Resilienz kritischer Infrastrukturen

Mit technologischen Transformationen im Bereich kritischer Infrastrukturen, wie sie sich bspw. mit der Energie- und Mobilitätswende abzeichnen, geht eine Erhöhung des Digitalisierungs- und Vernetzungsgrads, aber auch eine Erhöhung des Vulnerabilitätspotentials von wichtigen Versorgungssystemen einher (z.B. Cyber-Angriffe).

Auch systemische Risiken bei der Bereitstellung von Ressourcen, wie sie in einem dezentralen Energiesystem, das auf erneuerbaren Energien aufgebaut ist (z.B. Komponentenausfall, volatile Einspeisung), gefährden die Versorgungssicherheit.

Die zuvor genannten Aspekte zusammen mit dem Umstand, dass Entwicklungen und Dynamiken bei der Nachfrage

  • nach Energie - z.B. drastische Erhöhung des Strombedarfs aufgrund des Klimawandels (Kühlung im Sommer) oder durch die Verbreitung neuer Stromverbraucher (E-Mobilität),
  • aber auch nach Verkehrskapazitäten - z.B. aufgrund einer kontinuierlichen Zunahme der inter-urbanen Verkehrsnachfrage (Wirtschaftsverkehr),

schwer zu prognostizieren sind, vergrößern Unsicherheiten hinsichtlich der Zuverlässigkeit und Resilienz zukünftiger Versorgungssysteme.

Um Nachhaltigkeitsentwicklungen langfristig zu unterstützen, muss im Rahmen der notwendigen technologischen Transformationen kritischer Sektoren die Sicherheit der Versorgung vor dem Hintergrund sich verändernder Randbedingungen neu bewertet werden.

Da kritische Dienste mehr und mehr u. A. von einer zuverlässigen Strom- wie Informations-Versorgung abhängen (Smart City), können einzelne Störungen oder Versorgungsunterbrechungen verheerende Auswirkungen auf die Versorgungssicherheit eines urbanen Raums haben.

Unsere Forschung hierzu untersucht Freiheitsgrade im Bereich des Designs kritischer Infrastrukturen (z.B. Versorgungsnetze) und im Bereich robuster und dynamischer Maßnahmen-Entwicklung mit dem Ziel der Verbesserung der Resilienz einzelner Infrastrukturen oder Infrastruktur-Systeme. In diesem Zusammenhang werden KI-basierte Konzepte, Methoden und Algorithmen zu den folgenden Schwerpunktthemen erarbeitet:

  • Planung und (Echt-Zeit-)Betrieb resilienter und adaptiver (smarter) kritischer Infrastrukturen und Versorgungsnetze – hierbei werden insb. smarte Energiesysteme, Wasserversorgung und Transportsysteme (Autobahnen) betrachtet.
  • Dynamische Entscheidungsunterstützung im Krisenmanagement – hierbei werden Methoden zur multi-kriteriellen Entwicklung robuster und koordinierter Maßnahmen unter Einbeziehung verschiedener kritischer Infrastrukturen wie Gesundheitssystem, Strom- und Wasserversorgung (urbane Resilienz) untersucht.

Kontaktadressen:

Dr. rer. nat. Sadeeb Simon Ottenburger
KIT - Karlsruhe Institute für Technologie
Institute für Thermische Energietechnik
und Sicherheit (ITES)
Hermann-von-Helmholtz-Platz 1
D-76344 Eggenstein-Leopoldshafen
Telefon: +49 721 608 25507
Fax: +49 721 608 28452
Email: ottenburger∂kit.edu

 

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Lehrveranstaltungen:

Vorlesung WS2020/21

"Resilience Thinking in Urban and Regional Planning - 'sustainable' Integration of Sustainable Energy Technologies"

 

Publikationen


Multicriteria Decision Analysis for Sustainability Assessment for Emerging Batteries
Estrada, L. M.; Haase, M.; Baumann, M.; Müller, T.
2024. Emerging Battery Technologies to Boost the Clean Energy Transition : Cost, Sustainability, and Performance Analysis. Ed.: S. Passerini, M. Baumann, M. Weil, 307–334, Springer International Publishing. doi:10.1007/978-3-031-48359-2_18
Smart cities at risk: Systemic risk drivers in the blind spot of long‐term governance
Ottenburger, S. S.; Ufer, U.
2023. Risk Analysis, 43 (11), 2158–2168. doi:10.1111/risa.14102
Towards the Design of a Simulation-based Decision Support System for Mass-Casualty Incidents
Hager, F.; Reuter-Oppermann, M.; Müller, T.; Ottenburger, S.
2023. Proceedings of the International ISCRAM Conference, 20th Global Information Systems for Crisis Response and Management Conference, ISCRAM 2023, Omaha, 28th - 31st May 2023, 565 – 574, Information Systems for Crisis Response and Management (ISCRAM)
Towards the Design of a Simulation-based Decision Support System for Mass-Casualty Incidents
Hager, F.; Reuter-Oppermann, M.; Müller, T.; Ottenburger, S. S.
2023. 20th Annual Global Conference on Information Systems for Crisis Response and Management (ISCRAM 2023), Omaha, NE, USA, 28.–31. Mai 2023
AI-assisted analysis of correlatios of dam deformation, seismic events, meteorology, and water level changes
Ottenburger, S. S.; Trybushnyi, D.; Rebmeister, K.; Zadeh Toularoud, N. K.; Quandt, D.; Möhrle, S.; Ünal, O.; Bosch, J.; Müller, T.; Haller, C.; Schenk, A.; Kron, A.; Müller B.
2023. 91st Symposium "Management for Safe Dams" (ICOLD-CIGB 2023), Göteborg, Schweden, 11.–15. Juni 2023
Digitale Risikotreiber in Smart Cities: Ein neues regulatorisches Anforderungsfeld
Ufer, U.; Ottenburger, S. S.
2023. Transforming cities, 23 (1), 78–80
Ecological footprint of Russia’s Ukraine invasion
Zheleznyak, M.; Donchyts, G.; Maderich, V.; Dronova, I.; Tkalich, P.; Trybushnyi, D.; Faybishenko, B.; Dvorzhak, A.
2022. Science, 377 (6612), 1273. doi:10.1126/science.ade6869
Energiesysteme zukunftssicher gestalten: Resilienz & Nachhaltigkeit & Partizipation als Treiber für technologische und gesellschaftliche Innovationen
Hanselka, H.; Ottenburger, S. S.; Raskob, W.; Bao, K.; Rösch, C.
2022. Resilienz – Innovationen – Wachstum: Energie für die postpandemische Zeit, 42–54, Forum für Zukunftsenergien e.V
Smart Resilience Engineering: Mitigative Planning of Networked Infrastructures, Uncertainties and Robust Management
Ottenburger, S. S.; Raskob, W.; Müller, T.; Möhrle, S.
2022. Annual Report 2020 of the Institute for Thermal Energy Technology and Safety. Hrsg.: W. Tromm, 39–49, KIT Scientific Publishing
Climate-neutral and intelligent cities in Europe : Mission statements, paths, risks
Kropp, C.; Ley, A.; Ottenburger, S. S.; Ufer, U. (Hrsg.)
2021. Zeitschrift für Technikfolgenabschätzung in Theorie und Praxis, 30 (1), 10–55. doi:10.14512/tatup.30.1.10
Making intelligent cities in Europe climate-neutral : About the necessity to integrate technical and socio-cultural innovations
Kropp, C.; Ley, A.; Ottenburger, S. S.; Ufer, U.
2021. Zeitschrift für Technikfolgenabschätzung in Theorie und Praxis, 30 (1), 11–16. doi:10.14512/tatup.30.1.11
Resilience by Design: Erneuerbare Energiesysteme nachhaltig gestalten
Hanselka, H.
2021. Redundanzen, Resilienzen und Nachhaltigkeit : Energie für die 20er Jahre, 80–87, Forum für Zukunftsenergien e.V
Strengthening Resilience in Critical Infrastructure Systems: A Deep Learning Approach for Smart Early Warning of Critical States
Möhrle, S.; Ottenburger, S. S.; Müller, T. O.; Trybushnyi, D.; Deines, E.; Raskob, W.
2021. 31st European Safety and Reliability Conference (ESREL 2021), Angres, Frankreich, 19.–23. September 2021
Strengthening Resilience in Critical Infrastructure Systems: A Deep Learning Approach for Smart Early Warning of Critical States
Möhrle, S.; Ottenburger, S. S.; Müller, T. O.; Trybushnyi, D.; Deines, E.; Raskob, W.
2021. Proceedings of the 31st European Safety and Reliability Conference (ESREL 2021). Hrsg.: B. Castanier, 1894–1901, Research Publishing. doi:10.3850/978-981-18-2016-8_239-cd
Smart grid resilience - The role of future power systems in critical infrastructure protection [in press]
Ottenburger, S.; Raskob, W.
2021. Modelling the Resilience of Infrastructure Networks Remenyte-Prescott, Rasa; Kopustinskas, Vytis (Eds.), 148–165, Det Norske Veritas AS (DNS)
Criticality-Based Designs of Power Distribution Systems: Metrics for Identifying Urban Resilient Smart Grids
Ottenburger, S. S.
2021. Information Technology Applications for Crisis Response and Management. Ed.: J. Beard, 150–175, Engineering Science Reference. doi:10.4018/978-1-7998-7210-8.ch008
Structure and Laboratories of the Institute of Nuclear and Energy Technologies
Tromm, W.
2021. Annual Report 2019 of the Institute for Nuclear and Energy Technologies, 1–6, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
A Novel Optimization Method for Urban Resilient and Fair Power Distribution Preventing Critical Network States
Ottenburger, S. S.; Çakmak, H. K.; Jakob, W.; Blattmann, A.; Trybushnyi, D.; Raskob, W.; Kühnapfel, U.; Hagenmeyer, V.
2020. International journal of critical infrastructure protection, 29, Art.Nr. 100354. doi:10.1016/j.ijcip.2020.100354
Agent based model in risk management: several applications
Bai, S.
2020. The Second International Symposium on Simulation and Process Modelling (ISSPM 2020), Online, 29.–30. August 2020
Simulations of COVID-19 spread by spatial agent-based model and ordinary differential equations
Bai, S.
2020. International journal of simulation and process modeling [modelling], 15 (3), 268–277. doi:10.1504/IJSPM.2020.10029411
Comprehensive Learning Particle Swarm Optimization Algorithm With Local Search for Multimodal Functions
Cao, Y.; Zhang, H.; Li, W.; Zhou, M.; Zhang, Y.; Chaovalitwongse, W. A.
2019. IEEE transactions on evolutionary computation, 23 (4), 718–731. doi:10.1109/TEVC.2018.2885075
Knowledge Database and Regionalization of JRODOS for the HARMONE Project
Bai, S.; Staudt, C.; Kaiser, J. C.; Raskob, W.
2019. 4th NERIS Workshop : “Adapting nuclear and radiological emergency preparedness, response and recovery to a changing world”, Proceedings, 87–94, CERN
Integrated Risk Analysis for Safe and Resilient Operation of Dams - Early Warning System for Risk Reduction
Ottenburger, S. S.; Mohr, S.; Daniell, J.; Kunz, M.
2019. DAMAST (Dams and Seismicity), BMBF-FONA Project - Initial Meeting (2019), Sugdidi, Georgien, 15. Oktober 2019
Smart Urban Resilience -Smart Grids and Critical Infrastructure Protection
Ottenburger, S. S.
2019. 1st Smart Cities Breakfast Conference (2019), Washington, DC, USA, 3. Oktober 2019
Smart Urban Resilience - Implementing Sustainability in a Sustainable Way!
Ottenburger, S. S.
2019. DAAD Workshop on Sustainable Urban Development in Europe and North Africa (2019), Tunis, Tunesien, 22.–24. November 2019
Continuous and Urban Resilient Power Supply During Critical States
Ottenburger, S. S.
2019. 10th Resilient Cities 2019 : Global Forum on Urban Resilience and Adaptation (2019), Bonn, Deutschland, 26.–28. Juni 2019
Smart Grid Resilience: Concepts on dealing with Power Scarcity for decentralized Power Systems
Ottenburger, S. S.; Raskob, W.
2019. Annual Report 2017-2018 of the Institute for Nuclear and Energy Technologies. Ed.: T. Schulenberg, 57–64, KIT Scientific Publishing
Smart Space and Concrete Risks
Ottenburger, S. S.; Ufer, U.
2019. Is this the real world? Perfect Smart Cities vs. Real Emotional Cities - Tagungsband der REAL CORP 2019 - 24. internationale Konferenz zu Stadtplanung und Regionalentwicklung in der Informationsgesellschaft, Karlsruhe, Deutschland, 2. - 4. April 2019. Ed. M. Schrenk, 63–67, Competence Center of Urban and Regional Planning (CORP)
Smart Space and Concrete Risks
Ottenburger, S.; Ufer, U.
2019. 24th International Conference on Urban Planning and Regional Development in the Information Society (REAL CORP 2019), Karlsruhe, Deutschland, 2.–4. April 2019
A Future-Oriented Agent-Based Simulation to Improve Urban Critical Infrastructure Resilience
Münzberg, T.; Müller, T.; Raskob, W.
2018. Urban Disaster Resilience and Security – Addressing Risks in Societies. Ed.: A. Fekete, 261–284, Springer International Publishing. doi:10.1007/978-3-319-68606-6_16
Schutz kritischer Infrastrukturen: Kritikalität als Entscheidungsmaß zur Abwehr von Gefahre am Beispiel Stromausfall
Münzberg, T.; Ottenburger, S. S.
2018. Was heißt Kritikalität? : Zu einem Schlüsselbegriff der Debatte um kritische Infrastrukturen. Hrsg.: J.I. Engels, 179–214, transcript Verlag
Direct and indirect vulnerability analysis framework for decentralized power systems
Ottenburger, S. S.; Daniell, J.
2018. International Conference on ’Natural Hazards and Risks in a Changing World’, Potsdam, October 4-5, 2018
Exposure and vulnerability of the energy system to internal and external effects
Wiens, M.; Raskob, W.; Diehlmann, F.; Wandler, S.; Schultmann, F.
2018. Energy as a Sociotechnical Problem. Ed. by Christian Büscher, Jens Schippl, Patrick Sumpf., 96–122, Routledge
Smart Grid resilience - security of supply 2.0
Ottenburger, S. S.; Cakmak, H. K.; Jakob, W.; Blattmann, A.; Deines, E.; Trybushnyi, D.; Raskob, W.; Hagenmeyer, V.
2018. 7. Jahrestagung des KIT-Zentrums Energie (2018), Karlsruhe, Deutschland, 26. Juni 2018
Smart Grid Topologies Paving the Way for an Urban Resilient Continuity Management
Ottenburger, S. S.; Münzberg, T.; Strittmatter, M.
2017. International Journal of Information Systems for Crisis Response and Management, 9 (4), 1–22. doi:10.4018/IJISCRAM.2017100101
Enhancing urban resilience via a real-time decision support system for smart cities
Ottenburger, S.; Airaksinen, M.; Pinto-Seppä, I.; Raskob, W.
2017. 2017 International Conference on Engineering, Technology and Innovation (ICE/ITMC), Madeira Island, Portugal, 27–29 June 2017, 836–844, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). doi:10.1109/ICE.2017.8279970
HARMONE User Interface
Bai, S.; Raskob, W.
2017
Enhancing urban resilience via a real-time decision support system for smart cities
Ottenburger, S.; Airaksinen, M.; Pinto-Seppa, I.; Raskob, W.
2017. 23rd ICE/IEEE International Technology Management Conference, Funchal, P, June 27-29, 2017
An approach for analyzing the impacts of smart grid topologies on critical infrastructure resilience
Ottenburger, S.; Münzberg, T.
2017. Proceedings of the 14th International Conference on Information Systems for Crisis Response and Management (ISCRAM 2017). Agility is Coming. Albi, F, May 21-24, 2017. Ed.: T. Comes, 400–411, ISCRAM
An approach for analyzing the impacts of smart grid topologies on critical infrastructure resilience
Ottenburger, S.; Münzberg, T.
2017. 14th International Conference on Information Systems for Crisis Response and Management (ISCRAM 2017), Albi, F, May 21-24, 2017
A spatial-temporal vulnerability assessment to support the building of community resilience against power outage impacts
Münzberg, T.; Wiens, M.; Schultmann, F.
2017. Technological Forecasting and Social Change, 121, 99–118. doi:10.1016/j.techfore.2016.11.027
OPERRA-HARMONE: Harmonising Modelling Strategies of European Decision Support Systems for Nuclear Emergencies
Bai, S.; Boyer, P.; Brown, I.; Camps, J.; Charnock, T.; Didier, D.; Fiengo, F.; Garcia-Sanchez, L.; Gonze, M. A.; Groell, J.; Guibe, C.; Hürkamp, K.; Isnard, O.; Kaiser, J., C.; Mourlon, C.; Nicoulaud-Gouin, V.; Nisbet, A.; Raskob, W.; Simon Cornu, M.; Staudt, C.; Stonell, K.; Sweeck, L.; Tschiersch, J.; Vives, I.; Batlle, J.; Watson, S.; Zheleznyak, M.
2016. Helmholtz Zentrum München
Stromausfall: Schutzziele und Referenzszenarios für kritische Infrastrukturen in der kommunalen Gefahrenabwehrplanung
Münzberg, T.; Wiens, M.; Raskob, W.; Schultmann, F.
2015. Gemeinsames Treffen des Arbeitskreises Naturgefahren/-risiken der Deutschen Gesellschaft für Geographie und des Katastrophennetzes KatNET e.V., Berlin, 29.-30.September 2015