„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ · 2 Was lesen wir alle tagtäglich in...

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„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“

„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel

Vorlesung im Wintersemester 2007/2008Universität Trier

Dipl.-Ing. Kurt Rommel

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Was lesen wir alle tagtäglich in der Zeitung?


Quelle: Allgemeine Zeitung Mainz, 23.10.2006

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… und aktuell?


Quelle: Welt am Sonntag, 21.10.2007

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Wie nimmt die Öffentlichkeit die Strombranche aktuell wahr: Kundenzufriedenheit 2007


Quelle: Kundenmonitor Deutschland 2007

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… und was tut die Branche selbst für ihr Bild?


Quelle: Wirtschaftswoche, Sept. 2007

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Was möchte ich Ihnen zum Verständnis energie-wirtschaftlicher Zusammenhänge alles vorstellen?

� Was ist der Reiz des Spiels?

� Das Spielfeld

� Die Regeln

� Der bisherige Spielverlauf

� Die Taktik zum Erfolg

� Die Feldspieler

� Die Ersatzbank

� Die entscheidende Phase ….


� Grundbegriffe, Grundlagen

� Reserven, Ressourcen, Funktionsabläufe

� Gesetze und Verordnungen

� Historische Entwicklung

� Preisbildung, Preisentwicklungen

� Unternehmen und deren Aufstellung

� Erneuerbare Energien und neue Anbieter

� Zentrale energiepolitische Fragen

Wenn wir´s sportlich formulieren: …. heißt bei uns:

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Was kann ich Ihnen anbieten?

� Eine offene Diskussion zu den Themenfeldern rund um die Energiewirtschaft.

� Einen allgemeinverständlichen Filmbeitrag zum Thema.

� Und – wenn Sie wollen – zum Abschluss eine Exkursion.


� Eigene Themenwünsche oder Schwerpunkte

� Ab und zu eine Frage

� … und manchmal dürfen Sie ein klein bisschen mitrechnen.

Was können Sie einbringen?

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Filmbeitrag

„Energie: das Problem“


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Grundlagen und Grundbegriffe der Energiemärkte


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Energie

� Energie ist das in einem Körper oder Stoff vorhandene Potenzial,physikalische Arbeit zu verrichten oder Wärme zu erzeugen.

� Für Energie gilt der Energieerhaltungssatz, demzufolge Energie weder erzeugt noch vernichtet werden, sondern lediglich ihre Erscheinungsform ändern kann.


1.1 Grundlagen - Begriffe

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Energie

Energie = Exergie + Anergie



kann vollständigin Arbeit

umgewandelt werden

nicht nutzbarerRest der Energie

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Die wichtigsten Erscheinungsformen der Energie

� Mechanische Energie: - mechanische Arbeit- potenzielle / kinetische Energie

� Elektromagnetische Energie: - magnetische Energie- elektrische Energie- elektromagnetische Energie

� Bindungsenergie: - chemische Energie- physikalische Energie- atomare Energie / Kernenergie

� Thermische Energie: - Wärme



Quelle: Energiehandbuch 2002

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Wie werden Energieeinheiten umgerechnet:



MJ kg SKE kg RÖE kcal kWh

MJ - 0,034 0,024 238,8 0,278

kg SKE 29,308 - 0,7 7.000 8,14

kg RÖE 41,869 1,429 - 10.000 11,63

kcal 0,004187 0,000143 0,0001 - 0,001163

kWh 3,6 0,123 0,0861 859,8 -1

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Die Umrechnung erfolgt z.B. von nach , d.h.:

1 kWh = 3,6 MJ

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Der Unterschied zwischen …..

� Arbeit = Kraft x Weg

[ J ] [ Nm ] und

� Leistung = Arbeit / Zeit

[ W ] [ J / s ] bzw.

� Arbeit = Leistung x Zeit

[ J ] [ Ws ]



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Ein Gefühl für Energiemengen….

� Fußgänger (72 kg, 6 km/h): 100 J

� Pkw (1,3 t, 100 km/h): 0,4 MJ

� Bergsteiger (85 kg, 1.000 Höhenmeter): 0,8 MJ

� tägl. Sonneneinstrahlung auf 1 m2 in Deutschland: 11 MJ

� Verbrennung von 1 kg Steinkohle: 30 MJ

� Verbrennung von 1 Liter Erdöl: 43 MJ

� tägl. Verbrauch eines Menschen (Industrieland): 0,5 GJ

� Energieinhalt eines Gewitters: 0,2 EJ

� jährl. Verbrauch aller Menschen auf der Welt: 400 EJ

� Energie aller weltweiten Gewitter eines Tages: 7,2 * 103 EJ

� Tägl. Sonneneinstrahlung auf die Erde: 15 * 103 EJ




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…. und für Leistungen

� Wärmeproduktion eines Menschen: 80 W

� Menschliche Leistung bei hoher körperlicher Anstrengung: 500 W

� Heizkessel im Einfamilienhaus: 20 kW

� Pkw: 100 kW

� Passagierflugzeug: 200 MW

� Windkraftwerk: …. 3 MW

� Kohlekraftwerk (pro Block): …. 2 GW

� Kernkraftwerk (pro Block): …. 1,5 GW




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Welche Einheiten und Skalierungen haben Sie gerade kennengelernt?

� „kilo“: 103 z.B. kW

� „Mega“: 106 z.B. MW

� „Giga“: 109 z.B. GJ

� „Tera“: 1012 z.B. TWh

� „Peta“: 1015 z.B. PJ

� „Exa“: 1018 z.B. EJ



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Primärenergie

� Primärenergie ist die Energie, die in der Natur vorkommt und noch keiner Umwandlung unterworfen ist.

� Zur Primärenergie zählen fossile Energieträger wie

– Steinkohle

– Braunkohle

– Erdöl

– Erdgas

– Erneuerbare Energie



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Sekundärenergie

� Sekundärenergie ist die Energie, die als Ergebnis eines Umwandlungsprozesses (z.B. Kraftwerk oder Raffinerie) und unter Energieverlust aus Primärenergie gewonnen wird.

� Sekundärenergie tritt entweder in Form von leitungsgebundener Energie oder in Form von Veredelungsprodukten auf:

– Strom

– Fernwärme

– Benzin

– Heizöl

– Koks

– Briketts



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Endenergie

� Die in den Endverbrauchssektoren Industrie, Haushalte, Kleinverbraucher und Verkehr verwendete Energie, die zur Deckung des jeweiligen Nutzenergiebedarfs in diesen Sektoren eingesetzt wird. In der Regel handelt es sich um Sekundärenergie, teilweise auch um direkt nutzbare Primärenergie (etwa Erdgas).

� Die kommerziellen Endenergieträger werden eingeteilt in

– direkte Solarnutzung

– Holz (biogene Brennstoffe)

– Fernwärme

– Strom

– Gas

– Erdölprodukte (Heizöl, Kraftstoffe, etc.)

– Kohle und Kohleprodukte



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Nutzenergie

� Nutzenergie ist diejenige Energieform, die dem Verbraucher nach der letzten Energieanwendung zur Verfügung steht und die Ziel seinerNutzung ist.

� Nutzenergieformen sind z.B.

– Licht

– Mechanische Kraft

– Kälte

– Hoch- und Niedertemperaturwärme

– Elektrische und magnetische Feldenergie

– Elektromagnetische Strahlung

– Elektrische Prozessenergie



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Energiedienstleistungen

� Energiedienstleistungen sind die aus dem Einsatz von Nutzenergie und anderen Produktionsfaktoren befriedigten Bedürfnisse bzw. erzeugten Güter wie

– beleuchtete Flächen und Räume

– behagliche Raumkonditionierung

– Bewegung oder Transport

– Erwärmung von Stoffen oder Gütern

– Stoffumwandlung

– Herstellung oder Veränderung von Gütern

– Informationsgewinn, -übertragung und -verarbeitung



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Welche Energiemärkte betrachten wir?


Strom

Erdgas

Braunkohle

Mineralöl

Steinkohle


Erneuerbare

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Energieträger

� Unter Energieträgern versteht man Stoffe, die Energien gebunden haben (z.B. Kohle, Gas, Öl oder Holz).



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Energieinhalt verschiedener Energieträger



Quelle Träger / Wandler Energieinhalt

Fossile Brennstoffe Kohle 2 - 8 kWh / kg

Erdöl 12 kWh / kg

Erdgas 10 kWh / kg

Kernbrennstoffe Uran 2 * 107 kWh / kg

Solarenergie Solarzellen 100 - 200 kWh / qm*a

Kollektoren 1.000 - 2.000 kWh / qm*a

Biomasse 4 - 10 kWh / kg

Windenergie 700 - 1.000 kWh / qm*a

Erdwärme Boden 10-3 kWh / kg °C

Müll Abfälle 2 - 3 kWh / kg


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Energie-Reserven

� Diejenigen Mengen eines Energierohstoffes, die mit großer Genauigkeit erfasst wurden und mit den derzeitigen technischen Möglichkeitenwirtschaftlich gewonnen werden können.

� Synonym sind gebräuchlich:Bauwürdig ausbringbare Reserven, sicher (und wahrscheinlich) gewinnbare Vorräte.



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Energie-Ressourcen

� Sowohl diejenige Menge eines Energierohstoffes, die entweder nachgewiesen, aber derzeit nicht wirtschaftlich und/oder technisch gewinnbar sind, als auch

� die Mengen, die auf Basis geologischer Indikatoren geologisch noch erwartet werden und mittels Exploration nachgewiesen werden können.



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Energiewandler

� Ein Energiewandler ist eine Maschine oder ein Apparat, der eine Einsatzenergie, die dem Energiewandler zugeführt wird, in eine Zielenergie umwandelt. Die Formen der Einsatz- und Zielenergie sind dabei verschieden.

� Bei der Energiewandlung treten im allgemeinen nicht nutzbare Verlustenergien auf, die an die Umgebung abgeführt werden.

� Wirkungsgrad:P aus

η = < 1 P ein

� Nutzungsgrad:A aus

g = < 1 A ein



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Wirkungsgrade von Energiewandlern



kin. Energie Strom Wärme Licht

kin. Energie Generator99 %

chem. Energie Pkw Brennstoffzelle Ofen20 % 60 % 60 - 95 %

Strom Elektromotor Wärmepumpe Lampe60 - 99 % 100 - 400 % 5 - 30 %

Wärme Dampfturbine80 - 90 %

Licht Solarzelle Kollektor5 - 25 % 60 - 90 %


Ein

gang

sfor

mAusgangsform

30„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel

1.2 Grundlagen - Energiefluss

Primärenergie

Sekundärenergie

Endenergie

Nutzenergie

Aufbereitung

Umwandlung

Anwendung

Energiefluss

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Energieflussbild 2006 für Deutschland


1.2 Grundlagen - Energiefluss

Quelle: AG Energiebilanzen

Angaben in [Mio t SKE]

*geschätzt

32

Energievorräte weltweit – „Strategische Ellipse“


1.3 Grundlagen – Vorräte weltweit

Quelle: BMWA

33

Länder mit den größten Reserven 2004



Quelle: BGR

34

Entwicklung des weltweiten Primärenergie-Verbrauchs und Prognose der IEA



Quelle: BGR

35

Primärenergiebedarf der Welt bis 2030


1.3 Grundlagen – Vorräte

Quelle: World Energy Outlook 2005, IEA

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Primärenergieverbrauch der EU 2004



Quelle: ZfK, 4/2006

Kohle Öl Erdgas Kernkraft Erneuerbare

24 %

15 %

37 %

18 %

6 %

gesamt:

1,73 Gt OE

37

Primärenergieverbrauch in Deutschland 2005



Quelle: AG Energiebilanzen

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Entwicklung des Primärenergieverbrauchs in Deutschland



Quelle: BMWI, BMU

39

Entkopplung von Wirtschaftswachstum und Primärenergieverbrauch in Deutschland



Quelle: AG Energiebilanzen, Stat. Bundesamt

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Prognosen zum Primärenergieverbrauch in Deutschland



Quelle: AG Energiebilanzen, EWI/Prognos 2005, DLR/IFEU/WI 2004

41

Energieimportabhängigkeit Deutschlands 2004



0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Öl Erdgas Stein-kohle

Kern-energie*

Braun-kohle

Wasser/Wind

Sonstige

Importe

Inlandsförderung

* Uran muss importiert werden.

Quelle: Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen 01/2005

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