Energieverbrauch und seine Folgen

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1 Energieverbrauch und seine Folgen Quelle:

2 Energieverbrauch und seine Folgen Häufige Thesen (Vorurteile?) zu fossilen Energieträgern (Erdöl, Erdgas, Kohle): Fossile Energieträger - vor allem Erdöl - gehen bald zur Neige. Energie ist in den letzten Jahrzehnten immer teurer geworden. Der Verbrauch an Erdöl, Kohle und Erdgas kann bereits in naher Zukunft durch alternative Energien drastisch reduziert werden.

3 Grundbegriffe der Energiewirtschaft Primärenergie Sekundärenergie Endenergie Nutzenergie Energiedienstleistung Fossile Brennstoffe (Eigenförderung + Import) Strom aus nichtfossilen Rohstoffen Stromimporte Sonstiges: Biomasse, Biound Klärgas Briketts, Koks, Gas aus Kohle, Flüssiggas, Öl, Kraftstoffe, Erdgas Strom, Fernwärme, Wasserstoff Holzkohle, Biogas Vom Endverbraucher (Haushalte, Industrie, ) eingesetzte Sekundärenergie (ohne Transportverluste und ohne nichtenergetische n Verbrauch) Strom, Fernwärme, Wasserstoff Wärme Kälte Licht, Schall Chemisch gebundene Energie Mechanische Arbeit Warme Räume Kommunikation Fortbewegung,

4 Grundbegriffe der Energiewirtschaft Primärenergieträger werden jene Energieträger genannt, die in der Natur unberührt vorkommen und in ihrer natürlichen Beschaffenheit als Rohenergie bzw. chemisch oder physikalisch umgewandelt als Verbrauchsenergie genutzt werden können. Zur Primärenergie werden Kohlenwasserstoffe, Erdöl und Erdgas, sowie Kohle, Wasserkraft, Erdwärme und Solarenergie. Auch Kernenergie wird der Primärenergie zugerechnet. Der Energieinhalt von Sekundärenergieträgern entstammen mit Hilfe eines Umwandlungsprozesses aus den Primärenergieträgern. Sekundärenergieträger sind z.b. Elektrizität, Stadtgas, Flüssiggas, Holzkohle. Endenergie ist die Energieform, die der Verbraucher einsetzt, um einen seinen Nutzenergiezweck zu erreichen.

5 Grundbegriffe der Energiewirtschaft Der Primärenergieverbrauch lässt sich von der Verwendungsseite her ermitteln. Er errechnet sich dann als Summe aus dem Endenergieverbrauch, dem nichtenergetischen Verbrauch sowie dem Saldo in der Umwandlungsbilanz. In der Umwandlungsbilanz wird die physikalisch/chemische Umwandlung von Energieträgern jeweils als Einsatz und Ausstoß dargestellt. Der Verbrauch in der Energiegewinnung und in den Umwandlungsbereichen sowie die Fackel- (Ölfelder/Methan ) und Leitungsverluste (Stadtgas, Fernwärme, ) werden ebenfalls in der Umwandlungsbilanz verbucht. Der Primärenergieverbrauch sowie der Saldo der Umwandlungsbilanz bestimmen das Energieangebot im Inland nach Umwandlungsbilanz. Dieses Angebot wird u.a. zur Deckung des nichtenergetischen Verbrauches (chemische Prozesse, ) eingesetzt, der in einer Bilanzzeile gesondert dargestellt wird.

6 Umrechnung von Energieeinheiten Die Dichte von Rohöl schwankt zwischen 0,8 bis 1 kg/l beim Vergleich mit Rohöl rechnet man im allgemeinen mit einer Dichte von 0,883 kg/l, also 41,9 MJ/kg Heizwert. Die Steinkohleeinheit (SKE) wird fast ausschließlich in deutschen Publikationen verwendet und ist dort nach wie vor häufig zu finden. (1kg SKE = 0,7 kg ÖE = kcal = 29,3076 MJ = 8,141 kwh)

7 Ist-Zustand: weltweiter und nationaler Primärenergieverbrauch (2009) Energieträger Mineralöl Kohle Naturgas Kernenergie Wasserkraft Deutschland 33,3% 23% 21,9% 10,9% 0,5% Welt 32,8% 27,2% 20,9% 5,8% 2,3% Photovoltaik, Solarthermie, Windenergie,Andere 3,8% 0,8% Biomasse (Holz, Biodiesel, Biogas) 6,6% 10,2% ca. 70 % Brennholz (Abholzung in Entwicklungsländern!) jährlicher Gesamtenergieverbrauch in Rohöleinheiten (ROE) ca. 340 Mio. t ROE ca. 12 Mrd. t ROE

8 Struktur des Primärenergieverbrauchs 2010 Quelle:

9 Struktur des Primärenergieverbrauchs 2010 Quelle:

10 Ist-Zustand: weltweiter und nationaler Primärenergieverbrauch (2009) Energieträger Deutschland Welt Mineralöl Kohle Naturgas 89,1% 86,7% Kernenergie Wasserkraft 0,5% 2,3% Photovoltaik, Solarthermie, Windenergie,Andere 3,8% 0,8% Biomasse (Holz, Biodiesel, Biogas) 6,6% 10,2% jährlicher Gesamtenergieverbrauch in Rohöleinheiten (ROE) ca. 340 Mio. t ROE ca. 12 Mrd. t ROE

11 Endenergieverbrauch in Deutschland

12 Endenergieverbrauch in Deutschland Quelle:

13 Endenergieverbrauch in Deutschland Energieverbrauch Verbrauch und Verluste im Energiesektor, statistische Differenzen Anteile an Primärenergieverbrauch in % 28,5 Nichtenergetischer Verbrauch 7,0 Endenergieverbrauch 64,5 Anteile an Endenergieverbrauch in % Industrie 1) 28,1 Verkehr 28,2 Haushalte 28,5 Gewerbe, Handel, Dienstleistungen (GHD) 15,2 1) übriger Bergbau und Verarbeitendes Gewerbe Quelle: Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen, Stand Juli 2011

14 Weltweiter Verbrauch der letzten 2000 Jahre 10,000 Kumuliert bis zum Jahr 2000 sind etwa 400 Mrd. t ROE global verbraucht worden. Bei dem derzeitigen Verbrauch wird in 40 Jahren die gleiche Menge nochmals verbrauch!! Von 1900 bis 2000 ist die Weltbevölkerung von 1,7 auf 6 Mrd. Menschen gestiegen (Faktor 3,5). Der Verbrauch fossiler Energien stieg jedoch um den Faktor 12!

15 Weltweiter Primärenergieverbrauch vs. Bevölkerungsanteil (2007) Bevölkerungsgruppe Bevölkerungsanteil Anteile an Primärenergieverbrauch in % OECD 18 46,4 nicht OECD 82 53,6 Ehemalige Sowjetunion (GUS) 4 8,5 China 20 20,3 Indien 17 4,4 Afrika 15 3,1

16 Weltweiter Primärenergieverbrauch pro Kopf (2005) Quelle:

17 Weltweiter Primärenergieverbrauch pro Kopf (2005) Bevölkerungs gruppe Bevölkerungszahl in Mrd. Primärenergieverbrauch pro Kopf in t ROE Bevölkerungszahl in Mrd. USA 0,31 7,89 Deutschland 0,08 4,19 0,52 Japan 0,13 4,14 Welt (Durchschnitt) 6,9 1,78 China 1,34 1,32 Indien 1,21 0,49 2,55 Quelle:

18 Energiereserven (Öl) Quelle:

19 Energiereserven (Gas) Quelle:

20 Energiereserven (Kohle) Quelle:

21 Energiereserven (Öl, Erdgas, Kohle) Globale Daten in Mrd. t ROE Erdöl Erdgas Kohle jährlicher Verbrauch 4 2,9 3,5 Reserven 188,8 (+ 23,3 Ölsand) Reichweite in Jahren 47 (53) Etwas erschreckend! Aber: Das sind nur die derzeit wirtschaftlich & technisch gewinnbaren Vorkommen an Öl, Erdgas und Kohle. D.h. die Reserven hängen vom Stand der Technik und vom Ölpreis ab.

22 Energieressourcen Die Reserven, d.h. die derzeit technisch und wirtschaftlich gewinnbaren Mengen, an nicht-erneuerbaren Energierohstoffen entsprachen Ende 2009 insgesamt etwa EJ, eine Zunahme von knapp 850 EJ gegenüber dem Vorjahresniveau. Die Ressourcen der nicht-erneuerbaren Energierohstoffe, d.h. die gegenwärtig nicht wirtschaftlich bzw. technisch gewinnbaren Mengen jedoch geologisch indizierten Mengen an Energierohstoffen, betrugen Ende 2009 etwa EJ und lagen damit um EJ über dem Vorjahresniveau.

23 Energieressourcen Quelle:

24 Energieressourcen Quelle:

25 Energieressourcen Konventionelles Erdöl Quelle:

26 Energieressourcen Konventionelles Erdgas Quelle:

27 Energieressourcen

28 Ölressourcen (nicht konventionell) Die nicht - konventionellen Ressourcen übersteigen die konventionellen Erdölressourcen (99 Mrd. t ROE) hingegen um das Dreifache. Dabei entfallen jeweils knapp 40 % der nicht-konventionellen Ressourcen auf Ölsande und Ölschiefer. Allerdings dürften die Ölschiefer auf absehbare Zeit für eine wirtschaftliche Nutzung in größerem Maße nicht in Frage kommen. Ursachen dafür sind die vergleichsweise hohen Kosten und absehbare Umweltprobleme. Anders sieht es bei Ölsanden und Schwerstölen aus, bei denen in den letzten Jahren zahlreiche Projekte in Kanada und Venezuela in Angriff genommen wurden.

29 Gasressourcen (nicht konventionell) Entstehung eisähnliches Erscheinungsbild Gase: CH 4, CO 2, N 2, C 2 H 6 C 4 H 10 Vorkommen - Kontinentalhänge: > 500 m Tiefe - Permafrost Gebiete Potential??? Bis zu 50 % der bekannten Kohlenstoffvorräte der Welt (1000 bis Gigatonnen Kohlestoff) Abschätzung der Mengenanteile von organischem Kohlenstoff ausgewählter Reservoirs auf der Erde, ohne die fein verteilten Anteile von organischem Kohlenstoff, die einen weit größeren Anteil haben (nach Kvenvolden 1988). Diese Abschätzung wird zur Zeit diskutiert und bedarf noch der weiteren Untersuchung.

30 Ressourcen Quelle:

31 Ressourcen Quelle:

32 Energiereserven (Öl, Erdgas, Kohle) Globale Daten in Mrd. t ROE Erdöl Erdgas Kohle jährlicher Verbrauch 4 2,9 3,5 Reserven 188,8 (+ 23,3 Ölsand) Reichweite in Jahren 47 (53) Verlängerung durch Ressourcen in Jahren ca. 100 ca. 800 ca. 3700

33 Ölprobleme 1. Ungleiche Erdölverteilung 2. China, Indien 3. Schlechte Nutzung von Erdöl

34 Problem 1: Ungleiche Erdölverteilung 1% Europa Quelle:

35 Problem 1: Ungleiche Erdölverteilung Ist-Zustand der Versorgung Deutschlands mit Rohöl (2010) Anteil an der Versorgung Deutschlands Naher Osten 10,3 % Mittel- u. Südamerika 2 % Nordamerika 0 % Russische Föderation 45,3 % Ferner Osten 0 % Afrika 16,5 % EU (inkl. Norwegen) 25,9 % Anteil an den Weltreserven 54,4 % 17,3 % 5,4 % 9,1 % 3,3 % 9,5 % 1 % insgesamt 100 % = 93,3 Mio. t 100 % Istzustand: gut verteilte Ölversorgung durch politisch relative sichere Länder Zukunft: Versorgung durch politisch unsichere Länder

36 Problem 2: China, Indien, Verdoppelung des Verbrauchs in 10 Jahren. Deutschland Wenn alle Chinesen so Autofahren würden wie die Deutschen, würde dies den Weltölverbrauch um 600 Mio. t/a (ca. 20 %) erhöhen.

37 Problem 3: Schlechte Nutzung von Erdöl Flüssiggas Rohöl RAFFINERIE Ottokraftstoff Dieselöl Heizöl > 90 %: Kraftstoffe Heizmittel Rohbenzin ca. 5 % Endprodukte Polymere Waschmittel Pflanzenschutz Feinchemikalien (Geruchsstoffe, Aromastoffe...) Pharmazeutika Grundchemikalien Olefine Aromaten PETROCHEMIE

38 Erneuerbare Energien

39 Erneuerbare Energien 9,4% 2,2%

40 Einführung in das deutsche Energienetz In West-Europa sind die Stromnetze vieler Länder zusammengeschaltet. In diesem Verbundnetz fließt der Strom mit einer Frequenz von 50 Hertz. Die Frequenz ist das Steuerungsinstrument, mit dem die Stabilität des Netzes kontrolliert wird. Ist die Stromnachfrage deutlich größer als die aktuell eingespeiste Strommenge, sinkt die Frequenz unter 50 Hertz. Die Frequenz steigt über diesen Wert, wenn umgekehrt mehr Strom ins Netz eingespeist als verbraucht wird. Problem: Im Normalbetrieb Schwankungen von 0,05Hz Höhere Schwankungen können zum Resonanzschwingungen in den Generatoren führen!! Smart GRIDs??