Bedarf an elektrischer Energie

Strombedarf von Geräten im Privathaushalt

Strombedarf ist ein Begriff, der die Menge an elektrischer Energie, die von einem elektrischen Verbraucher im Betrieb während einer definierten Zeit von elektrischer Energie in eine andere Energieform umgewandelt wird, bezeichnet. Physikalisch handelt es sich hier um eine Energiewandlung.

Andere Benennung

Stromverbrauch ist ein weiterer, umgangssprachlicher, Begriff für diese Energiewandlung. Da Energie (und damit auch elektrischer Strom) nicht erzeugt oder verbraucht sondern nur umgewandelt werden kann, ist der Begriff irreführend.

Siehe auch: Energieeinsparung

Elektrische Leistung

Die elektrische Leistung P_W (gemessen in Watt) des Verbrauchers ist das Produkt aus der anliegenden elektrischen Spannung U (gemessen in Volt), dem fließenden Strom I_W (gemessen in Ampere) und dem Leistungsfaktor cos φ. (φ ist der Phasenwinkel zwischen Strom- und Spannungsvektor).

Leistungsfaktor

Der Leistungsfaktor ist die Winkelfunktion des Phasenwinkels $\varphi$ (phi) zwischen Strom und Spannung. Bei Belastung durch Motoren etc. ist der Stromvektor dem Spannungsvektor nacheilend (Motoren wirken induktiv). Der durch die zusätzliche Blindleistung entstehende Phasenwinkel φ muss bei der Berechnung der einzelnen Stromgrößen berücksichtigt werden. Anders bei Gleichstrom, da ist dies nicht der Fall.

Allgemein gilt:

Wirkfaktor :

$\cos \varphi ={\frac {Wirkleistung}{Scheinleistung}}={\frac {P_{W}}{P_{S}}}$

Wirkleistung :

$P_{W}=U\cdot I\cdot \cos \varphi$

siehe auch Leistungen und Leistungsfaktor des Wechselstromes

Umgewandelte elektrische Energie

Die umgewandelte elektrische Energie W (von englisch work = Arbeit), gemessen in Wattsekunden, üblich sind hier auch Kilowattstunden), ist die gesamte elektrische Arbeit, die während des betrachteten Zeitraums t (gemessen in Stunden) bei der betrachteten Leistungsaufnahme fließt. Bei einem gleich bleibenden Verbrauch ist die umgewandelte Energie das Produkt der elektrischen Leistung mit der verstrichenen Zeit t [h]:

$W=P_{W}\cdot t$.

Beispiel: Als Beispiel kann ein Haartrockner mit 2000 Watt (2 kW) elektrischer Leistungsaufnahme betrachtet werden. Wird der Haartrockner eine halbe Stunde (0,5 h) betrieben, beträgt der Stromverbrauch 0,5 h · 2 kW = 1 kWh (eine Kilowattstunde). Er wird im europäischen Netz bei 230 Volt Spannung betrieben und es fließt ein Strom von ca. 8,7 Ampere.

Das oben beschriebene Beispiel ist nur ohne Berücksichtigung des Leistungsfaktors gültig, weil bei reinen Widerstandsheizgeräten (Strom im Gerät erwärmt den Heizkörper, ohne Motor) der Leistungsfaktor (cos φ) = 1 beträgt.

Jedoch ein Elektromotor mit seiner Magnetwicklung benötigt neben dem Wirkstrom (die Wirkung ist sicht- und fühlbar) auch einen phasenverschobenen Blindstrom zum Aufbau des elektromagnetischen Feldes im Motor.

Dieser Blindstrom belastet die Leitungen, wird allerdings durch die üblichen Wechselstromzähler nicht erfasst und somit nicht berechnet. Die Stromerzeuger müssen ihn trotzdem erzeugen, verlangt jedoch der Antriebsmaschine des Generators keine Antriebskraft ab.

Leider begrenzt sein Vorhandensein die elektrische Leistungsproduktion, indem er die Generatorwicklungen ebenso wie der Wirkstrom durchfließt, allerdings um die sogenannte Phasenverschiebung zeitversetzt.

Blindströme brauchen, auch wenn er dem Haushalt nicht explizit verrechnet wird, dieselbe Struktur des Kraftwerkes inkl. Personal, nur der Brennstoffverbrauch für diesen Blindstrom entfällt. Die Summe aus beiden Strömen wird durch geometrische Addition errechnet. Auf Leitungen, im Generator und Transformator verursacht er jedoch auch seinen Anteil an Wärmeverlusten, daher erhält man ein im Wirkstrom kaufmännisch einkalkuliertes „Geschenk“ zur Ausbildung des Magnetfeldes im Elektromotor.

Leitungssicherung

Viele der deutschen Haushaltsstromkreise sind noch mit einem Sicherungs-Bemessungsstrom von 16 A abgesichert. So kann eine maximale Leistung von max. 3,7 kW je Stromkreis entnommen werden, wobei dies den oberen Grenzwert der Belastung darstellt. Bei neueren, den gültigen Vorschriften entsprechend ausgelegten Einphasen-Stromkreisen sind die 1,5 mm² Kupferleiterleiterquerschnitte mit 13 A, der Auslösecharakteristik D, abgesichert. Ein Elektromotor mit 3,7 kW Bemessungsleistung benötigt um 100 / Wirkungsgrad in %, mal mehr Wirkstrom und Blindstrom zur Magnetfeldbildung. Eine normale einphasige 16-A-Steckdose reicht dafür nicht aus. Dann allerdings wird man einen Drehstromanschluss mit 3x16 A + N + PE benutzen. Dies schreiben die Anschlussbedingungen der Stromerzeuger bzw. Energieversorgungsunternehmen vor. Sonst könnte durch Überlastung der Leitungsdrähte ein Schaden entstehen. Dann würden die Sicherungen den überlasteten Stromkreis abschalten.

Strombedarf

In Deutschland betrug der Stromverbrauch:

• 2006 = 540 Mrd. kWh; lt. Verband der Elektrizitätswirtschaft (VDEW), veröffentlicht Mitte März 2007. Die Zunahme im Vergleich zum Vorjahr lag bei 3,74 %.
• 2005 = 519,8 Mrd. kWh (lt. Verband d. Elektrizitätswirtschaft (VDEW), die Zunahme beträgt ggü. 2004 = 0,7 %)
• 2004 = 516,187 Mrd. kWh (Rückrechnung von 2005)

Nach Berechnungen des Umweltbundesamtes ist der Stromverbrauch von 1995 bis 2000 um elf Prozent gestiegen. Danach sank er bis 2005 um etwa sieben Prozent

In Privathaushalten ist nach Angaben der Internationalen Energieagentur (IEA) der Stromverbrauch von Elektrogeräten stark angestiegen. Rückgänge gab es bei Waschmaschinen und Kühlschränken, während der Strombedarf von Fernsehern, Klimaanlagen und Computern drastisch anstieg. Dies sei eine Folge der prozentualen Zunahme am Gesamtenergieverbrauch. Zwischen 1990 und 2004 ist dieser von 15 auf 20 Prozent gestiegen.

Siehe auch

• Stromerzeugung
• Energiebedarf
• Kraftwerksmanagement