Energiewirtschaft 1 Grundlagen cvh@mailbox.tu-dresden.de Technische Universität Dresden Energiewirtschaft 1 VL 1: Grundlagen - 1 - PD Dr. Christian von Hirschhausen VL Energiewirtschaft1, Modul Organisation
Fachkern Energiewirtschaft-BWL Gliederung Organisation / Termine 1. Grundlagen 2. Ressourcen und Regulierung 3. Märkte, Unternehmensstrategien, Energiepolitik - 2 -
Energieproblem (?) Technik Unternehmensstrategien Ressourcen Energie Märkte Umwelt/ Energieeffizienz Natürliches Monopol - 3 -
Agenda 1.1 Definitionen 1.2 Einheiten 1.3 Energiebilanzen 1.4 Energiestatistiken - 4 -
Definitionen (1/6) Energie ~ Fähigkeit, Arbeit zu verrichten ( Energieträger Energieträger sind physikalische Erscheinungsformen und Stoffe, aus denen oder nach deren Umwandlung Energie gewonnen werden kann. Man unterscheidet Primär- Sekundär- und Endenergieträger. Primärenergieträger Primärenergieträger sind die von der Natur in ihrer ursprünglichen, noch nicht vom Menschen behandelten Form angebotenen Energieträger. Ihr Energiegehalt wird als Primärenergie bezeichnet. Man unterteilt die Primärenergieträger in regenerative und nicht-regenerative Energieträger. Sekundärenergieträger Energieträger, die einem oder mehreren Verarbeitungs- oder Umwandlungsschritten (Trocknung, Entschwefelung, Stromerzeugung) entstammen. Endenergieträger Als Endenergieträger werden alle Energieträger verstanden, die vom Endverbraucher zur Deckung des Energiebedarfs eingesetzt werden. - 5 -
Definitionen (2/6) Erneuerbare Energieträger Regenerative Energieträger erneuern sich ständig auf natürliche Weise. Nicht-Regenerative Energieträger = Erschöpfliche Energieträger Kohle, Öl, Erdgas, Uran Fossile Energieträger Kohle, Öl, Erdgas Wirkungsgrad Bei der Energieumwandlung kann ein Teil des ursprünglichen Energiegehalts nicht genutzt werden. Die Energie- oder Umwandlungsverluste sind zum Teil naturgesetzlich unvermeidbar, zum anderen Teil durch technische Mittel und/oder persönliches Verhalten vermeidbar. Momentanaufnahmen der Leistung, definiert als Quotient aus erzeugter Leistung zu eingesetzter Leistung bezeichnet man als Wirkungsgrad, in der Regel angegeben für die Ausgangsleistung (Nennleistung). - 6 -
Definitionen (3/6) Nutzungsgrad Der Nutzungsgrad ist der Quotient aus der in einem bestimmten Zeitraum nutzbar abgegebenen Energie und der gesamten zugeführten Energie. Die betrachteten Zeiträume können Pausen, Leerlauf-, Anfahr-, und Abfahrzeiten mit einschließen. Deswegen ist der Nutzungsgrad im allgemeinen kleiner als der Wirkungsgrad. Während sich der Wirkungsgrad auf einen Zeitpunkt bezieht, gilt der Nutzungsgrad für einen Zeitraum. So spricht man z.b. in der Heiztechnik vom Jahresnutzungsgrad. Exergie und Anergie Exergie ist derjenige Teil der Energie, der sich theoretisch in einem reversiblen Vergleichsprozess vollständig in jede andere Energieform umwandeln lässt. Trotz gleicher Energieinhalte ist die Arbeitsfähigkeit verschiedener Energieformen sehr unterschiedlich. So lässt sich etwa elektrischer Strom vollständig in jede andere Energieform umwandeln, während thermische Energie bei der Umwandlung in mechanische und elektrische Energie immer dem Cournot-Wirkungsgrad unterworfen ist. Als Anergie bezeichnet an die Differenz zwischen Energie und Exergie. Anergie ist somit der nicht nutzbare Anteil der Energie. - 7 -
Nutzenergie Definitionen (4/6) Als Nutzenergie nur die Energie bezeichnet, die dem Verbraucher nach der letzten Umwandlung zur Deckung seiner Bedürfnisse zur Verfügung steht. Energiebedarf 1) Nachfrage nach Energie aufgrund des menschlichen Bedürfnisses, seine Umwelt im Sinne verbesserter Lebensbedingungen zu gestalten. 2) Als Energiebedarf bezeichnet man außerdem die zukünftig erwartete Energiemenge, die einen bestimmten Zweck mit Hilfe einer bestimmten Technologie während eines bestimmten Zeitraumes oder Vorgangs erfüllt. Energieverbrauch 1) Energieeinsatz: Einsatz von Energietechnik zur Deckung des Energiebedarfs 2) Der Energieverbrauch bezeichnet außerdem die in der Vergangenheit tatsächlich verbrauchte Menge an Energie. - 8 -
Definitionen (5/6) Energiebilanz für ein System Eine Energiebilanz stellt für ein System die eintretenden und austretenden Energieströme für einen bestimmten Zeitraum einander gegenüber. Gemäß dem Energieerhaltungssatz ist die Summe der zugeführten Energieströme eines Systems gleich der Summe der abgeführten Energieströme zuzüglich der Änderungen der im System gespeicherten Energie. Energiebilanz (Statistik) Der statistische Nachweis von Aufkommen und Verwendung von Energieträgern innerhalb eines bestimmten Wirtschaftsraums für eine bestimmte Zeitspanne unter Berücksichtigung der beim Umwandeln, Umformen, und Fortleiten auftretenden Verluste sowie des Aufkommens von Energieträgern, die nicht energiewirtschaftlichen Zwecken dienen. Energiedienstleistungen Energiedienstleistungen sind die aus dem Einsatz der Nutzenergie und anderer Produktionsfaktoren befriedigten Bedürfnisse bzw. erzeugten Güter: z.b. angenehm temperierte Räume, Informationen, Beförderungen - 9 -
Definitionen (6/6) Rohstoffe Alle der unbelebten Natur entnommenen oder zu entnehmenden Stoffe, die chemisch oder bei Kernumwandlungen freisetzbare Energie enthalten. Zu den mineralischen Energiestoffen gehören entsprechend die fossilen festen, flüssigen und gasförmigen Brennstoffe sowie die Kernbrennstoffe. Ressource Bekannte und vermutete Vorkommen, die wirtschaftlich nutzbar (gewinnbar) sind oder für eine wirtschaftliche Nutzung (Gewinnung) in absehbarer Zukunft in Frage kommen. Reserve Bekannte Vorkommen, die wirtschaftlich nutzbar (gewinnbar) sind. Statische Reichweite Verhältnis von Reserven zu Verbrauch für einen bestimmten Energieträger für einen bestimmten Zeitpunkt. Es kann auch das Verhältnis von Reserven zu Förderung verwendet werden. - 10 -
Klassifizierung von Vorräten (McKelvey-Diagramm) nach McKelvey 1965 Identifizierte Vorräte Nicht identifizierte Vorräte Sicher wahrscheinlich Bekannte Gebiete Unbekannte Gebiete Möglichkeit der technischen, wirtschaftlichen Gewinnung Derzeit wirtschaftlich gewinnbar Wirtschaftlich zu künftigen Preisen gewinnbar Technisch und wirtschaftlich nicht gewinnbar Reserven Hypothetisch spekulativ Ungewissheitsgrad der Lagerstätte - 11 -
Förderung fossiler Rohstoffe 2002 nach Regionen Daten: BP world energy report 2003-12 -
Agenda 1.1 Definitionen 1.2 Einheiten 1.3 Energiebilanzen 1.4 Energiestatistiken - 13 -
Einheiten ( Markteintrittsbarriere für nicht-energieökonomen) Quelle: Jahrbuch der Energiewirtschaft (2002), S. 884 10 A0 1. Um re ch n u n g vo n En e rgie e in h e ite n Einheit kj SKE (kg) RÖE (kg) kcal kwh BTU Therm 1 Kilojoule 0,0000341 0,0000239 0,2388 0,0003 0,95 0,00001 1 SKE (kg) 29308 0,7 7000 8,14 27767 0,27767 1 RÖE (kg) 418 68 1,429 10 0 0 0 11,63 39667 0,39667 1 kcal 4,1868 0,000143 0,0001 0,001163 3,967 0,00003967 1 kwh 3600 0,123 0,0861 859,845 3411 0,03411 1 BTU 1,055 0,00003606 0,0000252 0,2521 0,000293 0,00001 1 Therm 10 5549 3,60 1 2,52 25210 29,32 10 0 0 0 0-14 -
Conversion Factors Source: European Commission, EU Energy and Transport in Figures - 15 -
Potenzen Quelle: Jahrbuch der Energiewirtschaft (2002), S. 885 Kurz- Vorsatz- Teile der Einheit zeichen wort Zahl Wort a Atto 10-18 trillionstel f Femto 10-15 billiardstel p Pico 10-12 billionstel n Nano 10-9 milliardstel µ Mikro 10-6 millionstel m Milli 10-3 tausendstel c Centi 10-2 hundertstel d Dezi 10-1 zehntel da Deka 10 1 zehn h Hekto 10 2 hundert k Kilo 10 3 tausend M Mega 10 6 million G Giga 10 9 milliarde T Tera 10 12 billion P Peta 10 15 billiarde E Exa 10 18 trillion - 16 -
Heizwerte und Umrechnungsfaktoren von Energieträgern Quelle: Jahrbuch der Energiewirtschaft (2002), S. 885 Energieträger Mengen- Heizwert SKE- RÖEeinheit kj Faktor* Faktor** Steinkohlen*** kg 30 129 1,028 0,720 Steinkohlenbriketts kg 31 401 1,071 0,750 Steinkohlenkoks kg 28 650 0,978 0,684 Braunkohlen*** kg 9 097 0,310 0,217 Staub- und Trockenkohlen kg 22 044 0,752 0,527 Braunkohlenbriketts*** kg 19 596 0,669 0,468 Braunkohlenkoks*** kg 29 900 1,020 0,714 Hartbraunkohlen kg 14 820 0,506 0,354 Brenntorf kg 14 235 0,486 0,340 Brennholz (1 m 3 = 0,7 t) kg 14 654 0,500 0,350 Kokereigas m 3 15 994 0,546 0,382 Grubengas m 3 15 994 0,546 0,382 Gichtgas m 3 4 187 0,143 0,100 Erdgas m 3 31 736 1,083 0,758 Erdölgas m 3 40 300 1,375 0,963 Klärgas m 3 15 994 0,546 0,382 Flüssiggas kg 46 051 1,571 1,100 Raffineriegas kg 46 884 1,600 1,120 Erdöl (roh) kg 42 733 1,458 1,021 Motorenbenzin, -benzol kg 43 543 1,486 1,040 Rohbenzin kg 44 000 1,501 1,051 Flugbenzin, leichter Flugturbinenkraftstoff kg 43 543 1,486 1,040 Schwerer Flugturbinenkraftstoff, Petroleum kg 43 000 1,467 1,027 Dieselkraftstoff kg 42 960 1,466 1,026 Heizöl, leicht kg 42 733 1,458 1,021 Heizöl, schwer kg 40 968 1,398 0,979 Petrolkoks kg 31 048 1,059 0,742 Rohbenzol kg 39 565 1,350 0,945 Rohteer kg 37 681 1,286 0,900 Pech kg 37 681 1,286 0,900 Andere Kohlenwertstoffe kg 38 520 1,314 0,920 Andere Mineralölprodukte kg 39 836 1,359 0,951 Elektrischer Strom: aus Wasserkraft, Wind kwh 3 600 0,123 0,086 aus Kernenergie kwh 10 909 0,372 0,261 aus Müll u.ä. kwh 9 142 0,312 0,218 * Steinkohleneinheit: 1 kg Steinkohle mit 29308 kj (= 7000 kcal/ kg). ** Rohöleinheit: 1 kg mit 41868 kj (= 10000 kcal/ kg). *** Durchschnittswert für die Gesamtfördermenge. Quelle: Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen. - 17 -
Agenda 1.1 Definitionen 1.2 Einheiten 1.3 Energiebilanzen 1.4 Energiestatistiken - 18 -
Aufbau einer Energiebilanz Quelle: Pfaffenberger (1993, S. 19) - 19 -
Energieflussbild Quelle: Schiffer (2002, S. 26) - 20 -
Energy Balance EU 15, Germany and France source: http://europa.eu.int/comm/energy_transport/etif/energy_balance/germany.html - 21 -
Agenda 1.1 Definitionen 1.2 Einheiten 1.3 Energiebilanzen 1.4 Energiestatistiken - 22 -
World Energy Consumption per Capita Source: BP World Energy Report 2003-23 -
World Primary Energy Consumption Source: BP World Energy Report 2003-24 -
Regional Consumption Patterns 2002 Source: BP World Energy Report 2003-25 -
A Closer Look at the EU 15 Source: European Commission, EU Energy and Transport in Figures - 26 -
EU Gross Inland Energy Consumption by Country Source: European Commission, EU Energy and Transport in Figures - 27 -
EU Final Energy Consumption Source: European Commission, EU Energy and Transport in Figures - 28 -
and by Country Source: European Commission, EU Energy and Transport in Figures - 29 -
EU Import Dependency Source: European Commission, EU Energy and Transport in Figures - 30 -
Imports to the EU: Oil and Gas Source: European Commission, EU Energy and Transport in Figures - 31 -
Running Out of Fuel? Source: BP World Energy Report 2003-32 -