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1„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel

„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“

„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel

Vorlesung im Wintersemester 2008/2009Universität Trier

Prof. Dr. Ludwig von AuerDipl.-Ing. Kurt Rommel


Was lesen wir alle tagtäglich in der Zeitung?

Quelle: Allgemeine Zeitung Mainz, 23.10.2006



Was möchte ich Ihnen zum Verständnis energie-wirtschaftlicher Zusammenhänge alles vorstellen?

� Was ist der Reiz des Spiels?

� Das Spielfeld

� Die Regeln

� Der bisherige Spielverlauf

� Die Taktik zum Erfolg

� Die Feldspieler

� Die Ersatzbank

� Die entscheidende Phase ….

� Grundlagen/-begriffe, Rahmenbedingungen

� Reserven, Ressourcen, Funktionsabläufe

� Gesetze und Verordnungen

� Historische Entwicklung

� Preisbildung/-entwicklungen, Netzregulierung

� Unternehmen und deren Aufstellung

� Erneuerbare Energien und neue Anbieter

� Zentrale energiepolitische Fragen

Wenn wir´s sportlich formulieren: …. heißt bei uns:



Filmbeitrag

„Energie: das Problem“



Grundlagen und Grundbegriffe der Energiemärkte


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.

1.1 Grundlagen - Begriffe


Energie

Energie = Exergie + Anergie


kann vollständigin Arbeit

umgewandelt werden

nicht nutzbarerRest der Energie


Die wichtigsten Erscheinungsformen der Energie

� Mechanische Energie: - mechanische Arbeit- potenzielle / kinetische Energie

� Elektromagnetische Energie: - magnetische Energie- elektrische Energie- elektromagnetische Energie

� Bindungsenergie: - chemische Energie- physikalische Energie- atomare Energie / Kernenergie

� Thermische Energie: - Wärme


Quelle: Energiehandbuch 2002


Wie werden Energieeinheiten umgerechnet:1.1 Grundlagen - Begriffe

MJ kg SKE kg RÖE kcal kWh

MJ - 0,034 0,024 238,8 0,278

kg SKE 29,308 - 0,7 7.000 8,14

kg RÖE 41,869 1,429 - 10.000 11,63

kcal 0,004187 0,000143 0,0001 - 0,001163

kWh 3,6 0,123 0,0861 859,8 -1

2

Die Umrechnung erfolgt z.B. von nach , d.h.:

1 kWh = 3,6 MJ

1 2


Arbeit und Leistung – zwei elementare Begriffe

� Arbeit = Kraft x Weg

[ J ] [ Nm ] und

� Leistung = Arbeit / Zeit

[ W ] [ J / s ] bzw.

� Arbeit = Leistung x Zeit

[ J ] [ Ws ]



Ein Gefühl für Energiemengen….

� Fußgänger (72 kg, 6 km/h): 100 J

� Pkw (1,3 t, 100 km/h): 0,4 MJ

� Bergsteiger (85 kg, 1.000 Höhenmeter): 0,8 MJ

� tägl. Sonneneinstrahlung auf 1 m2 in Deutschland: 11 MJ

� Verbrennung von 1 kg Steinkohle: 30 MJ

� Verbrennung von 1 Liter Erdöl: 43 MJ

� tägl. Verbrauch eines Menschen (Industrieland): 0,5 GJ

� Energieinhalt eines Gewitters: 0,2 EJ

� jährl. Verbrauch aller Menschen auf der Welt: 400 EJ

� Energie aller weltweiten Gewitter eines Tages: 7,2 * 103 EJ

� Tägl. Sonneneinstrahlung auf die Erde: 15 * 103 EJ




…. und für Leistungen

� Wärmeproduktion eines Menschen: 80 W

� Menschliche Leistung bei hoher körperlicher Anstrengung: 500 W

� Heizkessel im Einfamilienhaus: 20 kW

� Pkw: 100 kW

� Passagierflugzeug: 200 MW

� Windkraftwerk: …. 3 MW

� Kernkraftwerk (pro Block): …. 1,5 GW

� Kohlekraftwerk (pro Block): …. 2 GW




Welche Einheiten haben Sie gerade kennen gelernt?

� „kilo“: 103 z.B. kW

� „Mega“: 106 z.B. MW

� „Giga“: 109 z.B. GJ

� „Tera“: 1012 z.B. TWh

� „Peta“: 1015 z.B. PJ

� „Exa“: 1018 z.B. EJ



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



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



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

– Fernwärme

– Strom

– Gas

– Erdölprodukte (Heizöl, Kraftstoffe, etc.)

– Kohle und Kohleprodukte

– direkte Solarnutzung

– Holz (biogene Brennstoffe)



Nutzenergie

� Nutzenergie ist diejenige Energieform, die dem Verbraucher nach der letzten Energieanwendung zur Verfügung steht und die Ziel seinerNutzung ist.

� Nutzenergieformen sind z.B.

– Licht

– Mechanische Kraft

– Kälte

– Hoch- und Niedertemperaturwärme

– Elektrische und magnetische Feldenergie

– Elektromagnetische Strahlung

– Elektrische Prozessenergie



Welche Energiemärkte betrachten wir?

Strom

Erdgas

Braunkohle

Mineralöl

Steinkohle


Erneuerbare


Energieträger

� Unter Energieträgern versteht man Stoffe, die Energien gebunden haben (z.B. Kohle, Gas, Öl oder Holz).



Energieinhalt verschiedener Energieträger1.1 Grundlagen - Begriffe

Quelle Träger / Wandler Energieinhalt

Fossile Brennstoffe Kohle 2 - 8 kWh / kg

Erdöl 12 kWh / kg

Erdgas 10 kWh / kg

Kernbrennstoffe Uran 2 * 107 kWh / kg

Solarenergie Solarzellen 100 - 200 kWh / qm*a

Kollektoren 1.000 - 2.000 kWh / qm*a

Biomasse 4 - 10 kWh / kg

Windenergie 700 - 1.000 kWh / qm*a

Erdwärme Boden 10-3 kWh / kg °C

Müll Abfälle 2 - 3 kWh / kg



Energie-Reserven

� Diejenigen Mengen eines Energierohstoffes, die mit großer Genauigkeit erfasst wurden und mit den derzeitigen technischen Möglichkeitenwirtschaftlich gewonnen werden können.

� Synonym sind gebräuchlich:Bauwürdig ausbringbare Reserven, sicher (und wahrscheinlich) gewinnbare Vorräte.



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.



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:P aus

η = < 1 P ein

� Nutzungsgrad:A aus

g = < 1 A ein



Wirkungsgrade von Energiewandlern1.1 Grundlagen - Begriffe

kin. Energie Strom Wärme Licht

kin. Energie Generator99 %

chem. Energie Pkw Brennstoffzelle Ofen20 % 60 % 60 - 95 %

Strom Elektromotor Wärmepumpe Lampe60 - 99 % 100 - 400 % 5 - 30 %

Wärme Dampfturbine80 - 90 %

Licht Solarzelle Kollektor5 - 25 % 60 - 90 %


Ein

gang

sfor

mAusgangsform


1.2 Grundlagen - Energiefluss

Primärenergie

Sekundärenergie

Endenergie

Nutzenergie

Aufbereitung

Umwandlung

Anwendung

Energiefluss


Energieflussbild 2006 für Deutschland1.2 Grundlagen - Energiefluss

Quelle: AG Energiebilanzen

Angaben in [Mio t SKE]

*geschätzt


Energievorräte weltweit – „Strategische Ellipse“1.3 Grundlagen – Vorräte weltweit

Quelle: BMWA


Länder mit den größten Reserven 20041.3 Grundlagen – Vorräte weltweit

Quelle: BGR


Entwicklung des weltweiten Primärenergie-Verbrauchs und Prognose der IEA

1.3 Grundlagen – Vorräte weltweit

Quelle: BGR


Primärenergiebedarf der Welt bis 20301.3 Grundlagen – Vorräte

Quelle: World Energy Outlook 2005, IEA


Primärenergieverbrauch der EU 20041.3 Grundlagen – Vorräte

Quelle: ZfK, 4/2006

Kohle Öl Erdgas Kernkraft Erneuerbare

24 %

15 %

37 %

18 %

6 %

gesamt:

1,73 Gt OE


Primärenergieverbrauch in Deutschland 20051.3 Grundlagen – Vorräte

Quelle: AG Energiebilanzen


Entwicklung des Primärenergieverbrauchs in Deutschland

1.3 Grundlagen – Vorräte

Quelle: BMWI, BMU


Entkopplung von Wirtschaftswachstum und Primärenergieverbrauch in Deutschland


Quelle: AG Energiebilanzen, Stat. Bundesamt


Prognosen zum Primärenergieverbrauch in Deutschland


Quelle: AG Energiebilanzen, EWI/Prognos 2005, DLR/IFEU/WI 2004


Energieimportabhängigkeit Deutschlands 20041.3 Grundlagen – Vorräte

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Öl Erdgas Stein-kohle

Kern-energie*

Braun-kohle

Wasser/Wind

Sonstige

Importe

Inlandsförderung

* Uran muss importiert werden.

Quelle: Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen 01/2005

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