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„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Vorlesung im Wintersemester 2007/2008Universität Trier
Dipl.-Ing. Kurt Rommel
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Was lesen wir alle tagtäglich in der Zeitung?
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Quelle: Allgemeine Zeitung Mainz, 23.10.2006
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… und aktuell?
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Quelle: Welt am Sonntag, 21.10.2007
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Wie nimmt die Öffentlichkeit die Strombranche aktuell wahr: Kundenzufriedenheit 2007
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Quelle: Kundenmonitor Deutschland 2007
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… und was tut die Branche selbst für ihr Bild?
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Quelle: Wirtschaftswoche, Sept. 2007
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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 und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
� Grundbegriffe, Grundlagen
� Reserven, Ressourcen, Funktionsabläufe
� Gesetze und Verordnungen
� Historische Entwicklung
� Preisbildung, Preisentwicklungen
� Unternehmen und deren Aufstellung
� Erneuerbare Energien und neue Anbieter
� Zentrale energiepolitische Fragen
Wenn wir´s sportlich formulieren: …. heißt bei uns:
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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.
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
� Eigene Themenwünsche oder Schwerpunkte
� Ab und zu eine Frage
� … und manchmal dürfen Sie ein klein bisschen mitrechnen.
Was können Sie einbringen?
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Filmbeitrag
„Energie: das Problem“
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
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Grundlagen und Grundbegriffe der Energiemärkte
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
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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.
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
1.1 Grundlagen - Begriffe
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Energie
Energie = Exergie + Anergie
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
1.1 Grundlagen - Begriffe
kann vollständigin Arbeit
umgewandelt werden
nicht nutzbarerRest der Energie
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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
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
1.1 Grundlagen - Begriffe
Quelle: Energiehandbuch 2002
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Wie werden Energieeinheiten umgerechnet:
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
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
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Die Umrechnung erfolgt z.B. von nach , d.h.:
1 kWh = 3,6 MJ
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Der Unterschied zwischen …..
� Arbeit = Kraft x Weg
[ J ] [ Nm ] und
� Leistung = Arbeit / Zeit
[ W ] [ J / s ] bzw.
� Arbeit = Leistung x Zeit
[ J ] [ Ws ]
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
1.1 Grundlagen - Begriffe
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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
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
1.1 Grundlagen - Begriffe
Quelle: Energiehandbuch 2002
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…. 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
� Kohlekraftwerk (pro Block): …. 2 GW
� Kernkraftwerk (pro Block): …. 1,5 GW
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
1.1 Grundlagen - Begriffe
Quelle: Energiehandbuch 2002
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Welche Einheiten und Skalierungen haben Sie gerade kennengelernt?
� „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
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
1.1 Grundlagen - Begriffe
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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
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
1.1 Grundlagen - Begriffe
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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
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
1.1 Grundlagen - Begriffe
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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
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
1.1 Grundlagen - Begriffe
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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
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
1.1 Grundlagen - Begriffe
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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
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
1.1 Grundlagen - Begriffe
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Welche Energiemärkte betrachten wir?
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Strom
Erdgas
Braunkohle
Mineralöl
Steinkohle
1.1 Grundlagen - Begriffe
Erneuerbare
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Energieträger
� Unter Energieträgern versteht man Stoffe, die Energien gebunden haben (z.B. Kohle, Gas, Öl oder Holz).
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
1.1 Grundlagen - Begriffe
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Energieinhalt verschiedener Energieträger
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
1.1 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
Quelle: Energiehandbuch 2002
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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.
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
1.1 Grundlagen - Begriffe
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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.
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
1.1 Grundlagen - Begriffe
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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
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
1.1 Grundlagen - Begriffe
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Wirkungsgrade von Energiewandlern
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
1.1 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 %
Quelle: Energiehandbuch 2002
Ein
gang
sfor
mAusgangsform
30„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
1.2 Grundlagen - Energiefluss
Primärenergie
Sekundärenergie
Endenergie
Nutzenergie
Aufbereitung
Umwandlung
Anwendung
Energiefluss
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Energieflussbild 2006 für Deutschland
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
1.2 Grundlagen - Energiefluss
Quelle: AG Energiebilanzen
Angaben in [Mio t SKE]
*geschätzt
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Energievorräte weltweit – „Strategische Ellipse“
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
1.3 Grundlagen – Vorräte weltweit
Quelle: BMWA
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Länder mit den größten Reserven 2004
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
1.3 Grundlagen – Vorräte weltweit
Quelle: BGR
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Entwicklung des weltweiten Primärenergie-Verbrauchs und Prognose der IEA
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
1.3 Grundlagen – Vorräte weltweit
Quelle: BGR
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Primärenergiebedarf der Welt bis 2030
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
1.3 Grundlagen – Vorräte
Quelle: World Energy Outlook 2005, IEA
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Primärenergieverbrauch der EU 2004
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
1.3 Grundlagen – Vorräte
Quelle: ZfK, 4/2006
Kohle Öl Erdgas Kernkraft Erneuerbare
24 %
15 %
37 %
18 %
6 %
gesamt:
1,73 Gt OE
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Primärenergieverbrauch in Deutschland 2005
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
1.3 Grundlagen – Vorräte
Quelle: AG Energiebilanzen
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Entwicklung des Primärenergieverbrauchs in Deutschland
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
1.3 Grundlagen – Vorräte
Quelle: BMWI, BMU
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Entkopplung von Wirtschaftswachstum und Primärenergieverbrauch in Deutschland
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
1.3 Grundlagen – Vorräte
Quelle: AG Energiebilanzen, Stat. Bundesamt
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Prognosen zum Primärenergieverbrauch in Deutschland
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
1.3 Grundlagen – Vorräte
Quelle: AG Energiebilanzen, EWI/Prognos 2005, DLR/IFEU/WI 2004
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Energieimportabhängigkeit Deutschlands 2004
„Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
1.3 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