lobbyisten, dass die vorgeschlagenen DPA-Mittel einfach durch andere Prioritäten verdrängt wurden. Vorerst bleibt es den Versorgungsunternehmen überlassen, ihre eigenen Lösungen zu entwickeln.

Ein Verteilernetzbetreiber aus North Carolina hat dies nach dem Angriff von Duke Energy in diesem Monat sicherlich getan. Am Morgen danach bauten Teams der in Asheboro ansässigen Randolph Electric Membership Coop und benachbarter Versorgungsunternehmen Verbindungsleitungen zu nicht betroffenen Umspannwerken, und am nächsten Abend floss genug Strom über drei Kilometer modernisierter und neuer Leitungen, um mehrere tausend Kunden fortlaufend zu versorgen , Wiederherstellung des Zugangs zu Benzin, Lebensmitteln und anderen Dienstleistungen.

Eine kleine Hilfe von Freunden

Die Netzingenieure in der Ukraine haben zweifellos ihre Kreativität und ihren Mut bewiesen, indem sie alle Teile zusammenbastelten und zusammenfügten, die ihnen möglich waren, um die durch jedes russische Sperrfeuer ausgefallene Stromversorgung wiederherzustellen. Am vergangenen Freitag hatten die Ingenieure die Stromlieferungen um mehr als die Hälfte reduziert, als sie sich an die Arbeit machten – obwohl die ukrainische Luftabwehr 60 der 80–90 abgefeuerten Raketen abgeschossen hatte. Am nächsten Tag sagte Präsident Selenskyj, dass die Netzbetreiber bereits wieder Strom für fast sechs Millionen Menschen hätten.

Natürlich lag noch viel Arbeit vor uns. „Es gibt noch viel zu tun, um das System zu stabilisieren. Es gibt Probleme mit der Wärmeversorgung, es gibt große Probleme mit der Wasserversorgung“, sagte Selenskyj.

Mehrere Sperrfeuer seit dem Wochenende haben noch mehr Schaden angerichtet.

Ein hoffnungsvolles Zeichen angesichts der Zerstörung der zivilen Infrastruktur durch Russland ist der jüngste Anstieg der aus dem Ausland gelieferten Ersatzteile. DTEK, ein Energiekonzern, der den Großteil des Stroms in der Ostukraine vertreibt, erhielt letzte Woche seine erste Ausrüstungslieferung, darunter 36 Transformatoren vom Zürcher Ausrüstungslieferanten Hitachi Energy.

Andere Verteiler profitieren von 250 Transformatoren, die Anfang des Monats vom litauischen Strom- und Gasverteiler ESO gespendet wurden.

Ukrenergo kann unterdessen dank mehr als 400 Millionen Euro an Krediten und Zuschüssen europäischer Regierungen letzte Woche Ausrüstung für sein Übertragungsnetz kaufen.

Weitere gute Nachrichten stammen aus der ukrainischen Einschätzung eines weiteren schwindenden Vorrats: Russlands Raketenvorräte. Der Nationale Sicherheits- und Verteidigungsrat schätzt, dass Russland noch über genügend Waffen für „höchstens zwei, drei, vielleicht vier weitere“ seiner Massenangriffe verfügt.