Primärenergie

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Als Primärenergie bezeichnet man in der Energiewirtschaft die Energie, die mit den ursprünglich vorkommenden Energieformen oder Energiequellen zur Verfügung steht, etwa als Brennstoff (z. B. Kohle oder Erdgas), aber auch Energieträger wie Sonne, Wind oder Kernbrennstoffe. Primärenergie kann durch einen (mit Verlusten behafteten) Umwandlungsprozess in Sekundärenergie umgewandelt werden. Primär- oder Sekundärenergie wird nach Übertragungsverlusten zu vom Verbraucher nutzbarer Endenergie.

Energiequellen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Primärenergiebedarf[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Seit der 2009er Fassung der Energieeinsparverordnung (EnEV) wird der Primärenergiebedarf von Wohn- und Nichtwohngebäuden anhand der DIN V 18599 berechnet. Aus den bauphysikalischen Daten des Gebäudes (Wärmedurchgangskoeffizienten / U-Werte der Bauteile), der Geometrie und meteorologischen Bedingungen wird zunächst der Nutzenergiebedarf Qn für das Halten des Gebäudes auf der gewünschten Temperatur berechnet. Es folgt die Ermittlung der Verluste innerhalb des Gebäudes für die Erzeugung, Speicherung, Verteilung und Abgabe von Heizung, Warmwasser und Lüftung. Die Summe daraus ergibt die Endenergie Qe, die beispielsweise am Gaszähler gemessen werden kann.

Endenergie Qe = Nutzenergie Qn + Anlagenverluste

Mittels eines Primärenergiefaktors fp wird die Endenergie Qe auf die Primärenergie Qp umgerechnet.

Primärenergie Qp = Endenergie Qe × fp

Der Faktor fp beinhaltet die Verluste, die bei der Bereitstellung des Energieträgers entstehen (beispielsweise Förderung, Transport, Raffination, Trocknung oder Lagerung).

In einem weiteren Schritt wird der Primärenergiefaktor in einen erneuerbaren und einen nicht erneuerbaren Anteil aufgeteilt. Ein CO2-Ausstoß ist dabei nur mit dem nicht erneuerbaren Primärenergieverbrauch verbunden. Die exakte zahlenmäßige Festsetzung erfolgt dabei auch mit einer politischen oder ökologischen Zielsetzung. Das Verhältnis von gesamtem Primärenergiefaktor zum nicht erneuerbaren Anteil ist dabei ein Maß für die Nachhaltigkeit.

Beispielsweise hat Holz einen gesamten Primärenergiefaktor von fp = 1,2 (d. h., es müssen für 100 kWh Endenergie Holz die z. B. in einer Verbrennung genutzt werden zusätzlich noch 20 kWh aufgebracht werden bis das Holz geliefert vor der Tür steht)[1]. Für den nicht erneuerbaren Anteil liegt der Wert jedoch bei fp = 0,2. Das heißt für die verbrauchten 100 kWh Endenergie werden nur 20 kWh nicht erneuerbare Primärenergie verbraucht und nur mit diesen 20 kWh ist auch ein CO2-Ausstoß verbunden.

Beim Erdgas ist der gesamte Primärenergiefaktor gleich dem Primärenergiefaktor für den nicht erneuerbaren Anteil hier fp = 1,1. D. h., der Zusatzaufwand für die Bereitstellung von Erdgas beim Endverbraucher wird mit 10 % angesetzt und in der gesamten Prozesskette werden keine bzw. vernachlässigbar wenig erneuerbare Energien eingesetzt.

In der DIN V 18599 ist den anderen fossilen Energieträgern (Heizöl, Flüssiggas, Stein- und Braunkohle) der gleiche Primärenergiefaktor wie dem Erdgas zugeordnet. Hier zeigt sich die politische Komponente in diesen Festsetzungen, da sich sowohl der Energieverbrauch bis zur Bereitstellung, als auch der CO2-Ausstoß dieser verschiedenen Energieträger stark unterscheidet.

Für Strom wurde in einer früheren Fassung der DIN V 18599 für den gesamten Primärenergiefaktor der Wert fp = 3,0 (aufgrund der hohen Energieverluste zur Herstellung des Stroms) und für den nicht erneuerbaren Anteil der Wert fp = 2,7 festgesetzt. In der Fassung der Energieeinsparverordnung vom 1. Oktober 2009 wird aufgrund des steigenden Anteils der regenerativen Stromerzeugung der Wert für den nicht erneuerbaren Anteil auf fp = 2,6 reduziert. In der aktuellen Fassung der DIN 18599 im Teil 100 ist der Primärenergiefaktor für Strom nun auch auf 2,4 geändert worden. Allerdings findet sich in der aktuellen Fassung der EnEV 2014 in Anlage 1 Nummer 2.1.1 Satz 6 der Hinweis, dass unabhängig von den Berechnungen der DIN V 18599 ab dem 01. Januar 2016 ein Primärenergiefaktor für Strom von 1,8 zu verwenden ist. Dies gilt jedoch nicht für den Faktor, welcher für die Einspeisung ins Stromnetz aus einer Erzeugeranlage mit Kraft-Wärme-Kopplung angesetzt wird. Hier gilt weiterhin der Faktor für den Verdrängungsstrommix von 2,8. Bei steigendem Anteil Erneuerbarer Energien in der Stromerzeugung wird der Primärenergiefaktor voraussichtlich weiterhin sinken.

Bei der international dominierenden Wirkungsgradmethode wird bei Wasserkraft, Windenergie und Photovoltaik, die keinen Brennwert aufweisen, ein Umwandlungswirkungsgrad von 100 % angenommen und somit die Endenergie gleich der Primärenergie gesetzt. Bei konventionellen Energieträgern wird hingegen der Wirkungsgrad herangezogen, mit dem die Primärenergie in Endenergie gewandelt wird. Eine Ausnahme bildet die Kernenergie, bei der pauschal ein Wirkungsgrad von 33 % angesetzt wird. Dies bedeutet, dass dort bei gleicher Stromerzeugung dreimal so viel Primärenergie verbraucht wird wie z. B. bei Windkraft- oder Photovoltaikanlagen. Aufgrund dieser Besonderheit bei der Berechnungsmethode sind erneuerbare Energien in Primärenergiestatistiken tendenziell unterrepräsentiert.[2] Aus dem gleichen Grund kommt es zu dem merkwürdig erscheinenden Phänomen, dass die Kernenergie in der weltweiten Primärenergiestatistik einen höheren Anteil aufweist als die Wasserkraft, obwohl Wasserkraftwerke insgesamt deutlich mehr Strom liefern als Kernkraftwerke.[3]

Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass Energiesysteme, die vorwiegend bzw. vollständig auf erneuerbaren Energien basieren, bei gleichem Endenergieverbrauch einen deutlich niedrigeren Primärenergieverbrauch aufweisen als konventionelle Energiesysteme. Für Dänemark wurde z. B. in drei unterschiedlichen Energiewende-Szenarien mit jeweils 100 % erneuerbaren Energien jeweils etwa eine knappe Halbierung des Primärenergiebedarfs gegenüber einem weitgehend fossilen Referenzszenario ermittelt.[4]

Primärenergiegewinnung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Dem Primärenergieverbrauch steht die Primärenergiegewinnung gegenüber. Diese erfolgt auf verschiedene Arten. Beim Vergleich der Anteile an der Primärenergiegewinnung ist die unterschiedliche Wertigkeit der Energieträger zu berücksichtigen. Dabei spielen vor allem Energiedichte und Wirkungsgrad eine Rolle.

Fossile Primärenergie wird durch Verbrennung fossiler Energieträger gewonnen. Primärelektrizität wird zum Beispiel in Wasserkraftwerken, Solar- oder Windkraftanlagen gewonnen. Wärmekraftwerke können mit Kernenergie, Solarenergie oder fossilen Energieträgern betrieben werden, dabei wird meist ein Teil der Energie in Elektrizität umgewandelt. Bei dieser Umwandlung geht ein Teil der Primärenergie als Abwärme verloren und steht nicht mehr als Nutzenergie zur Verfügung. Mit der Kraft-Wärme-Kopplung wird versucht, diese Verluste zu verringern.

Primärenergieverbrauch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Teil der volkswirtschaftlichen Gesamtrechnung ist der Primärenergieverbrauch. Ist die Primärenergiegewinnung eines Landes geringer als der Primärenergieverbrauch, so muss die Differenz durch Importe gedeckt werden. Sowohl Deutschland als auch fast alle Länder der Europäischen Union sind Nettoimporteure von Primärenergie, insbesondere von Öl, Gas und Kohle.[5]

Primärenergie in der Ökobilanzierung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Primärenergie wird in der Ökobilanzierung aufgeteilt in "Primärenergie erneuerbar" und "Primärenergie nicht erneuerbar". Diese Werte können wiederum aufgeteilt werden in "Stofflich gebunden" und "Energetisch verbraucht". Die Werte können zudem entsprechend Ihrer Herkunft in "Herstellung" und "Entsorgung" differenziert werden.

Primärenergie in der Schweiz[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In der Schweiz entspricht die "Graue Energie" dem "Primärenergie nicht erneuerbar". In der Schweiz gibt es eine Liste generischer Bauprodukte unter Anderen mit der Angabe der Primärenergie aufgeteilt in erneuerbar und nicht erneuerbar sowie Herstellung und Entsorgung. Diese Indikatoren werden leicht abweichend der EPD Rechenregeln nach EN 15804 berechnet. So wird Bei Holz der untere Brennwert angewendet und bei GWP die biogene Kohlenstoffspeicherung nicht angerechnet.

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Wiktionary: Primärenergie – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. DIN V 18599-100:2009-10
  2. Viktor Wesselak, Thomas Schabbach, Thomas Link, Joachim Fischer, Regenerative Energietechnik, Berlin/Heidelberg 2013, S. 6.
  3. Nicola Armaroli, Vincenzo Balzani: Energy for a Sustainable World. From the Oil Age to a Sun-Powered Future. Weinheim 2011, S. 231.
  4. Brian Vad Mathiesen et al., Smart Energy Systems for coherent 100% renewable energy and transport solutions. In: Applied Energy 145, (2015), 139–154, 149f, doi:10.1016/j.apenergy.2015.01.075.
  5. Eurostat: Statistische Aspekte der Energiewirtschaft 2005 – Zunehmende Energieabhängigkeit der EU-25 (PDF; 153 kB)