Die Studie wurde von der Physikerin Dr. Jiaojiao Zhang vom State Key Laboratory of Space Weather in Peking und ihren Kollegen durchgeführt. Sie sagten: „Die Sonne ist keine besonders friedliche Einheit. Sonnenstürme können in Hochspannungsübertragungssystemen geomagnetisch induzierte Ströme erzeugen, die Transformatoren beschädigen und sogar das gesamte System zum Einsturz bringen können.“
In ihrer Studie untersuchten die Forscher die Auswirkungen eines Sonnensturms auf das chinesische 500-kV-Stromnetz in Guangdong.
Dazu kombinierten sie drei separate Modelle – eines, das das Weltraumwetter simuliert, eines, das die Bodenleitfähigkeit modelliert, und eines, das das Stromnetz selbst nachbildet.
Daraus konnten sie die Reaktion des Stromnetzes auf einen realen koronalen Massenauswurf (CME) – eine starke Wolke aus geladenen Teilchen und elektromagnetischen Fluktuationen – messen, der die Erde im Juli 2012 um nur neun Tage verfehlte und wurde vom Sonnenobservatoriumssatelliten STEREO-A gemessen, den es getroffen hat.
Die Stärke dieses Sonnensturms war vergleichbar mit der des „Carrington-Ereignisses“ vom September 1859, das in Telegrafenkabeln solche Ströme induzierte, dass ihre Masten Funken schlugen, Betreiber elektrische Schläge erhielten und Leitungen auch bei Stromausfall funktionierten.
Es wird angenommen, dass Stürme auf der Ebene des Carrington-Ereignisses ungefähr alle 500 Jahre auftreten.
Nach Angaben des Teams erreichten die geomagnetisch induzierten Ströme, die durch den Sturm im Juli 2012 im Guangdong-Netz erzeugt worden wären, bis zu 400 Ampere, mehr als dreimal so viel wie bei einem Sturm, der im November 2004 tatsächlich auf das Netz traf.
(Dies könnte an Küstenstandorten eine Unterschätzung sein, stellten sie fest, da die abrupte Änderung der Leitfähigkeit am Rand des Ozeans das elektrische Feld entlang der Küste erheblich verstärkt.)
Die Forscher modellierten die Auswirkungen dieser Strömungen auf 54 Umspannwerke und verglichen sie mit den Strömungen, die bekanntermaßen im März 1989 das Stromnetz von Hydro-Québec lahmlegten und sieben Millionen Kanadier für mehr als neun Stunden ohne Strom ließen.
Sie sagten: „Der geomagnetisch induzierte Strom, der während des Sonnensturms vom 23. Juli 2012 durch das 500-kV-Stromnetz von Guangdong fließt, ist vergleichbar oder sogar größer als der im 735-kV-Stromnetz von Hydro-Québec während des Sturms vom März 1989.“
Unter Hinweis darauf, dass die Auswirkungen von Sonnenstürmen in höheren Breiten normalerweise stärker sind, fügte das Team hinzu: „Wir haben gezeigt, dass selbst ein Stromnetz in niedrigen Breiten unter den Auswirkungen eines Sonnensturms zusammenbrechen kann.
„Folglich könnten ohne ausreichende Vorbereitung die Folgen eines Sonnensturms für die Stromnetze weltweit verheerend sein.“
Die vollständigen Ergebnisse der Studie wurden in der Zeitschrift Space Weather veröffentlicht.
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Zum Glück für die Menschheit sind starke geomagnetische Stürme in der Größenordnung des Carrington-Ereignisses relativ selten – obwohl kleinere Ereignisse häufiger sind.
In einer zweiten Studie, die diese Woche veröffentlicht wurde, untersuchten die Physikerin Zoe Lewis von der Lancaster University und ihre Kollegen die langfristigen Auswirkungen einer solchen niedrigeren geomagnetischen Aktivität auf 13 Kraftwerkstransformatoren in Großbritannien zwischen 2010 und 2015.
Insbesondere untersuchte das Team Daten aus Analysen gelöster Gase, die eine Bewertung des Zustands von Transformatoren basierend auf den Konzentrationen verschiedener Gase liefern, die aus dem Abbau von Isoliermaterialien stammen und im Transformatorkühlöl gelöst sind
Sie verglichen diese Daten zum Zustand der Transformatoren mit vermehrten lokalen und globalen Wetterperioden im Weltraum, um zu sehen, ob es einen Zusammenhang zwischen Sonnenstürmen und Schäden an den Stromversorgungssystemen gibt.
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Beruhigenderweise fanden die Forscher keinen Zusammenhang zwischen geringer geomagnetischer Aktivität und der Verschlechterung des Transformators – zumindest nicht während der jüngsten Ruhephase der Sonne.
Sie sagten: „Die Ergebnisse dieser Studie belegen, dass eine niedrigere geomagnetische Aktivität moderne Transformatoren in Großbritannien wahrscheinlich nicht wesentlich beschädigen wird.
„Schäden können nur bei schwereren und selteneren geomagnetischen Stürmen auftreten.“
Die vollständigen Ergebnisse der zweiten Studie wurden auch in der Zeitschrift Space Weather veröffentlicht.