Primärenergieverbrauch

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Primärenergieverbrauch (PEV) ist der Verbrauch von Primärenergie, den ein Vorgang erfordert. Der Primärenergieverbrauch ergibt sich aus dem Endenergieverbrauch und den Verlusten, die bei der Erzeugung der Endenergie aus der Primärenergie auftreten.

Volkswirtschaftlich gesehen ist der Primärenergieverbrauch die gesamte einer Volkswirtschaft zugeführte Menge an Primärenergie. Sie wird in der Regel für einen Zeitraum von einem Jahr ermittelt. Mit ihr werden Energiedienstleistungen erbracht. Hierzu gehören Produzieren, Heizen, Kühlen, Bewegen, Elektronische Datenverarbeitung, Telekommunikation oder Beleuchten. Diese Energie wird meistens kurz nach ihrer Gewinnung wieder verbraucht. Ein Teil wird in Kohlenhalden, Erdgaskavernen, Öltanklagern oder Ölkavernen gespeichert.

Der Begriff Energieverbrauch ist im physikalischen Sinne ungenau, da Energie nicht verbraucht (Energieerhaltungssatz), sondern nur umgewandelt (Energieumwandlung) bzw. entwertet (Energieentwertung) werden kann. Was tatsächlich verbraucht wird, sind die eingesetzten (konventionellen) Energieträger.

Teilweise tritt der Staat als Bevorrater für strategische Reserven auf, zum Beispiel bei strategischen Ölreserven.

Unternehmen bevorraten Primärenergieträger, um in Zeiten mit hohem Energieverbrauch (Leistungsaufnahme) Lastspitzen bedienen zu können.

Eingesetzte Energieträger[Bearbeiten]

Die eingesetzten Energieträger sind:

Konventionelle Energie:

Erneuerbare Energie:

Verbrauchsermittlung[Bearbeiten]

Die Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen definiert den Primärenergieverbrauch wie folgt:[1]

Primärenergieverbrauch im Inland = Energieaufkommen im Inland - Ausfuhr - Hochseebunkerungen - Bestandsaufstockungen.

Dabei ergibt sich das Energieaufkommen im Inland aus:

Energieaufkommen im Inland = Energiegewinnung im Inland + Einfuhr + Bestandsentnahmen

Der inländische Primärenergieverbrauch ergibt sich also aus dem inländischen Energieaufkommen, bereinigt um das Handelssaldo mit dem Ausland und Veränderungen von Speicherfüllständen.

Wirkungsgradprinzip[Bearbeiten]

Zur Berechnung des Primärenergieverbrauchs wird in Deutschland seit 1995 das Wirkungsgradprinzip benutzt. Es wird auch von den internationalen Organisationen IEA, EUROSTAT und ECE angewendet.

Bei den Energieträgern, die durch Verbrennen ihre Energie umwandeln und deren Heizwert bekannt ist (hauptsächlich fossile Energieträger), wird der jeweilige Heizwert mit der jeweiligen eingesetzten Menge multipliziert. Bei den Energieträgern Biomasse, Müll und Klärschlamm wird, wenn kein Heizwert bekannt ist, das im nachfolgend beschriebene Substitutionsverfahren zur Ermittlung der in den Primärenergieverbrauch einfließenden Energien angewandt.

Bei der Bewertung der Kernenergie wird ein Wirkungsgrad von 33 % bei der Energieumwandlung zu Strom zugrunde gelegt. In den Primärenergieverbrauch fließt die Kernkraft also mit über der dreifachen Energie des durch die Kernkraft entstehenden Stromes ein. Die Wirkungsgradmethode führt im Vergleich zur Substitutionsmethode bei Kernenergie zu einem höheren, bei den anderen Energiequellen zu einem niedrigeren Primärenergieanteil.

Bei der Stromerzeugung aus anderen Energieträgern, z. B. regenerative Energien, wie Wasserkraft, Wind oder Photovoltaik, fließt nur die erzeugte elektrische Energie in den Primärenergieverbrauch ein[2]. Dadurch wird ein Wirkungsgrad von 100 % zur Berechnung des Primärenergieverbrauchs angenommen. Die Energieträger Wasserkraft, Wind oder Photovoltaik sind, im Vergleich zu Energieträgern, bei deren Umsetzung ein geringer Wirkungsgrad eingesetzt wird, in den Statistiken zum Primärenergieverbrauch stark unterrepräsentiert, zum Beispiel um den Faktor 3 in Bezug zur Atomkraft ohne Kraft-Wärme-Kopplung. Im Jahr 2006 verfügte kein in Betrieb befindliches AKW in Deutschland über eine Kraft-Wärme-Kopplung.

Der Saldo des Stromaußenhandels geht ebenfalls direkt in den Primärenergieverbrauch ein, auch hier wird sozusagen bei dem Saldo des importierten Stroms ein Wirkungsgrad von 100 % angenommen. Deutschland ist seit 2003 im Saldo Stromexporteur, wobei 2013 ein Rekordexportüberschuss von ca. 5% der Bruttostromerzeugung erzielt wurde (Stand Ende 2013).

Die so ermittelten Energien werden in dem Primärenergieverbrauch summiert.

Substitutionsmethode[Bearbeiten]

Auch bei der Substitutionsmethode werden der Heizwert und die eingesetzten Mengen der Energieträger zugrunde gelegt.

Jedoch wird bei der Berechnung des Primärenergieverbrauches mit der Substitutionsmethode angenommen, dass der Strom aus den Energieträgern, denen kein Heizwert beigemessen werden kann (Kernkraft, Wasserkraft, Wind und Photovoltaik), und gegebenenfalls der Stromimportsaldo die entsprechende Stromerzeugung in konventionellen Wärmekraftwerken ersetzt (substituiert). Zur Berechnung wird dann die Energie der konventionellen Energieträger benutzt, die zu der Erzeugung des "ersetzten" Stroms im Durchschnitt notwendig gewesen wäre[3].

Der Anteil der regenerativen Energien am Primärenergieverbrauch ist je nach Berechnung, ob nach der Substitutionsmethode oder dem Wirkungsgradprinzip unterschiedlich. Zum Beispiel betrug der Anteil der regenerativen Energien in Deutschland im Jahr 2005 nach dem Wirkungsgradprinzip 4,6 % und nach der Substitutionsmethode rund 6,6 %[4].

Bis 1994 wurde in Deutschland die Substitutionsmethode zur Ermittlung des Primärenergieverbrauchs angewendet.

Maßeinheiten[Bearbeiten]

Der Primärenergieverbrauch wird in der Regel als Energie, bezogen auf einen bestimmten Zeitraum (oft ein Jahr), angegeben. Die normgerechte Einheit der Energie ist das Joule bzw. Vielfache davon. Nachdem ein Joule im Verhältnis zu typischen Primärenergieangaben recht klein ist, werden in der Praxis insbesondere die größeren Vorsätze verwendet:

  • 1 kJ/Jahr (Kilojoule/Jahr) = 10^{3}Joule/Jahr = 0,0317 mW
  • 1 MJ/Jahr (Megajoule/Jahr) = 10^{6} Joule/Jahr = 0,0317 Watt
  • 1 GJ/Jahr (Gigajoule/Jahr) = 10^{9} Joule/Jahr = 0,0317 kW
  • 1 TJ/Jahr (Terajoule/Jahr) = 10^{12} Joule/Jahr = 0,0317 MW
  • 1 PJ/Jahr (Petajoule/Jahr) = 10^{15} Joule/Jahr = 0,0317 GW
  • 1 EJ/Jahr (Exajoule/Jahr) = 10^{18} Joule/Jahr = 0,0317 TW

Energie pro Zeiteinheit (z. B. Petajoule pro Jahr) stellt eine Leistungseinheit dar. Man kann also den Primärenergieverbrauch innerhalb eines bestimmten Zeitraums auch als durchschnittliche Leistungsaufnahme in diesem Zeitraum betrachten. Für Deutschland betrug zum Beispiel im Jahr 2004 der Primärenergieverbrauch 14.438 PJ. Dies entspricht einer mittleren Leistung von 458 GW bzw. 5,55 kW pro Kopf bei einer Bevölkerung von 82,5 Millionen Menschen.

In älterer Literatur ist auch eine Vielzahl anderer Einheiten zu finden; teilweise werden sie bis heute gebraucht. Beispiele sind:

  • TWh pro Jahr
  • Mio. kWh pro Jahr
  • Mio. t SKE pro Jahr
  • Mrd. BTU pro Jahr
  • Mio. Fass Öl pro Jahr
  • G t ÖE (engl. oe) pro Jahr

Wattstunden und Vielfache davon (wie kWh oder TWh) sind keine SI-Einheiten, werden aber als Produkt aus der SI-Einheit Watt und der für den Gebrauch in Verbindung mit dem SI-System zugelassenen Stunde oft als normgerecht betrachtet.

Endenergieverbrauch[Bearbeiten]

Hauptartikel: Endenergie

Die an Endkunden im Inland abgegebene Energie wird als Endenergie bezeichnet. Bevor die Energie an die Endkunden werden die Primärenergien teilweise umgewandelt. Beispielsweise wird die chemische Energie von Kohle in Kraftwerken in elektrische Energie umgewandelt und als elektrischer Strom bereitgestellt oder Rohöl (Erdöl) wird in Raffinerien in Kraftstoffe umgewandelt. Da bei der Umwandlung ein Teil der Energie verloren geht (bzw. physikalisch korrekter in nicht mehr weiter nutzbare Energieformen umgewandelt wird), ist die Summe des Endenergieverbrauchs geringer als die Summe des Primärenergieverbrauchs. Der Primärenergieverbrauch, der nach dem Wirkungsgradprinzip ermittelt wurde, enthält also, außer der unter Wirkungsgradprinzip beschriebenen Ausnahme, auch alle Umwandlungs- und Übertragungsverluste. Da ein Teil der Primärenergieträger zunächst in Sekundärenergieträger (wie z.B. Strom oder Kraftstoffe) umgewandelt wird, weicht die Aufteilung des Endenergieverbrauchs nach Energieträgern erheblich von der des Primärenergieverbrauchs ab.

Auch beim Endverbraucher erfolgt noch vielfach eine Energieumwandlung zur Bereitstellung einer Energiedienstleistung. Werden die Verluste dieser Umwandlungsstufe vom Endenergieverbrauch abgezogen, so wird das Ergebnis Nutzenergie genannt.

Primärverbrauch nach Wirkungsgradprinzip für Deutschland 2011[5]
Statistikart Anteil am PEV
Mineralöl 33,3 %
Erdgas 21,4 %
Steinkohle 12,6 %
Braunkohle 11,5 %
Erneuerbare Energien 10,8 %
Kernenergie 8,7 %
Gesamt 13.599 PJ

Bruttoendenergieverbrauch[Bearbeiten]

Der Bruttoendenergieverbrauch setzt sich aus den Energieprodukten (Strom, Fernwärme, Benzin, Diesel, Gas u. a.), die der Industrie, dem Verkehrssektor, Haushalten, dem Dienstleistungssektor einschließlich des Sektors der öffentlichen Dienstleistungen sowie der Land-, Forst- und Fischereiwirtschaft zu energetischen Zwecken geliefert werden, zusammen. Auch der Elektrizitäts- und Wärmeverbrauch den die Energiewirtschaft für die Elektrizitäts- und Wärmeerzeugung benötigt, wird hinzugerechnet. Des Weiteren werden auch die Verluste bei der Elektrizitäts- Wärmeverteilung und Übertragung mit eingerechnet.[6]

Das Europäische Parlament hat im Jahr 2009 beschlossen (Richtlinie 2009/28/ EG[6]) als verbindliches Ziel für die gesamte EU einen Anteil erneuerbarer Quellen am Bruttoendenergieverbrauch bis zum Jahr 2020 auf 20 % zu steigern bzw. im Verkehrssektor einen Anteil regenerativer Energiequellen in Höhe von mindestens 10 % zu erreichen. Dabei wurden unterschiedliche nationale Zielwerte festgelegt, für Deutschland soll der Anteil erneuerbarer Energien am Bruttoendenergieverbrauch bis zum Jahr 2020 auf 18 % gesteigert werden.

Bruttoendenergieverbrauch Deutschland 2005–2010 [7]
Statistikart 2005 2008 2009 2010
Endenergieverbrauch (lt. Energiebilanz) 9 239 PJ 9 098 PJ 8 692 PJ 9 060 PJ
Fackel- und Leitungsverluste (Strom) 106 PJ 108 PJ 90 PJ 87 PJ
Fackel- und Leitungsverluste (Wärme) 39 PJ 37 PJ 37 PJ 37 PJ
Eigenverbrauch der Kraftwerke und Heizkraftwerke (Strom) 141 PJ 138 PJ 128 PJ 143 PJ
Eigenverbrauch der Kraftwerke und Heizkraftwerke (Wärme) 0 0 0 0
Bruttoendenergieverbrauch 9 524 PJ 9 382 PJ 8 947 PJ 9 327 PJ
Summe Erneuerbare Energieträger 769 PJ 1 147 PJ 1 201 PJ 1 366 PJ
Anteil der erneuerbaren Energien am Bruttoendenergieverbrauch 8,1% 12,2% 13,4% 14,6%

Verbrauch nach Ländern[Bearbeiten]

Deutschland[Bearbeiten]

Der Primärenergieverbrauch lag 2011 in Deutschland bei rd. 13.500 Petajoule(PJ), entsprechend 3.753 Mrd. kWh.

Europa[Bearbeiten]

Der Primärenergieverbrauch lag 2011 in Europa (OECD-Länder) bei rd. 73.060 Petajoule (PJ), entsprechend 20.300 Mrd. kWh[8] (In der Quelle als 1.745 Mill. Tonnen Öleinheiten (Mtoe) angegeben).

Weltweit[Bearbeiten]

Hauptartikel: Weltenergiebedarf

Der Primärenergieverbrauch lag 2011 weltweit bei 532.400 Petajoule (PJ), entsprechend 147.900 Mrd. kWh [8] (In der Quelle als 12.717 Mill. Tonnen Öleinheiten (Mtoe) angegeben).

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Vorwort zu den Energiebilanzen für die Bundesrepublik Deutschland (PDF; 165 kB), abgerufen am 15. September 2013
  2. Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen, Vorwort zu den Energiebilanzen für die BRD
  3. Umweltbundesamt Methodik der Indikatorenbildung bei der PEV
  4. Grafiken und Tabellen zur Entwicklung der erneuerbaren Energien in Deutschland vom Bundesministerium für Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit, Mai 2006
  5. Auswertungstabellen zur Energiebilanz für die Bundesrepublik Deutschland 1990 bis 2012, Stand Juli 2013, zuletzt abgerufen am 14. September 2013.
  6. a b Richtlinie 2009/28/ EG
  7. Energieverbrauch in Deutschland im Jahr 2011 von der Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen e.V. (Stand: 5. März 2012)
  8. a b Internationale Energieagentur (IAE): Key World Energy Statistics (PDF; 6,1 MB), Paris 2012

Siehe auch[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]