Brancheninfo Elektrizitätswirtschaft

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1 Brancheninfo Elektrizitätswirtschaft 01/2012 Wissenswertes über den Strom Die Nutzung von Elektrizität bzw. Strom ist in einer Industriegesellschaft wie die der Bundesrepublik Deutschland zu einem natürlichen Bestandteil des Lebens geworden. Der Einsatz von Energie, Strom repräsentiert nur einen Teil davon, ist eine Selbstverständlichkeit und heute mit einem Stellenwert belegt, wie früher das tägliche Brot (vergleiche dazu Bundesverfassungsgerichtsurteil zum Kohlepfennig). Das bedeutende Wesensmerkmal von Energie ist es, das mit Hilfe der Energie und ihrer Anwendung Arbeit verrichtet werden kann. Oder einfacher: Menschliche Arbeitskraft kann quasi ersetzt werden. Energie wird nicht nur durch Strom repräsentiert, sondern stellt sich auch in mechanischer, thermischer und chemischer Form dar, die sich durch die oben genannte Möglichkeit auszeichnen, Arbeit zu verrichten und die ineinander umgewandelt werden können. Ohne diese Umwandlungsfähigkeit wäre es nicht möglich, zum Beispiel aus Uran oder Kohle Strom nutzen zu können. Grundsätzlich wird unterschieden zwischen Primärenergie Sekundärenergie Endenergie Nutzenergie. Primärenergie kommt zum Beispiel in Gestalt fossiler Energieträger wie Öl, Kohle, Gas vor. Kernenergie wird über Uran bereitgestellt. Von wachsender Bedeutung sind die erneuerbaren Energiequellen wie zum Beispiel Wasser Wind, Sonne, Erdwärme und Biomasse. Die Sekundärenergie bzw. deren Träger sind die Umwandlungsprodukte das heißt aus Rohbraunkohle, Rohöl und Uran, die in ihrer ursprünglichen Form kaum für den Menschen nutzbar sind, werden Produkte wie zum Beispiel Elektrizität, Briketts, Benzin, Heizöl usw. gewonnen. Der Endenergieverbrauch ist die vom Verbraucher bezogene und eingesetzte Energie, die sich aufgrund weiterer natürlicher Umwandlungsverluste in die Nutzenergie umwandeln. Aufgrund physikalischer Gesetzesmäßigkeiten treten bei jeder Form der Umwandlung Verluste auf. Diese Umwandlungsverluste sind für die Elektrizitätsproduktion und die Elektrizitätsanwendung von besonderer Bedeutung. Am Ende dieser Kette steht die tatsächliche Nutzenergie. Das ist die Energie, zum Beispiel Raumwärme, Licht usw., die tatsächlich zur Verfügung steht. Über die gesamte Kette Primärenergie Sekundärenergie Endenergie Nutzenergie ergibt sich heute in etwa folgendes Bild: Primärenergie Endenergie Deutschland 100 % 69 % 32 % Welt 100 % 73 % 30 % Quelle. G. Flach Nutzenergie

2 Primärenergieverbrauch nach Energieträgern 2011 Energieträger Mio.t SKE Mineralöle 155,2 Erdgas 93,3 Steinkohlen 57,5 Braunkohlen 53,3 Kernenergie 40,2 Erneuerbare Energien 49,6 Außenhandelssaldo Strom und Sonstige 7,2 Insgesamt 456,3 * 1 Mio. t SKE entsprechen 29,308 Petajoule. Die Bewertung der Stromerzeugung auf der Basis von Kernenergie, Wasser- und Windkraft, Müll u. a. sowie des Außenhandels mit Strom liegt die Wirkungsgradmethode zugrunde. Die Stromerzeugung aus Kernenergie wird dabei mit einem Wirkungsgrad von 33 %, die übrigen genannten Energieträger sowie der Stromaußenhandel aber auf der Basis des Heizwertes der elektrischen Energie von 3600 kj/kwh, das entspricht einem Wirkungsgrad von 100 % bewertet. im vergleich zu dem früher verwendeten Substitutionsansatz führt dies bei der Kernenergie zu einem höheren, bei den anderen Energieträgern aber zu einem niedrigeren Primärenergieverbrauch. Der Anteil der erneuerbaren Energieträger am Primärenergieverbrauch liegt bei 9,4 %. Alle Zahlen vorläufig/geschätzt. 29,308 Petajoule (PJ) entspricht 1 Mio. t. SKE Quelle: Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen 07/2011 Der sogenannte Wirkungsgrad stellt das Verhältnis zwischen der jeweils genutzten zur eingesetzten Gesamtenergiemenge dar. In der Stromproduktion kann dieses Verhältnis durch die Nutzung der parallelen Erzeugung von Nutzwärme und Elektrizität durch die Kraft- Wärme-Kopplung erheblich gesteigert werden. Diese Steigerung der Energieeffizienz setzt allerdings sogenannte Wärmesenken, also den Einsatz/Gebrauch von Wärme voraus. Der Primärenergieverbrauch der Bundesrepublik Deutschland im Jahr 2011 gliedert sich wie folgt: Quelle: Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen, Stand 14. Februar 2012 Der Endenergieverbrauch betrug 2010 in Deutschland PJ und der PEV belief sich auf PJ. Dieses entspricht 309 Mio.t SKE Endenergieverbrauch bei einem PE- Einsatz ca. 479 Mio. t SKE. In der Erzeugung der Elektrizität also der Umwandlung von Primärenergie in die End- Nutzenergie Strom trugen die Energieträger 2011 wie folgt bei: Stromerzeugung nach Energieträgern 2011* Energieträger Brutto Netto Mrd. kwh Kernenergie 108,0 102,2 Braunkohle 153,0 140,7 Steinkohle 114,5 105,1 Erdgas 84,0 81,4 Mineralöl 7,0 6,3 Erneuerbare Energien, darunter 122,0 119,8 - Wind 46,5 46,5 - Wasser 19,5 19,3 - Biomasse 32,0 31,0 - Photovoltaik 19,0 19,0 - Hausmüll (regenerativer Anteil)** 5,0 4,0 Sonstige, darunter 26,0 23,8 - Pumpspeicher 5,6 5,6 Insgesamt 614,5 579,3 * Vorläufige Werte ** Regenerativer Anteil mit 50 % angesetzt 2

3 Steinkohle h/a Braunkohle h/a Öl h/a Gas h/a KE h/a Wasser h/a Wind h/a PV h/a Biomasse h/a Quelle: BMWi, eig. Berechnung Der Stromverbrauch (benötigte Leistung in der Zeiteinheit) in Deutschland liegt im Minimum bei ca MW, die sogenannte Jahreshöchstlast bei ca MW. (in jeder Sekunde, Stunden im Jahr). Hinsichtlich der hier dargestellten Kraftwerkstypen und deren Anteile an der Deckung des Stromverbrauchs bzw. zur Absicherung der Leistung hier die folgenden Übersichten, die die Unterschiede zwischen den Kraftwerkstypen, der Verfügbarkeit und der gesicherten Leistung wiedergeben. Im Jahr 2010 waren folgende Kraftwerksleistungen in Deutschland installiert: Stromerzeugungskapazitäten,Bruttostromerzeugung und Bruttostromverbrauch Deutschland Bruttostromerzeugungskapazitäten (Stand am Ende des Jahres) in GW Steinkohle einschl. 30,2 Mischfeuerung Braunkohlen 22,7 Heizöl 5,9 Gase 23,8 Kernenergie 21,5 Wasser 10,4 Wind 1) 27,2 Photovoltaik 17,3 Geothermie 0,0075 Biomasse 4,8 Sonstige 2) 6,2 Insgesamt 170,0 Quelle: BMWi Diese Kraftwerke wiesen für 2010 folgende Volllaststunden aus, das heißt: Der produzierte Strom der Kraftwerke im Jahr umgerechnet auf eine 100 % Auslastung. Beispiel: Wenn ein Kraftwerk mit 50 % seiner Maximalleistung im Jahr durchschnittlich ausgelastet wird, entspricht dies h/a = Volllaststunden (Anmerkung: Vereinfacht). 3

4 Aus diesen Darstellungen wird deutlich, dass für ein hoch industrialisiertes Land wie Deutschland eine Versorgung aus dargebotsabhängigen erneuerbaren Energiequellen ohne entsprechende Speicherkapazitäten nicht möglich ist. Eine Realisierung von elektrischen Speichern in einer Größenordnung (Leistungs- Arbeitsvolumen) von ca. 50 GW und ca TWh (ca. 2 Wochen Stromverbrauch) ist derzeit nicht absehbar. Durch den vermehrten Einsatz von erneuerbaren Energieträgern, in Masse Wind und Photovoltaik reduzieren sich seit einigen Jahren die Volllaststundenzeit der konventionellen Kraftwerke. Die vorhandenen Marktpreise lassen eine Neubauentscheidung derzeit nicht zu. Bei Marktpreisen von etwa /MWh (Quelle: EEX, Grund- und Spitzenlast) können derzeit kaum die Brennstoff-, CO 2 und Betriebskosten von abgeschriebenen Kohle- und Gaskraftwerken gedeckt werden. Stromerzeugungskosten in neu zu errichtenden Kraftwerken in EUR/MWh einheitlich unterstellte Auslastung: h/a; Inbetriebnahme 2013 variable Betriebskosten CO 2 -Kosten Brennstoffkosten fixe Betriebskosten Investitionen 81,0 18,8 34,7 5,3 21,1 1,2 88,4 86,0 1,2 8,6 18,8 34,7 6,8 26,9 61,1 5,2 10,4 Steinkohle Steinkohle Erdgas (Doppelblock) (Monoblock) (GUD) Finanzmathematische Durchschnittskosten für Neubaukraftwerke New Entrant per bei einer Nutzungsdauer von 40 Jahren 0,7 variable Kosten fixe Kosten RWE AG PFD-IB GZ 10/ CCA-AW SEITE 1 Aktuell treten insbesondere in Süddeutschland Engpässe bei der Bereitstellung von elektrischer Leistung und Arbeit auf (vgl. diverse Presseberichte / Veröffentlichungen BMWi, BNA etc.). Kraftwerksbetreiber planen, ältere Kraftwerke mit relativ niedrigen Wirkungsgraden aus Kostengründen stillzulegen, da ein wirtschaftlicher Betrieb nicht mehr möglich ist. Bei mittelgroßen Kraftwerken von ca MW installierter Leistung, bei denen keine Kapitalkosten mehr anfallen, müssen im Jahr rund 5 bis 10 Mio. an quasi fixen Personal- und Instandhaltungskosten erwirtschaftet werden. Dieses ist bei den aktuellen durchschnittlichen Stromerlösen an der Börse und den geringen Einsatzzeiten von teilweise nur einigen Stunden im Jahr nicht mehr möglich. Vielmehr müssten solche Kraftwerke eine Laufzeit von mindestens 1000 bis 2000 Volllaststunden bei relativ hohen Preisen (Peak-Load) im Jahr ausweisen, um eine Kostendeckung in der hier dargestellten Größenordnung erwirtschaften zu können. Eine Auflösung dieser Thematik (Leistungsdefizit in der Zukunft) über die derzeitige Marktstruktur wird ohne politische Eingriffe in das heutige System nicht möglich sein. Die Erneuerbaren Energien trugen ,6 Mio. t SKE (PEV) bei und benötigten dafür eine finanzielle Unterstützung (EEG) in Höhe von 13 Mrd.. Damit ist die Bereitstellung von Energie durch die erneuerbaren Formen Wind, Sonne usw. deutlich teurer, als durch die heimische Steinkohle. Im Übrigen hat sich die Schere zwischen den Weltmarktpreisen für Steinkohle und der heimischen Steinkohle in den vergangenen Jahren weiter geschlossen. Ein Vergleich in den heutigen Preisen fällt für die Steinkohle noch günstiger aus. Zum Vergleich: 1996 betrugen die Subventionen für die heimische Steinkohle 10,4 Mrd. DM, ca. 5,2 Mrd.. Damit wurde eine Förderung von 48,7 Mio. t SKE abgesichert. Dieses entspricht umgerechnet einer Stromproduktion in durchschnittlichen Steinkohlekraftwerken von rd. 160 TWh, rd. ¼ der heutigen Stromproduktion. Die aktuellen Daten für den Ausbau der Energieträger Wind und Sonne sagen einen Anstieg auf MW PV und MW Windkraft voraus (Ende 2012 s. Anlage). Die Finanzierungsumlage des EEG wird von heute 3,6 ct/kwh auf über 5 ct/kwh anwachsen. Das Volumen dieser Umlage dürfte damit ca. 18 Mrd. /a erreichen. Der Brennstoffeinsatz in den deutschen Kohle-, Gas- und Kernkraftwerken kostete 2011 ca Mrd.. Diese Situation wird sich durch den fortschreitenden Zubau von Erneuerbaren Energien in den nächsten Jahren und Jahrzehnten aus Sicht der Betreiber von konventionellen Anlagen weiter verschärfen (s. Anlage. 4

5 Wert einer Kilowattstunde Um den Wert (nicht den Preis) einer Kilowattstunde zu verdeutlichen, hier die folgenden Beispiele: Metabolische Leistung Mensch in 85 W (davon 20 W Ruhe Gehirnleistung Dauerleistung 120 W (bei mittlerer Mensch körperlicher Arbeit) Mechanische Leistung (körperliche Arbeit Mensch 100 W maximal Pferd 600 W (Quelle: Günther Flach Das Energieproblem der menschlichen Gesellschaft Sicht eines Physikers auf Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft ) Relativ simpel ausgedrückt bedeutet dieses, dass ein Mensch bei einem 8-stündigen Arbeitstag in etwa energetisch eine kwh erbringt. In der Frühzeit der menschlichen Entwicklung kann (nach G. Flach) davon ausgegangen werden, dass nach der Nutzung von Brennholz der Energieverbrauch pro Kopf etwa 6 kwh/d betrug. Im weiteren Fortgang der menschlichen Entwicklung (hier: Römisches Imperium) dürfte dieser Wert bzw. der tägliche Energieverbrauch bei etwa 10 kwh gelegen haben. Dieser Wert erhöhte sich dann weiter bis auf den heutigen Stand der Industriegesellschaften. Im Rahmen der Entwicklung kann eine Stagnation bei den klassischen Industrienationen (Entkopplung Energieverbrauch vom Wirtschaftswachstum) und ein rasanter Zuwachs in den Schwellenländern beobachtet werden. Der Pro-Kopf-Verbrauch an Primärenergie in der Bundesrepublik Deutschland beträgt derzeit in etwa 5 t SKE, dieses entspricht rund kwh im Jahr. Oder anders anschaulich und vereinfacht formuliert: Für das heutige Wohlstandsniveau, sprich Lebensstandard arbeiten pro Einwohner der Bundesrepublik Deutschland ca Pferde und Menschen an einem Tag. Fazit: Ohne die hohe Effizienz beim Energie- und Rohstoffeinsatz der heutigen Industriegesellschaft wäre ein Lebensstandard wie ihn die Gesellschaft in Deutschland kennt, nicht möglich. Im Mittelalter stieg dieser Wert dann durch die Nutzung der Wind- und Wasserenergie, insbesondere auch für den zunehmenden Bergbau auf etwa 24 kwh/d. Anlagen: 5

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8 Quelle: Energiemarkt Deutschland, Hans-Wilhelm Schiffer 8

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10 Quelle: BDEW Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.v. 10

11 Quelle: BDEW Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.v. Quelle: BDEW Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.v. 11

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13 Impressum Herausgeber: Verantwortlich: Text/Redaktion: Kontakt: Gestaltung: Hannover, August 2012 IG Bergbau, Chemie, Energie, Hauptvorstand Michael Vassiliadis Franz-Gerd Hörnschemeyer Abt. Wirtschafts- u. Industriepolitik Ress. Bergbau u. Energiepolitik silberland medienprojekte GmbH 13