Einführung in die Energiewirtschaft EW I Prof. Dr. Christian von Hirschhausen cvh@mailbox.tu-dresden.de Technische Universität Dresden Lehrstuhl für Energiewirtschaft und Public Sector Management Energiewirtschaft 1 VL 1: Grundlagen 11. Oktober 2005-1-
Energiewirtschaft I (Einführung in die Energiewirtschaft) Datum 11.10.2005 18.10.2005 25.10.2005 01.11.2005 08.11.2005 15.11.2005 22.11.2005 29.11.2005 06.12.2005 13.12.2005 03.01.2006 10.01.2006 17.01.2006 24.01.2006 31.01.2006 Energiewirtschaft I (integrierte Veranstaltung) Energieeinheiten, Energiebilanzen, Energiestatistiken Ressourcenmanagement (AN) Einführung Regulierung (HW) Elektrizitätswirtschaft (HW) Gaswirtschaft (AN) Kohlewirtschaft (HW) Mineralölwirtschaft (HW) Emissionshandel (AN) Erneuerbare Energien (TJ) Erneuerbare Energien (TJ) noch offen DREWAG-Tag / Exkursion Erneuerbare Energien (TJ) Fragestunde Klausur 6 LP durch Bestehen einer 120minütigen Abschlussklausur Ansprechpartner: Anne Neumann (anne.neumann2@mailbox.tu-dresden.de) -2-
Agenda Organisation / Termine 1. Grundlagen 2. Ressourcen- und Regulierungs- Management Energiebilanzen 3. Märkte, Unternehmensstrategien, Energiepolitik -3-
Agenda 1.1 Grundlagen 1.2 Einheiten 1.3 Energiebilanzen 1.4 Energiestatistiken -4-
Energieproblem (?) Technik Natürliches Monopol Ressourcen Energie Märkte Umwelt/ Effizienz -5- Unternehmensstrategien
Definitionen (1/6) 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. -6-
Definitionen (2/6) Regenerative 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). -7-
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 also 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. -8-
Definitionen (4/6) Nutzenergie 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. -9-
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 -10-
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. -11-
Klassifizierung von Vorräten (McKelvey-Diagramm) nach McKelvey 1965 Identifizierte Vorräte Nicht identifizierte Vorräte sicher wahrscheinlich Bekannte Gebiete Unbekannte Gebiete Derzeit wirtschaftlich gewinnbar Reserven Möglichkeit der technischen, wirtschaftlichen Gewinnung Wirtschaftlich zu künftigen Preisen gewinnbar Technisch und wirtschaftlich nicht gewinnbar hypothetisch spekulativ Ungewissheitsgrad der Lagerstätte -12-
Förderung fossiler Rohstoffe 2002 nach Regionen Daten: BP world energy report 2003-13-
Agenda 1.1 Grundlagen 1.2 Einheiten 1.3 Energiebilanzen 1.4 Energiestatistiken -14-
Einheiten ( Markteintrittsbarriere für nicht-energieökonomen) Einheit kj SKE (kg) RÖE (kg) kcal kwh BTU Therm 1 KJ - 0,0000341 0,0000239 0,2388 0,0003 0,95 0,00001 1 SKE (kg) 29.308-0,7 7.000 8,14 27.767 0,27767 1 RÖE (kg) 41.868 1,429-10.000 11,63 39.667 0,39667 1 kcal 4,1868 0,000143 0,0001-0,001163 3,967 0,00003967 1 kwh 3.600 0,123 0,0861 859,845-3.411 0,03411 1 BTU 1,055 0,00003606 0,0000252 0,2521 0,000293-0,00001 1 Therm 105.549 3,601 2,52 25.210 29,32 100.000 - -15- Quelle: Jahrbuch der Energiewirtschaft (2002), S. 884
Umrechnungsfaktoren Energy To: TJ Gcal Mtoe GWh multiply by TJ 1 238,8 2.388 x 10-5 0,2778 From : Gcal Mtoe 4.1868 x 10-3 4.1868 x 10 4 1 1 x 10 7 1 x 10-7 1 1.163 x 10-3 11630 GWh 3,6 860 8.6 x 10-5 1 Volume To: Barrel Litre U.S. gallon U.K. gallon multiply by Barrel 1 158,99 42 34.9723 From : Litre U.S. gallon 0.6290 x 10-2 0.2381 x 10-1 1 3,7854 0,2642 1 0.2200 0,8327 U.K. gallon 0.2859 x 10-1 4,5461 Mass 1,2009 1 To: Tonne Long ton Short ton multiply by From : Tonne (t) Long ton (lt) U.K. Short ton (st) U.S. 1 1.0160 0.9072 0,9842 1 0.8929 1,1023 1.1200 1-16- Quelle: EC, EU Energy and Transport in Figures
Potenzen Teile der Einheit Kurzzeichen Vorsatzwort 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 -17- Quelle: Jahrbuch der Energiewirtschaft (2002), S. 885
Heizwerte und Umrechnungsfaktoren von Energieträgern 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 0 0 0 1,501 1,0 51 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. -18- Quelle: Jahrbuch der Energiewirtschaft (2002), S. 885
Agenda 1.1 Grundlagen 1.2 Einheiten 1.3 Energiebilanzen 1.4 Energiestatistiken -19-
Aufbau einer Energiebilanz -20- Quelle: Paffenberger (1993), S. 19
Energieflussbild -21- Quelle: Schiffer (2002), S. 26
Energy Balance EU 15, Germany and France source: http://europa.eu.int/comm/energy_transport/etif/energy_balance/germany.html -22-
Agenda 1.1 Grundlagen 1.2 Einheiten 1.3 Energiebilanzen 1.4 Energiestatistiken -23-
World Energy Consumption per Capita -24- Quelle: BP Statistical Review of World Energy 2005
World Primary Energy Consumption -25- Quelle: BP Statistical Review of World Energy 2005
Regional Consumption Patterns 2002-26- Quelle: BP Statistical Review of World Energy 2005
A Closer Look at the EU 15 and EU 25 700,0 EU Gross Inland Consumption 2002 (Mtoe) EU25 EU15 600,0 500,0 400,0 300,0 200,0 100,0 0,0 Solid Fuels Oil Natural Gas Nuclear Renewables -27- Source: EC, EU Energy and Transport in Figures
EU Gross Inland Energy Consumption by Country Source: European Commission, EU Energy and Transport in Figures -28-
EU Final Energy Consumption Source: European Commission, EU Energy and Transport in Figures -29-
and by Country Source: European Commission, EU Energy and Transport in Figures -30-
EU Import Dependency Source: European Commission, EU Energy and Transport in Figures -31-
Imports to the EU: Oil and Gas Source: European Commission, EU Energy and Transport in Figures -32-
Running Out of Fuel? -33- Quelle: BP Statistical Review of World Energy 2005