Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft

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1 Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft Vorlesung im Wintersemester 2007/2008 Universität Trier Dipl.-Ing. Kurt Rommel 1

2 Was lesen wir alle tagtäglich in der Zeitung? Quelle: Allgemeine Zeitung Mainz,

3 und aktuell? Quelle: Welt am Sonntag,

4 Wie nimmt die Öffentlichkeit die Strombranche aktuell wahr: Kundenzufriedenheit 2007 Quelle: Kundenmonitor Deutschland

5 und was tut die Branche selbst für ihr Bild? Quelle: Wirtschaftswoche, Sept

6 Was möchte ich Ihnen zum Verständnis energiewirtschaftlicher Zusammenhänge alles vorstellen? Wenn wir s sportlich formulieren: Was ist der Reiz des Spiels? Das Spielfeld Die Regeln Der bisherige Spielverlauf Die Taktik zum Erfolg Die Feldspieler Die Ersatzbank. heißt bei uns: Grundbegriffe, Grundlagen Reserven, Ressourcen, Funktionsabläufe Gesetze und Verordnungen Historische Entwicklung Preisbildung, Preisentwicklungen Unternehmen und deren Aufstellung Erneuerbare Energien und neue Anbieter Die entscheidende Phase. Zentrale energiepolitische Fragen 6

7 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. Was können Sie einbringen? Eigene Themenwünsche oder Schwerpunkte Ab und zu eine Frage und manchmal dürfen Sie ein klein bisschen mitrechnen. 7

8 Filmbeitrag Energie: das Problem 8

9 Grundlagen und Grundbegriffe der Energiemärkte 9

10 1.1 Grundlagen - Begriffe 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. 10

11 1.1 Grundlagen - Begriffe Energie kann vollständig in Arbeit umgewandelt werden Energie = Exergie + Anergie nicht nutzbarer Rest der Energie 11

12 1.1 Grundlagen - Begriffe Die wichtigsten Erscheinungsformen der Energie Mechanische Energie: Elektromagnetische Energie: Bindungsenergie: Thermische Energie: - mechanische Arbeit - potenzielle / kinetische Energie - magnetische Energie - elektrische Energie - elektromagnetische Energie - chemische Energie - physikalische Energie - atomare Energie / Kernenergie - Wärme Quelle: Energiehandbuch

13 1.1 Grundlagen - Begriffe Wie werden Energieeinheiten umgerechnet: 2 MJ kg SKE kg RÖE kcal kwh MJ - 0,034 0, ,8 0,278 kg SKE 29,308-0, ,14 kg RÖE 41,869 1, ,63 kcal 0, , ,0001-0, kwh 3,6 0,123 0, ,8 - Die Umrechnung erfolgt z.b. von 1 nach 2, d.h.: 1 kwh = 3,6 MJ 13

14 1.1 Grundlagen - Begriffe Der Unterschied zwischen.. Arbeit = Kraft x Weg [ J ] [ Nm ] und Leistung = Arbeit / Zeit [ W ] [ J / s ] bzw. Arbeit = Leistung x Zeit [ J ] [ Ws ] 14

15 1.1 Grundlagen - Begriffe Ein Gefühl für Energiemengen. Fußgänger (72 kg, 6 km/h): Pkw (1,3 t, 100 km/h): Bergsteiger (85 kg, Höhenmeter): tägl. Sonneneinstrahlung auf 1 m 2 in Deutschland: Verbrennung von 1 kg Steinkohle: Verbrennung von 1 Liter Erdöl: tägl. Verbrauch eines Menschen (Industrieland): Energieinhalt eines Gewitters: jährl. Verbrauch aller Menschen auf der Welt: Energie aller weltweiten Gewitter eines Tages: Tägl. Sonneneinstrahlung auf die Erde: 100 J 0,4 MJ 0,8 MJ 11 MJ 30 MJ 43 MJ 0,5 GJ 0,2 EJ 400 EJ 7,2 * 10 3 EJ 15 * 10 3 EJ Quelle: Energiehandbuch

16 1.1 Grundlagen - Begriffe. und für Leistungen Wärmeproduktion eines Menschen: Menschliche Leistung bei hoher körperlicher Anstrengung: Heizkessel im Einfamilienhaus: Pkw: Passagierflugzeug: Windkraftwerk: Kohlekraftwerk (pro Block): Kernkraftwerk (pro Block): 80 W 500 W 20 kw 100 kw 200 MW. 3 MW. 2 GW. 1,5 GW Quelle: Energiehandbuch

17 1.1 Grundlagen - Begriffe Welche Einheiten und Skalierungen haben Sie gerade kennengelernt? kilo : 10 3 z.b. kw Mega : 10 6 z.b. MW Giga : 10 9 z.b. GJ Tera : z.b. TWh Peta : z.b. PJ Exa : z.b. EJ 17

18 1.1 Grundlagen - Begriffe 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 18

19 1.1 Grundlagen - Begriffe 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 19

20 1.1 Grundlagen - Begriffe 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 20

21 1.1 Grundlagen - Begriffe Nutzenergie Nutzenergie ist diejenige Energieform, die dem Verbraucher nach der letzten Energieanwendung zur Verfügung steht und die Ziel seiner Nutzung ist. Nutzenergieformen sind z.b. Licht Mechanische Kraft Kälte Hoch- und Niedertemperaturwärme Elektrische und magnetische Feldenergie Elektromagnetische Strahlung Elektrische Prozessenergie 21

22 1.1 Grundlagen - Begriffe 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 22

23 1.1 Grundlagen - Begriffe Welche Energiemärkte betrachten wir? Strom Mineralöl Steinkohle Erdgas Braunkohle Erneuerbare 23

24 1.1 Grundlagen - Begriffe Energieträger Unter Energieträgern versteht man Stoffe, die Energien gebunden haben (z.b. Kohle, Gas, Öl oder Holz). 24

25 1.1 Grundlagen - Begriffe 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 * 10 7 kwh / kg Solarenergie Solarzellen kwh / qm*a Kollektoren kwh / qm*a Biomasse 4-10 kwh / kg Windenergie kwh / qm*a Erdwärme Boden 10-3 kwh / kg C Müll Abfälle 2-3 kwh / kg Quelle: Energiehandbuch

26 1.1 Grundlagen - Begriffe Energie-Reserven Diejenigen Mengen eines Energierohstoffes, die mit großer Genauigkeit erfasst wurden und mit den derzeitigen technischen Möglichkeiten wirtschaftlich gewonnen werden können. Synonym sind gebräuchlich: Bauwürdig ausbringbare Reserven, sicher (und wahrscheinlich) gewinnbare Vorräte. 26

27 1.1 Grundlagen - Begriffe 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. 27

28 1.1 Grundlagen - Begriffe 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: Nutzungsgrad: P aus η = < 1 P ein A aus g = < 1 A ein 28

29 1.1 Grundlagen - Begriffe Wirkungsgrade von Energiewandlern Ausgangsform kin. Energie Strom Wärme Licht kin. Energie Generator 99 % Eingangsform chem. Energie Pkw Brennstoffzelle Ofen 20 % 60 % % Strom Elektromotor Wärmepumpe Lampe % % 5-30 % Wärme Dampfturbine % Licht Solarzelle Kollektor 5-25 % % Quelle: Energiehandbuch

30 1.2 Grundlagen - Energiefluss Energiefluss Primärenergie Aufbereitung Sekundärenergie Umwandlung Endenergie Anwendung Nutzenergie 30

31 1.2 Grundlagen - Energiefluss Energieflussbild 2006 für Deutschland Angaben in [Mio t SKE] *geschätzt Quelle: AG Energiebilanzen 31

32 1.3 Grundlagen Vorräte weltweit Energievorräte weltweit Strategische Ellipse Quelle: BMWA 32

33 1.3 Grundlagen Vorräte weltweit Länder mit den größten Reserven 2004 Quelle: BGR 33

34 1.3 Grundlagen Vorräte weltweit Entwicklung des weltweiten Primärenergie- Verbrauchs und Prognose der IEA Quelle: BGR 34

35 1.3 Grundlagen Vorräte Primärenergiebedarf der Welt bis 2030 Quelle: World Energy Outlook 2005, IEA 35

36 1.3 Grundlagen Vorräte Primärenergieverbrauch der EU % 15 % 18 % 24 % 37 % gesamt: 1,73 Gt OE Kohle Öl Erdgas Kernkraft Erneuerbare Quelle: ZfK, 4/

37 1.3 Grundlagen Vorräte Primärenergieverbrauch in Deutschland 2005 Quelle: AG Energiebilanzen 37

38 1.3 Grundlagen Vorräte Entwicklung des Primärenergieverbrauchs in Deutschland Quelle: BMWI, BMU 38

39 1.3 Grundlagen Vorräte Entkopplung von Wirtschaftswachstum und Primärenergieverbrauch in Deutschland Quelle: AG Energiebilanzen, Stat. Bundesamt 39

40 1.3 Grundlagen Vorräte Prognosen zum Primärenergieverbrauch in Deutschland Quelle: AG Energiebilanzen, EWI/Prognos 2005, DLR/IFEU/WI

41 1.3 Grundlagen Vorräte Energieimportabhängigkeit Deutschlands % 90% 80% 70% 60% 50% Importe Inlandsförderung 40% 30% 20% 10% 0% Öl Erdgas Steinkohle Kernenergie* Braunkohle Wasser/ Wind Sonstige * Uran muss importiert werden. Quelle: Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen 01/