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Was versteht man unter Smart Grid? Wie funktioniert eine Solarzelle? Was ist die Tortilla-Krise? Wer hat die Batterie erfunden? Was ist der Energieerhaltungssatz? Antworten und Erläuterungen zu vielen Begriffen und Fragen aus der Welt der Energie liefert unser Lexikon. In diesem sind aktuell rund 150 Fachbegriffe aus den Themenbereichen Energie, Energiewirtschaft und Energierohstoffe aufgeführt. Wählen Sie einen Anfangsbuchstaben oder scrollen Sie sich einfach durch das komplette Lexikon.

Damit Strom- und Gasnetzbetreiber keine Monopolgewinne erzielen und die Netze trotzdem so kostensparend wie möglich betrieben werden, werden die Betreiber durch die Bundesnetzagentur oder eine Landesregulierungsbehörde reguliert. In Deutschland wird die Anreizregulierung seit 2009 angewendet und soll für angemessene Energiepreise für Verbraucher führen. Die Kosten für die Netzinfrastruktur werden über die Netzentgelte auf die Netznutzer und damit die Letztverbraucher im jeweiligen Versorgungsgebiet verteilt. Die Regulierungsbehörden von Bund (Bundesnetzagentur) und Ländern stellen sicher, dass die Netzentgelte angemessen und diskriminierungsfrei sind.

Seit dem Start der Anreizregulierung werden auch Effizienzvorgaben berücksichtigt. Die von der Bundesnetzagentur regulierten Netzentgelte für Haushaltskunden liegen im Jahr 2021 bei 7,65 ct/kWh. Gegenüber dem Vorjahr sind sie damit um 0,7 Prozent oder 0,05 Cent pro Kilowattstunde gestiegen.

Es gibt unterschiedliche Arten von Elektrofahrzeugen, die wiederum unterschiedlich geladen und angetrieben werden. Allgemein wird in der Technik als Antrieb die konstruktive Einheit definiert, über die mithilfe der Umformung von Energie eine Maschine wie beispielsweise ein Auto bewegt wird. Häufig ist dies ein Motor mit einem eventuell notwendigen Getriebe. Grundsätzlich können die Antriebsarten unterschiedlich bezeichnet werden. So unter anderem

  • nach der primären Energiequelle (z.B. Muskelkraft, Windkraft, Wasserkraft, Elektroantrieb oder Hybridantrieb,
  • nach dem Umsetzungsprinzip (z.B. Motorantrieb, Raketenantrieb, Turbinenantrieb),
  • nach der Art der Antriebsbewegung (z.B. Rotation oder Schwingung),
  • nach dem Teil, welches am Ende der Umsetzungskette steht (z.B. Direktantrieb, Zahnradantrieb, Propellerantrieb).
Antriebstechnologien bei Elektroautos

Elektrofahrzeuge besitzen unterschiedliche Ladetechnologien sowie unterschiedliche Antriebstechnologien. Neben ausschließlich batterieelektrisch betriebenen Fahrzeugen gibt es auch Hybridfahrzeuge. Dies bedeutet, dass sie sowohl einen Elektroantrieb als auch einen Verbrennungsmotor besitzen. Zusätzlich gibt es noch Fahrzeuge, bei denen die Energie für den Elektroantrieb über eine Brennstoffzelle gewonnen wird. Dabei wird der Elektromotor mit einem Energieträger  z.B. Wasserstoff) versorgt. Die Brennstoffzelle als Energiewandler wird dagegen mit elektrischer Energie versorgt

Allgemein unterscheidet man bei Elektrofahrzeugen folgende Antriebstechnologien:

Batterie-Elektrofahrzeug (BEV)

  • rein elektrischer Antrieb (Elektromotor)
  • kein Verbrennungsmotor, kein Treibstofftank und keine Abgasanlage,
  • HV-Batterie


Range-Extender (Serieller Hybrid, REEV)

  • elektrischer Antrieb durch einen starken Elektromotor
  • Verbrennungsmotor vorhanden; dieser dient jedoch nur zum Aufladen der Batterie

 

Plug-in-Hybrid (PHEV)

  • Antrieb über einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor
  • Fahrzeug erlaubt auch einen rein elektrischen Antrieb
  • Batterien kleiner als bei einem rein batteriebetriebenem Elektrofahrzeug (BEV) und dem Range-Extender-Elektrofahrzeug (REEV)
  • Verbrennungsmotor dient zur Unterstützung
  • Batterie muss extern über das Stromnetz geladen werden; eine Ladestation ist deshalb nötig

 

Parallel-Hybrid (HEV)

  • Antrieb erfolgt über Elektromotor und Verbrennungsmotor
  • Elektromotor unterstützt dabei den Verbrennungsmotor
  • Elektromotor und Batterie vorhanden

Im Jahr 2000 vereinbarte die damalige (SPD und Grüne) Bundesregierung mit den vier deutschen Atomkraftwerksbetreibern ein Abkommen (sogenannter Atomkonsens) mit dem Ziel ist, dass die deutschen Kernkraftwerke nach dem Erzeugen bestimmter Strommengen abgeschaltet werden.

Nach der Nuklearkatastrophe von Fukushima in Japan im März 2011, beschloss der Deutsche Bundestag im Juni 2011,

  • die im Herbst 2010 beschlossene Laufzeitverlängerung rückgängig zu machen,
  • acht Atomkraftwerke sofort und
  • die restlichen Kernkraftwerke bis spätestens Ende 2022 abzuschalten.

Das Atomgesetz, genauer das „Gesetz über die friedliche Verwendung der Kernenergie und den Schutz gegen ihre Gefahren“ sieht bis 2022 einen kompletten Ausstieg aus der Kernenergie vor. Von den letzten sechs aktiven Atomkraftwerken, wurden zum 31.12.2021 drei stillgelegt (Brokdorf, Gröhnde, Gundremmingen); bis Ende 2022 müssen die letzten drei (Emsland, Neckarwestheim, Isar 2) vom Netz gehen.

Ein Aufwindkraftwerk erzeugt Strom aus der Sonneneinstrahlung. Es besteht aus einem kaminartigen Turm, um den ein kreisförmiges Glasdach, ein sogenannter Glasdachkollektor, angebracht ist. Unter diesem Dach passiert folgendes:

  • Durch Sonneneinstrahlung wird die Luft wie in einem Treibhaus ersitzt,
  • sie steigt nach oben und
  • entweicht durch den zentralen Kamin.

Im Kamin werden Turbinen durch die aufsteigende Luft angetrieben, die über einen Generator Strom erzeugen. Ein Aufwindkraftwerk mit einer Leistung von 200 Megawatt, kurz MW, würde einen Kollektor von acht Kilometern Durchmesser und einen 1.000 Meter hohen Kamin benötigen.

Eine Versuchsanlage in Manzanares in Spanien hatte einen Kollektordurchmesser von 244 Metern und eine Kaminhöhe von 195 Metern. Damit erreichte sie eine Leistung von 50 Kilowatt, kurz kW. Die Vertikalachsenturbine wurde am unteren Ende der Turmröhre aufgestellt. 1989 wurde die Anlage durch einen Sturm zerstört. Das derzeit einzige Aufwindkraftwerk der Welt, das Strom erzeugt steht in der Nähe der chinesischen Stadt Wuhai. Das in einem Wüstengebiet der Inneren Mongolei gelegene Kraftwerk hat eine installierte Leistung (siehe: Installierte Leistung) von 200 kW. Es ging am 10. Dezember 2010 in Betrieb.

Funktionsprinzip eines Aufwindkraftwerks

Funktionsprinzip eines Aufwindkraftwerks
Quelle: ForschungsVerbund Erneuerbare Energien

 

Die Anfänge der Automatisierung sind wohl fast so alt wie die Menschheit selbst. Wo immer der Mensch erkannte, dass er die Energie aus der Natur wie Wasserkraft oder Arbeitstiere nutzen konnte, erfand er entsprechende Geräte und Technologien, um sich die Arbeit zu erleichtern und produktiver zu machen. Typisches Beispiel dafür sind unter anderem das Rad, der Pflug, die Mühle, das Wasserrad oder der Webstuhl. Dieser existierte bereits im Neolithikum. Windmühlen finden sich schon bei den Sumerern, also rund 3.500 vor Christus. Heute wird Automation als die durch technischen Fortschritt realisierte Übertragung von Arbeit vom Menschen auf Maschinen definiert.

Die Stromerzeugung aus Anlagen der Windenergie  und Solarenergie schwankt mit der Witterung. Das Stromnetz wird mithilfe von Speichern stabil gehalten. Inzwischen gibt es eine Vielfalt von Batteriespeichersystemen von der kleinen Batterie für die eigene Solaranalage bis hin zum Batteriekraftwerk (im MW-Bereich).

Bio-Erdgas ist Biogas, das aus biogenen Stoffen erzeugt wird und vor der Einspeisung in das Gasleitungsnetz auf Erdgasqualität aufbereitet wird.

Bio-Erdgas kann in der Wärmeversorgung und der dezentralen Stromerzeugung eingesetzt werden. Auch als Kraftstoff für Erdgasfahrzeuge ist Bio-Erdgas nutzbar ― ob in Reinform oder als Beimischung. Entscheidender Vorteil ist, dass bei seiner Verbrennung nur so viel klimaschädliches Kohlendioxid, kurz CO2, freigesetzt wird, wie die zu seiner Gewinnung genutzte Biomasse vorher der Atmosphäre entzogen hat.

Bio-Erdgas wird aus organischen Lebensmittelresten und Abfallstoffen sowie aus nachwachsenden Energiepflanzen erzeugt. Im Unterschied zur Solarenergie und Windenergie (Windkraft) lässt sich der regenerative Energieträger Bio-Erdgas das ganze Jahr über produzieren und sogar speichern. Der Ertrag eines Fußballfelds voller Energiepflanzen deckt den Jahresbedarf an Strom eines Einfamilienhauses. Die Bundesregierung hat das Ziel, ein Bio-Erdgas-Potenzial von jährlich zehn Milliarden Kubikmetern Bio-Erdgas bis 2030 zu erschließen und ins deutsche Gasnetz einzuspeisen.

 

Biogas entsteht durch die Vergärung von Biomasse. Von Biogas spricht man, wenn (Roh-)Biogas nach der Aufbereitung die gleichen verbrennungstechnischen Eigenschaften wie Erdgas aufweist und ins Gasnetz eingespeist werden kann. Es wird auch als Biomethan bezeichnet. Biogas hat, unter anderem wegen seiner ganz unterschiedlichen Rohstoffquellen, eine stark schwankende Zusammensetzung. Es kann nicht einfach in jeder gängigen Heizung verbrannt oder beliebig mit Erdgas vermischt werden. Eine Aufbereitung in speziellen Anlagen ist nötig, damit das Biogas ein Qualitätsniveau erreicht, das eine Einspeisung ins Erdgasnetz erlaubt. Bis 2030 könnten bis zu 10,3 Milliarden Kubikmeter Biomethan pro Jahr in das deutsche Gasnetz eingespeist werden. Das entspricht ungefähr 100 Terawattstunden.

Funktionsprinzip einer Biogasanlage

Als Inputstoffe zur Gewinnung von Biogas eignen sich nahezu alle organischen Substanzen wie Gülle, Mist, Klärschlamm, Bioabfälle oder gezielt angebaute Energiepflanzen. Diese Inputstoffe werden in beheizte und wärmegedämmte Fermenter aus Stahlbeton gepumpt. Dort gären sie unter Luftabschluss bei Temperaturen zwischen 35 Grad Celsius und 38 Grad Celsius. Bakterien zersetzen die Biomasse und erzeugen ein methanhaltiges Gas. Mit diesem Biogas werden Blockheizkraftwerke betrieben, welche Strom und Wärme erzeugen. Der gewonnene Strom wird in das örtliche Stromnetz, die Reststoffe in einen Speicher, dem Gärrestlager, geleitet. Diese lassen sich zu Kompost und Flüssigdünger verarbeiten.

 

Biomasse sind Stoffgemische, die in Lebewesen gebunden und/oder von ihnen erzeugt werden. Der Umfang dieser Stoffgemische wird in ihren Massen angegeben. Biomasse wird häufig entweder nur für ausgesuchte, räumlich klar umrissene Ökosysteme erfasst, oder für bestimmte, einzelne Populationen herausgearbeitet.

In der Ökologie existiert kein einheitlicher Biomasse-Begriff. Die bestehenden Definitionen lassen sich in zwei Gruppen unterteilen:  

  1. Ökologischer Biomasse-Begriff: Dabei handelt es sich um ein sprachliches Werkzeug, um Umfang und Veränderungen von Biomasse zu erläutern. Er umfasst ausschließlich solche biotischen Stoffe, die als Energiequellen genutzt werden können.
  2. Energietechnischer Biomasse-Begriffe: Er umfasst ausschließlich tierische und pflanzliche Erzeugnisse, die zur Gewinnung von Heizenergie, von elektrischer Energie und als Kraftstoffe verwendet werden können. Im Vergleich mit den ökologischen Biomasse-Begriffen ist der energietechnische Biomasse-Begriff viel enger gefasst. Denn
    • er bezieht er sich ausschließlich auf tierische und pflanzliche, nie jedoch auf mikrobielle Stoffe.
    • er umfasst innerhalb der tierischen und pflanzlichen Stoffe nur solche Substanzen, die energietechnisch verwertet werden können.

Biomasse gehört zu den wichtigsten erneuerbaren Energieträgern in Deutschland. Für die Biomasseerzeugung wurden im Jahr 2020 rund 20 Prozent der Ackerfläche ein wichtiges Standbein für die Landwirte. genutzt. Etwa 50,9 Mrd. kWh Strom wurden im Jahr 2020 aus Biomasse und biogenem Abfall bereitgestellt.

Bei der energetischen Nutzung von Biomasse entsteht nur so viel Kohlendioxid, wie von Pflanzen in ihrer Wachstumsphase aus der Luft aufgenommen wurde. Verschiedenen Studien zufolge könnte in Deutschland die Stromerzeugung aus Biomasse bis 2050 auf jährlich 70 Milliarden Kilowattstunden gesteigert werden.

Die energetische Nutzung von Biomasse steht allerdings in Konkurrenz zur Nutzung landwirtschaftlicher Flächen für die Produktion von Nahrungsmitteln. Kritiker befürchten höhere Preise für Lebensmittel sowie die Abholzung von Tropenwäldern, damit Platz für schnell wachsende Pflanzen entsteht, deren Öle in Biomasseanlagen verwendet werden. Insbesondere die Bevölkerung in Ländern der Dritten Welt müsste mit steigenden Lebensmittelpreisen und der Zerstörung ihrer Umwelt für den Energiehunger der Industriestaaten zahlen.

Unkritisch in diesem Zusammenhang ist beispielsweise die energetische Nutzung von Restholz oder Gülle. Die Nutzung von tropischen Pflanzenölen wie Palm- und Sojaöl ist mittlerweile nur noch nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz förderfähig, wenn nachgewiesen wird, dass die Öle durch nachhaltige Verfahren gewonnen wurden. Auch für feste Biomasse hat die Regierung 2010 Nachhaltigkeitsanforderungen in einer Verordnung aufgestellt.

Energie aus Biomasse – Verfahren der Energieumwandlung und Energieeinsatz

Energie aus Biomasse - Verfahren der Energieumwandlung und Energieeinsatz

siehe Biogas

Ein Blackout ist die längste Art des Stromausfalls. Kürzere Ausfälle werden Netzwischer oder Brownout genannt. Beim Blackout erliegt die Elektrizitätsversorgung einem langfristigen Stromausfall oder Totalausfall, welcher durch einen kompletten Spannungsausfall im Minutenbereich bis in den Bereich einiger Stunden reichen kann. Vergleichsweise sehr lange Ausfallzeiten im Bereich von Tagen bis zu einigen Wochen sind meist Folge von großräumigen Schäden an der Infrastruktur wie der Leitungen, beispielsweise als Folge extremer Wetterereignisse im Winter.

Elektrische Leistung ist definiert als der Quotient aus gelieferter (oder bezogener) elektrischer Energie pro Zeiteinheit. Wirkleistung ist der Anteil elektrischer Leistung, der für die Umwandlung in andere Leistungsformen (z. B. mechanisch, thermisch oder chemisch) verfügbar ist. Blindleistung ist zusätzlich fließende Energie in mit wechsel- bzw. drehstrombetriebenen Elektrizitätsnetzen, die durch induktive oder kapazitive Widerstände für den Aufbau elektromagnetischer Felder genutzt wird (elektrisches und magnetisches Feld). Sie pendelt zeitversetzt zwischen Erzeugern und bestimmten elektrischen Verbrauchern (Spulen, Kondensatoren) ungenutzt und erzeugt weder Arbeit noch Wärme. Scheinleistung ist die Summe aus Wirkleistung und Blindleistung.

sind zeitlich und örtlich konzentrierte Handelsplätze unter beaufsichtigter Preisbildung. Ziele sind:

  • eine gesteigerte Markttransparenz,
  • die Steigerung der Effizienz und der Marktliquidität,
  • die Verringerung der Transaktionskosten sowie
  • der Schutz vor Manipulationen. 

Die Börse für Strom und Erdgas ist die European Energy Exchange (EEX), vertreten an mehreren Standorten.

Obere deutsche Regulierungsbehörde, mit Verwaltungssitz in Bonn. Der offizielle Name ist Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen. Hauptaufgabe ist die Aufrechterhaltung und die Förderung des Wettbewerbs in sogenannten Netzmärkten. Ihre wesentliche Aufgabe ist dabei die Kontrolle und Genehmigung der Netznutzungsentgelte und der Schaffung eines diskriminierungsfreien Zugangs zu Stromversorgungs- und Gasnetzen, die sich im Eigentum der Energieversorgungsunternehmen befinden. Eine weitere Aufgabe ist die Moderation von Schlichtungsverfahren. Die Bundesnetzagentur ist außerdem Aufsichtsstelle für Vertrauensdiensteanbieter nach der eIDAS-Verordnung. Die technische Zentrale der Bundesnetzagentur befindet sich in Mainz. Sie untersteht dienstlich und fachlich der Aufsicht des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie, kurz BMWi. Die Bundesnetzagentur mit ihren insgesamt 47 Standorten beschäftigt mehr als 2.900 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter.

bedeutet auf deutsch „CO2-Abscheidung und -Lagerung“. Mit der sogenannten CCS-Technologie soll Kohlendioxid, Kurzform CO2, aus den Abgasen großer Industrieanlagen wie etwa Kohlekraftwerken abgeschieden und unterirdisch so sicher gelagert werden, so dass es nicht mehr in die Atmosphäre gelangen kann. Dadurch hat es keinen Einfluss mehr auf den Klimawandel.

Die CO2-Abscheidung kann auf drei Wegen erfolgen:

  • Das Post-Combustion-Verfahren wäscht das Kohlendioxid nach der Verbrennung chemisch und/oder physikalisch aus den Abgasen.
  • Die Pre-Combustion-Technik wandelt Kohle bereits vor dem Verbrennungsvorgang in ein Gemisch aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid um. Bei der Verbrennung von Wasserstoff entsteht Wasser. Kohlenmonoxid wird zu Kohlendioxid und dann wie gehabt abgeschieden.
  • Beim Oxyfuel-Verfahren erfolgt die Verbrennung in nahezu reinem Sauerstoff. Dies bewirkt eine sehr hohe CO2-Konzentration im Rauchgas und vereinfacht die Abscheidung.

Allerdings sind alle drei Technologien derzeit noch ziemlich energieaufwändig und vor allem teuer. Zu Verbesserungen sollen hier europaweit die verschiedenen Demonstrationsanlagen führen.

Gelagert werden soll das CO2 in geeigneten geologischen Strukturen wie stillgelegten Erdgas- und Erdölfeldern, nicht abbaubaren Kohleflözen oder in sogenannten „salinen Aquiferen“. Dies sind poröse Gesteinsschichten, die mit salzhaltigem Wasser gefüllt sind.

Die Daseinsvorsorge stellt zur Grundversorgung der Allgemeinheit öffentliche Einrichtungen bereit. So beispielsweise das Verkehrs- und Beförderungswesen, die Gas-, Wasser-, und Elektrizitätsversorgung, die Müllabfuhr, die Abwasserbeseitigung, Bildungs- und Kultureinrichtungen, Krankenhäuser, Friedhöfe usw.

Dekarbonisierung umfasst Handlungen und Prozesse, bei denen Freisetzungen von Kohlenstoffdioxid unterbleiben oder kompensiert werden. Dekarbonisierung ist ein zentrales Mittel des Klimaschutzes und damit ein Hauptpfeiler der Energiewende.

Der Begriff bezeichnet die Veränderungen, die bei einer zunehmenden Nutzung digitaler Geräte erfolgen. Im weitesten Sinn steht der Begriff für den Wandel hin zu digitalen Prozessen mittels Informations- und Kommunikationstechnik. Die digitale Transformation bezeichnet einen fortlaufenden Veränderungsprozess, der die gesamte Gesellschaft betrifft.

Wesentlich vorangetrieben wird die Digitalisierung durch:

  • die digitalen Infrastrukturen (zum Beispiel: Netze, Computer-Hardware)
  • Anwendungen (zum Beispiel Apps auf Smartphones, Webanwendung)
  • die auf Technologien basierenden Verwertungspotentiale (zum Beispiel mögliche digitale Geschäftsmodelle).

ist die Basis des Wettbewerbs in der leitungsgebundenen Energiewirtschaft. Das Energiewirtschaftsgesetz, kurz EnWG, sieht vor, dass Netzbetreiber allen Anbietern ihre Netze zu den gleichen Bedingungen zur Verfügung stellen müssen.

ist die umgangssprachliche Bezeichnung für Dreiphasenwechselstrom. Dieser besteht aus drei Wechselströmen (siehe Wechselstrom), deren Sinuskurven jeweils um 120 Grad gegeneinander versetzt sind. Dadurch ergänzen sich die Stromspannungen und Stromstärken der drei Ströme in jedem Augenblick zur Gesamtsumme Null.

Er wird auch als Dreiwechselspannung, Kraftstrom, Baustrom oder Starkstrom bezeichnet.

 

Verkettete Wechselspannung

Verkettette Wechselspannung
Quelle: eigene Darstellung

siehe Drehstrom

Druckluftspeicherkraftwerke nutzen die Energie, welche in komprimierter Luft steckt. In Schwachlastzeiten wird mit einem elektrisch angetriebenen Verdichter Druckluft in einer unterirdischen Kaverne gespeichert. Bei hoher Energienachfrage wird die Druckluft in eine Gasturbine geleitet.

Bei dieser Form der Energiespeicherung wird der komprimierten Luft die Wärme entzogen und zwischengespeichert, sodass die entstehende Wärmeenergie nicht vollständig verloren geht. Damit sind aktuell Wirkungsgrade von 40 Prozent erreichbar.

Die Realisierung von Druckluftspeichern ist, ähnlich wie diejenige von Pumpspeicherkraftwerken, aktuell an das Vorhandensein natürlicher oder von Menschen geschaffener Speichermöglichkeiten für die komprimierte Luft gebunden. Hier eignen sich insbesondere die durch den Salzbergbau entstandenen unterirdischen Kavernen.

Der Wirkungsgrad von Druckluftspeicherkraftwerken kann nur gesteigert werden, wenn es gelingt, die entstehende Wärme energetisch zu verwerten. Das wurde mit dem Projekt Adele getestet. Hier versuchte das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gemeinsam mit einem Energiekonzern und verschiedenen Anlagenbauern in einem alten Salzstock in Sachsen-Anhalt einen Druckluftspeicher von 90 Megawatt zu installieren. Dabei musste die bei Kompression der Druckluft anfallende Wärme separat gespeichert werden. Soll Energie  wieder aus dem Speicher erzeugt werden, wird die kalte Druckluft dem Speicher entnommen und im Wärmespeicher wieder erwärmt. Danach kann sie einer Turbine zugeführt werden, um letztendlich über einen Generator Strom zu erzeugen. Aus Kostengründen wurden nur Studien durchgeführt. Das Demoprojekt selbst wurde gestoppt.

Ein elektrischer Leiter ist ein Medium, das über frei bewegliche Ladungsträger verfügt und somit zum Transport geladener Teilchen benutzt werden kann. Dieser Transport wird auch als elektrischer Strom bezeichnet.

Stoffe können eine unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit besitzen. So werden bei den elektrischen Leitern „Leiter erster Klasse“ und „Leiter zweiter Klasse“ unterschieden. Während Leiter erster Klasse bei der elektrischen Leitung stofflich unverändert bleiben, verändern sich dagegen Leiter zweiter Klasse stofflich bei der Ladungsleitung durch chemische Reaktionen.

Zu den Leitern erster Klasse zählen Metalle wie Silber, Kupfer oder Aluminium oder Mineralien wie Graphit. Leiter zweiter Klasse sind sogenannte Ionenleiter. Die Leitfähigkeit entsteht hier durch die Aufspaltung (Dissoziation) der (ionischen) Kristallgitterstruktur unter Bildung von elektrisch geladenen, beweglichen Ionen im sogenannten Elektrolyt. Dies kann durch Auflösen in einem polaren Lösungsmittel wie beispielsweise Wasser oder durch Schmelzen geschehen. Beispielhaft dafür sind Salzlösungen. Lösliche Salze werden beim Lösungsvorgang in positive und negative Ionen zerlegt. Sie bewirken die Leitfähigkeit. Dabei wandern die positiven Ionen in Richtung der negativen Kathode. Sie werden deshalb auch Kationen genannt. Die negativ geladenen Teilchen, die Anionen, wandern zur positiven Anode. An den Elektroden werden die jeweiligen Ionen durch Elektronenübertritt entladen. Dieses Prinzip wird unter anderem zur galvanischen Abscheidung von Metall, zum Freiwerden von Chlor (aus Natriumchlorid) oder zur Elektrolyse von Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff verwendet.

Jede elektrische Ladung ist von einem elektrischen Feld umgeben. Auch ein spannungsführender elektrischer Leiter, in dem augenblicklich kein Strom fließt, hat um sich herum ein elektrisches Feld. Die Stärke dieses Feldes hängt von der Höhe der Spannung ab und wird in Volt pro Meter (V/m) gemessen. Wenn eine elektrische Ladung bewegt wird, entsteht um sie herum ein magnetisches Feld. Stromdurchflossene Leiter sind deshalb zusätzlich zu dem vorhandenen elektrischen Feld von einem magnetischen Feld umgeben. Die Stärke des magnetischen Feldes ist von der Stromstärke abhängig, die durch den Leiter fließt. Sie wird in der Maßeinheit Ampere pro Meter (A/m) gemessen.

Auch der menschliche Körper kann elektrische Energie leiten. Die elektrische Leitfähigkeit des menschlichen Körpers beruht auf dem Vorhandensein körpereigener Ionen, die unter anderem für Stoffwechselvorgänge bedeutsam sind. Im elektrischen Feld kommt es zu einer Verschiebung dieser Ladungsträger. Durch niederfrequente elektrische Wechselfelder entstehen kleine Wechselströme (siehe Wechselstrom), die im Wesentlichen aber nur in den äußeren Körperschichten fließen. Das Körperinnere bleibt weitgehend abgeschirmt. Dies wird auch als Faradayscher Effekt bezeichnet.

Magnetische Wechselfelder verursachen dagegen Wirbelströme, die in allen Körperregionen fließen können. Da das Gewebe leitfähig, aber nicht magnetisierbar ist, durchdringt das magnetische Feld den Körper fast ohne Abschwächung. Dies wird unter anderem in der Medizintechnik genutzt. Anhaltswerte für Körperströme durch elektrische Felder liegen bei etwa 15 Mikroampere Stromstärke pro 1.000 Volt pro Meter.

Elektroautos sind mehrspurige Kraftfahrzeuge mit elektrischem Antrieb, die zur Personen- und Güterbeförderung dienen.

Mit der technischen Verbesserung der Elektrofahrzeuge ergeben sich mögliche Synergien zwischen dem Verkehrssektor und der Energieversorgung: Autos werden im Mittel nur etwa zwei Stunden am Tag gefahren. Mit seiner Batterie ist jedes Auto während seiner Parkzeiten ein potenzieller Stromspeicher. Diese Energie kann dann vom Auto selbst genutzt oder bei Bedarf ins Netz zurückgespeist werden (Smart Grid). Da die Batterien der Elektroautos zeitlich variabel geladen werden können, lassen sich die tages- und jahreszeitlich schwankenden Anteile erneuerbarer Energien im Netz besser nutzen.

Elektroautos können darüber hinaus einen wichtigen Beitrag zur CO2-Vermeidung leisten. Schon mit dem aktuellen Strommix in Deutschland sind Elektroautos klimaschonender als Benzin- oder Dieselfahrzeuge. Der weitere Ausbau der erneuerbaren Energien zur Stromerzeugung würde die Klimabilanz noch verbessern. Die Batteriefahrzeuge haben derzeit aber noch eine geringere Reichweite, als es die Autofahrer gewohnt sind. Hier können Hybridfahrzeuge einen Ausgleich schaffen, die zusätzlich über einen Kraftstofftank verfügen.

bezeichnet den Personen- und Güterverkehr mit Fahrzeugen, die mit elektrischer Energie angetrieben werden. Dazu gehören unter anderem elektrisch betriebene Eisenbahnen, Pkws, Lkws, Busse, E-Bikes oder E-Scooter.

Seit 2005 ist auch verschmutzte Luft eine handelbare Ware. Über den CO2-Emissionszertifikatehandel werden Rechte verkauft, um Treibhausgase ausstoßen zu dürfen. In der Europäischen Union begann der Handel am 1. Januar 2005. Unternehmen sind seitdem verpflichtet, für freiwerdendes CO2 aus Verbrennungsprozessen entsprechende Zertifikate vorzuweisen. Diese können sie an der Strombörse in Leipzig kaufen oder verkaufen. Da das Gesamt-Kontingent der Emissionsberechtigungen begrenzt ist, lassen sich mit diesem System

  • die Emissionen kontrollieren und begrenzen und,
  • die Umweltauswirkungen von Verbrennungsprozessen besser kalkulieren.

Damit ist der Emissionshandel ein zentrales Klimaschutzinstrument. Neben Kohlendioxid sind seit 2013 auch Lachgas und perfluorierte Kohlenwasserstoffe in den Emissionshandel einbezogen.

So funktioniert’s

Energieversorger, energieintensive Industriebetriebe und Fluggesellschaften erhalten für ihre Anlagen von der Regierung bestimmte Mengen von Emissionsberechtigungen in Form von Zertifikaten. Verbrauchen sie weniger Zertifikate als ihnen zugeteilt wurden, können sie die Zertifikate an Unternehmen verkaufen, die mit ihren Emissionsrechten nicht auskommen. Ein Zertifikat berechtigt zum Ausstoß von einer Tonne Kohlendioxid. Die Menge der Zertifikate wird für jedes Land begrenzt.

Radioaktive Reststoffe entstehen vielerorts: sowohl bei der Nutzung der Kernenergie zur Stromerzeugung, als auch bei deren Nutzung in Medizin, Industrie und Forschung. Die anfallenden radioaktiven Abfälle haben je nach Herkunft und Art unterschiedliche Eigenschaften und müssen sicher in speziell dafür angelegten Einrichtungen entsorgt werden. International wird die sogenannte Endlagerung in tiefen geologischen Formationen als die sicherste Option der langfristigen Entsorgung verfolgt.

In Deutschland ist nach dem Atomgesetz der Bund in der Verantwortung, solche Endlager bereitzustellen. Damit diese Aufgabe auch von den heutigen Generationen gelöst wird, die von den Vorteilen der friedlichen Kernenergienutzung profitieren und nicht auf kommende Generationen verschoben wird, gilt es hier zeitnah Lösungen zu finden und diese umzusetzen.

Energie leitet sich aus dem Griechischen „energeia“ ab und bedeutet „Tatkraft“ oder auch „wirkende Kraft“. Sie ist unsichtbar und kann nur an ihren Wirkungen erkannt werden. Energie ist nötig, wenn etwas in Bewegung gesetzt, schneller gemacht, hochgehoben, beleuchtet oder erwärmt werden soll. Die physikalische Maßeinheit für Energie lautet Joule. Sie ist benannt nach dem britischen Physiker James Prescott Joule.

Energie ist aus physikalischer Sicht die Fähigkeit, „Arbeit zu leisten“. Ein Hauptmerkmal von Energie ist, dass sie weder erzeugt noch vernichtet, sondern lediglich von einer Form in eine andere umgewandelt werden kann. Dabei bleibt die Menge der Energie in einem abgeschlossenen System konstant. Dies wird auch als Energieerhaltungssatz bezeichnet.

Energieeffizienz ist ein Maß für den Energieaufwand zur Erreichung eines festgelegten Nutzens. Ein Vorgang ist dann effizient, wenn ein maximaler Nutzen mit minimalem Energieaufwand erreicht wird.

Das aktuell gültige Energiekonzept der Bundesregierung aus dem Jahr 2010 setzt sich das Ziel, bis 2050 den Stromverbrauch in Deutschland gegenüber 2008 um etwa 25 Prozent zu vermindern. Anders als beim Verbrauch von Primärenergie ist eine deutliche Minderung des Stromverbrauchs insofern schwerer zu erreichen, als gerade mit Hilfe von Strom Energieeinsparpotenziale erschlossen werden können, beispielsweise über Steuerungs- und Regelungselektronik oder etwa elektrische Wärmepumpen, die Öl- oder Gasheizungen ersetzen. Darüber hinaus ist auch die Elektromobilität weiter auszubauen.

Im Verkehrsbereich soll der Endenergieverbrauch bis 2050 um rund 40 Prozent gegenüber 2005 zurückgehen. Die Sanierungsrate für Gebäude soll aktuell jährlich weniger als ein Prozent auf zwei Prozent des gesamten Gebäudebestands verdoppelt werden. Der Rahmen für die Einsparungen im Gebäudebestand ist in der Energieeinsparverordnung, kurz EnEV, abgesteckt. Sie ist ein Teil des deutschen Wirtschaftsverwaltungsrechts. In ihr werden Bauherren bautechnische Standardanforderungen zum effizienten Betriebsenergieverbrauch ihres Gebäudes oder Bauprojektes vorgeschrieben. Die Verordnung gilt für Wohngebäude, Bürogebäude und gewisse Betriebsgebäude.

Eines der Hauptanliegen der Novelle der Energieeinsparverordnung ist die Anhebung der energetischen Standards von Neubauten. Die Erhöhung der Anforderungen an den Primärenergiebedarf in zwei Stufen um jeweils 12,5 Prozent unter Beibehaltung des bisherigen Referenzgebäudes schließt keine der derzeit üblichen Technologien und Energieträger aus. Für die gängigen Systeme ist die Einhaltung der neuen Effizienzanforderungen auf wirtschaftliche Weise möglich.

 

Er besagt, dass Energie weder erzeugt noch vernichtet, sondern lediglich von einer Form in eine andere umgewandelt werden kann. Dabei bleibt die Menge der Energie in einem abgeschlossenen System konstant. Die Maßeinheit für Energie ist Joule.

Die Eckpunkte des sogenannten energiepolitischen Zieldreiecks sind:

Diese drei Ziele stehen in einem Spannungsverhältnis zueinander. Sie sind aber gleichgewichtig und sollen gleichzeitig erreicht werden. Das Energiewirtschaftsgesetz, kurz EnWG, verpflichtet in seinem Paragrafen 1 die deutsche Energiepolitik darauf. Darin heißt es wörtlich: „Zweck des Gesetzes ist eine möglichst sichere, preisgünstige, verbraucherfreundliche, effiziente und umweltverträgliche leitungsgebundene Versorgung der Allgemeinheit mit Elektrizität und Gas.“

Die Ziele des energiepolitischen Zieldreiecks stehen nicht unabhängig nebeneinander. Teilweise gibt es klare Zielkonflikte:

  • Eine höhere Umweltverträglichkeit oder eine gesteigerte Versorgungssicherheit ist in vielen Fällen mit höheren Preisen verbunden.
  • Einige besonders umweltfreundliche Energieträger bringen Probleme bei der Versorgungssicherheit mit sich.

Wer ausschließlich auf den Preis schaut, verliert schnell die Ziele Umweltschutz und Versorgungssicherheit aus dem Auge.

ist ein Beschattungssystem mit speziell isolierenden Eigenschaften, um die Energieeffizienz von Fenstern zu verbessern und den Energieverbrauch im Haushalt insgesamt zu senken. Die besondere Form der Fensterdämmung verhindert, dass die Heizwärme im Winter durch die Fensterscheiben nach außen gelangt. Die geläufigsten Varianten sind Thermorollos mit wärmereflektierenden Rückseiten aus Aluminium oder Thermoplissees mit Luftkammern, die wie ein Dämmpolster vor dem Fenster fungieren. Die größtmögliche Energieersparnis ergibt sich, wenn der Abstand zwischen Thermosonnenschutz und Fensterglas möglichst klein ist, um den Austritt von Heizwärme zu minimieren.

sind Materialien, deren Energiegehalt für Energieumwandlungsprozesse genutzt werden kann. Sie können sich

  • in ihrer Energiedichte,
  • in ihrer Transport- und Lagerfähigkeit sowie
  • in ihrem Wirkungsgrad voneinander unterscheiden.

Allgemein differenziert man in primäre und sekundäre Energieträger. Primäre Energieträger werden auch Rohenergieträger genannt, da sie in der Natur zur Verfügung stehen und unbearbeitet beziehungsweise unveredelt genutzt werden können. Dazu zählen unter anderem fossile Energieträger wie Kohle, Erdgas oder Erdöl. Primäre Energieträger sind aber auch radioaktive Schwermetalle, sogenannte Kernbrennstoffe, wie Uran oder Thorium, sowie die erneuerbaren Energieträger wie beispielsweise Windkraft, Sonnenenergie oder Biomasse.

Sekundäre Energieträger werden erst durch die Umwandlung primärer Energieträger erzeugt. Exemplarische Beispiele dafür sind unter anderem:

  • die Gewinnung von Wasserstoff aus Windenergie
  • die Gewinnung von Ethanol aus der Vergärung von Biomasse oder
  • die Herstellung von Treibstoffen aus der Raffination von Erdöl.
Schon gewusst?

Die fossilen und die mineralischen Rohstoffe erneuern sich in Zeiträumen menschlicher Maßstäbe nicht mehr. Sie werden im echten Sinne verbraucht. Ihre Vorräte sind somit prinzipiell erschöpflich. Man spricht deshalb auch von mengenbegrenzten Energieträgern.

Die privaten Haushalte sind der zweitgrößte Stromverbraucher in Deutschland nach der Industrie. Auf sie entfielen 2020 rund 26 Prozent des gesamten Netto-Stromverbrauchs. Das entspricht  2.660 Kilowattwattstunden (TWh) jährlich. Durchschnittlich werden in einem Privathaushalt (ohne Haushalte, die mit Strom heizen) 2.660 kWh pro Jahr verbraucht.

 

Stromverbrauch der privaten Haushalte 2020

(differenziert nach Anwendungsbereichen)

Stromverbrauch im Haushalt
Quelle: BDEW; Stand:03/2021

 

In den vergangenen zehn Jahren ist der Stromverbrauch privater Haushalte um mehr als neun Prozent gesunken. Den größten Anteil am Stromverbrauch der Haushalte hat die Prozesswärme. Darunter fallen alle Anwendungen, die Wärme benötigen, von der Nutzung von Kochfeldern über Wäschetrockner und Toaster bis hin zum Haartrockner. Auch das Aufheizen von Wasser in Waschmaschine und Geschirrspüler zählen hierzu.

Nicht zur Prozesswärme gehört die Energie zum Erhitzen von Trinkwasser – also dem Wasser, das aus Wasserhahn und Duschkopf kommt. Der Anteil für die Warmwasserbereitung am Stromverbrauch beträgt zusätzlich 3,9 Prozent. Einen großen Anteil am Stromverbrauch der Haushalte haben auch Kühl- und Gefriergeräte. Aktuell beträgt der Anteil am Stromverbrauch dieser sogenannten Prozesskälte 10,7 Prozent. Immer größer wird der Anteil der Geräte der Unterhaltungselektronik und Kommunikationstechnik am Stromverbrauch privater Haushalte: 27,3 Prozent des Stroms gehen auf ihr Konto. Der Anteil des Stromverbrauchs für die Beleuchtung liegt bei 12,6 Prozent.

Das Energiewirtschaftsgesetz ist das „Grundgesetz“ der deutschen Energiewirtschaft. Es regelt seit April 1998 den diskriminierungsfreien Netzzugang (siehe Diskriminierungsfreier Netzzugang) und setzt die Vorgaben der europäischen Beschleunigungsrichtlinien in nationales Recht um. Zweck des Gesetzes ist eine möglichst

  • sichere,
  • preisgünstige,
  • verbraucherfreundliche,
  • effiziente und
  • umweltverträgliche

leitungsgebundene Versorgung der Allgemeinheit mit Elektrizität und Gas, die zunehmend auf erneuerbaren Energien beruht. Die Regulierung der Elektrizitäts- und Gasversorgungsnetze dient den Zielen der Sicherstellung eines wirksamen und unverfälschten Wettbewerbs bei der Versorgung mit Elektrizität und Gas und der Sicherung eines langfristig angelegten leistungsfähigen und zuverlässigen Betriebs von Energieversorgungsnetzen. Zweck dieses Gesetzes ist ferner die Umsetzung und Durchführung des Europäischen Gemeinschaftsrechts auf dem Gebiet der leitungsgebundenen Energieversorgung.

bezeichnet einen Energiemarkt, bei dem nur tatsächliche Energielieferungen vergütet werden, nicht aber die Bereitstellung von Leistung.

beinhaltet die informatorische, buchhalterische, organisatorische und gesellschaftsrechtliche Trennung verschiedener Geschäftsbereiche der Energieversorger. Nach den Vorgaben des Energiewirtschaftsgesetzes müssen Energieunternehmen mit mehr als 100.000 Kunden den Netzbetrieb von anderen Bereichen des Wettbewerbs, wie beispielsweise Erzeugung und Vertrieb, gesellschaftsrechtlich trennen.

ist eine unterirdische, isolierte Leitungsführung. Ihre Verlegung ist in verschiedenen Bauausführungen denkbar, so z.B. in Gräben oder in Tunnelbauwerken.

Mit dem Erneuerbare-Energien-Gesetz, kurz EEG, wird die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien wie

Mit vollem Namen heißt das EEG „Gesetz für den Vorrang erneuerbarer Energien“. Es trat am 1. April 2000 in Kraft und wurde inzwischen mehrfach novelliert. Das Gesetz dient dem in Paragraf 1 festgeschriebenen Zweck,

  • „im Interesse des Klima- und Umweltschutzes eine nachhaltige Entwicklung der Energieversorgung [zu] ermöglichen“
  • „die volkwirtschaftlichen Kosten der Energieversorgung auch durch die Einbeziehung langfristiger externer Effekte [zu] verringern“ und
  • „fossile Energieressourcen [zu] schonen und die Weiterentwicklung von Technologien zur Erzeugung von Strom aus erneuerbaren Energien [zu] fördern“. (Quelle: Gesetz für den Vorrang erneuerbarer Energien)

Im Kern legt das Erneuerbare-Energien-Gesetz Einspeisevergütungen für Strom aus erneuerbaren Energien fest, die über dem Marktpreis liegen, und verpflichtet Netzbetreiber, Ökostrom zu diesen Sätzen und in vollem Umfang abzunehmen und in den Markt zu bringen. Die dabei entstehenden Mehrkosten müssen in erster Linie die Stromkunden tragen ― über die sogenannte EEG-Umlage.

Die Höhe der Einspeisevergütung ist von Energieträger zu Energieträger verschieden. Für Zudem unterscheidet sich die Vergütungshöhe für die meisten Energieträger

  • nach dem Inbetriebnahmezeitpunkt,
  • nach der Anlagengröße und
  • teilweise nach dem Anlagenstandort. 

So ist zum Beispiel die Vergütung für Windstrom aus Offshore WIndparks deutlich höher als für Windkraftanlagen an Land. Die Höhe der Vergütungen liegt in der Regel über dem Marktpreis. Sie ist bei fast allen Anlagentypen „degressiv ausgestaltet“. Dies bedeutet, je später eine Anlage in Betrieb genommen wird, desto geringer ist die Vergütungshöhe. Damit sollen Anreize für Hersteller und Anlagenbetreiber gesetzt werden, Kostensenkungspotenziale zu erschließen, zum Beispiel durch technische Weiterentwicklungen oder bei der Herstellung und beim Betrieb von Anlagen. Die zum Inbetriebnahmezeitpunkt gültige Vergütungshöhe bleibt dann aber über den gesamten Förderzeitraum der Anlage ― für die meisten Anlagentypen sind das 20 Jahre ― gleich.

Die Netzbetreiber verpflichtet das Erneuerbare-Energien-Gesetz dazu, die jeweilige Anlage an ihr Netz anzuschließen, den Strom abzunehmen und die gesetzlich geregelte Vergütung zu zahlen. Lokale und regionale Netzbetreiber geben den Strom an die überregional tätigen Übertragungsnetzbetreiber weiter und erhalten dafür die ausbezahlten EEG-Vergütungen erstattet. Bis 2010 waren die Übertragungsnetzbetreiber verpflichtet, den Strom an die Energieversorgungsunternehmen weiterzuleiten. Seit 2010 müssen sie stattdessen den Strom aus erneuerbaren Energien an der Strombörse  vermarkten.

Entwicklungsschub durch EEG

Das im April 2000 eingeführte Erneuerbare-Energien-Gesetz sowie sein Vorgänger, das Stromeinspeisungsgesetz von 1990, haben wesentlichen Anteil daran, dass sogenannter Ökostrom heute einen wichtigen Beitrag zur Energieversorgung leistet. Nicht zuletzt mithilfe dieses Gesetzes sind aus einer Vision anwendungsfähige Technologien geworden. Insofern ist das Gesetz ein Erfolgsmodell. Allerdings sind die damit verbundenen Kosten beträchtlich.

 

 

Die Behörde ist seit März 2011 in Betrieb und vor allem dafür zuständig, die Zusammenarbeit der staatlichen Regulierungsbehörden auf regionaler und unionsweiter Ebene zu begünstigen und die Entwicklung des Netzes und des Binnenmarkts für Strom und Erdgas zu überwachen. Sie verfügt zudem über die Befugnis, Fälle von Marktmissbrauch zu untersuchen und die Anwendung entsprechender Sanktionen mit den Mitgliedstaaten abzustimmen. Die Anwendung von Sanktionen für Verstöße ist jedoch Sache der Mitgliedstaaten.

Zur Harmonisierung und Liberalisierung  des Energiebinnenmarkts der Europäischen Union sind seit 1996 Maßnahmen verabschiedet worden, die Marktzugang, Transparenz und Regulierung, Verbraucherschutz, Förderung von Verbundnetzen und Versorgungssicherheit  betreffen. Ziel ist der Aufbau eines wettbewerbsfähigeren, kundenorientierten, flexiblen und diskriminierungsfreien EU-Strommarkts mit marktorientierten Lieferpreisen.

In den 1990er-Jahren, als auf den meisten nationalen Märkten (siehe Markt) für Strom und Erdgas Monopole  herrschten, beschlossen die Europäische Union und die Mitgliedstaaten, die Märkte schrittweise für Wettbewerb zu öffnen. Die ersten Liberalisierungsrichtlinien (das erste Energiepaket) in Bezug auf Strom bzw. Gas wurden 1996 bzw. 1998 erlassen und sollten bis 1998 bzw. 2000 in das Recht der Mitgliedstaaten umgesetzt werden. Das zweite Energiepaket wurde 2003 verabschiedet, und die dazugehörigen Richtlinien sollten von den Mitgliedstaaten bis 2004 in nationales Recht umgesetzt werden, wobei einige Bestimmungen erst 2007 in Kraft traten. Geschäfts- und Privatkunden erhielten hierdurch die Möglichkeit, ihre Gas- und Stromversorger nach eigenem Ermessen aus einer größeren Menge von Anbietern zu wählen. Im April 2009 wurde ein drittes Legislativpaket zur weiteren Liberalisierung des Binnenmarkts für Strom und Gas angenommen, mit dem das zweite Paket geändert und der Grundstein für die Umsetzung des Energiebinnenmarkts gelegt wurde.

Die EU-Kommission legte am 30. November 2016 ein Paket von Legislativvorschlägen zur Umgestaltung des EU-Energiemarkts vor, damit die Verbraucher mit sicherer, nachhaltiger, wettbewerbsfähiger und erschwinglicher Energie versorgt werden. Mit dem Vorschlagspaket „Saubere Energie für alle Europäer“ soll die Energieunion umgesetzt werden. Es umfasst die Bereiche Energieeffizienz, Energie aus erneuerbaren Quellen, Gestaltung des Strommarkts, Sicherheit der Stromversorgung und Steuerung der Energieunion. Zur Vollendung des Energiebinnenmarkts schlug die Kommission daher Maßnahmen im Rahmen der Elektrizitätsrichtlinie, der Elektrizitätsverordnung und der Verordnung über die Risikovorsorge vor.

Für die Regulierung des Energiemarktes ist die Europäische Agentur für die Zusammenarbeit der Energieregulierungsbehörde (ACER) zuständig.

European Energy Exchange (EEX) ist eine Handelsplattform für Strom und Erdgas mit Sitz in Leipzig. Sie wird auch als Strombörse bezeichnet. Die European Energy Exchange betreibt einen Spotmarkt und einen Terminmarkt. Der Spotmarkt ist der Ort, an dem ein vereinbartes Geschäft, bestehend aus Lieferung, Abnahme und Bezahlung unmittelbar abgewickelt wird. Auf dem Terminmarkt werden Verträge über zukünftig zu erfüllende Geschäfte geschlossen. Der Preis  wird dabei bereits bei Vertragsabschluss festgelegt. Darüber hinaus werden dort auch Kohlekontrakte und CO2-Zertifikate gehandelt.

Der Begriff „fluktuierend“ leitet sich vom lateinischen Wort „fluctuare“ ab. Dies bedeutet so viel wie „hin und her schwanken“. Er bezeichnet damit eine (andauernde) Veränderung, eine Schwankung, einen Wechsel von Gegebenheiten und Zuständen.

Die fluktuierende Einspeisung der Windkraftwerke oder Solaranlagen durch ihre Tageszeit- und Wetterabhängigkeit bringt ein hohes Maß an Unberechenbarkeit der erzeugten Strommenge mit sich. Im Rahmen des bestehenden Energiemixes gleichen zusätzlich Gaskraftwerke und Pumpspeicherkraftwerke diese Schwankungen aus. Künftig sollen dazu neue Techniken wie die Wasserstoffspeicherung und die Druckluftspeicherung zum Einsatz kommen. Mit der Weiterentwicklung der Batterietechnik sollen auch Elektroautos Speicherkapazitäten zur Verfügung stellen.

Die Förderung erneuerbarer Energien liegt in der Verantwortung der einzelnen EU-Mitgliedstaaten. Entsprechend vielfältig sind die Fördersysteme. Europaweit konkurrieren zwei Ansätze der finanziellen Förderung nachhaltiger Erzeugung von Elektrizität. Einerseits bildeten sich Systeme der Preissteuerung, die auf Abnahmeverpflichtungen inklusive staatlich garantierter Einspeisevergütungen beruhen. Andererseits etablierte sich die Mengensteuerung, in denen Netzbetreiber einen vorgegebenen Umfang an erneuerbaren Energien in ihre Netze einspeisen. Dabei bestimmen sie selbst Herkunft und Preis des Stroms anhand betriebswirtschaftlicher und externer, durch Börsenstrukturen bestimmter Erwägungen. Der Streit um die Vor- und Nachteile beider Steuerungssysteme ist ein zentraler Gegenstand nationaler Energiepolitiken im Rahmen des europäischen Marktes.

Bezeichnet eine Wirtschaftsordnung, die auf den Ideen und Gedanken des klassischen Liberalismus beruht und in der jeder Wirtschaftsteilnehmer frei nach seinen Interessen und Zielen handelt. Der Staat gibt dabei nur die Rahmenbedingungen vor, indem er für den Schutz, die Sicherheit der Bürger und deren Eigentum sorgt, das Rechtssystem erhält und ein Zahlungsmittel bereitstellt. Er greift jedoch nicht in den Marktmechanismus ein. Die Abstimmung über alle wirtschaftlichen Handlungen erfolgt über den Markt. Die Unternehmen produzieren, was die Konsumenten nachfragen. Der Preis für Güter bilden sich damit auch allein durch Angebot und Nachfrage.

Zentrale Kennzeichen einer freien Marktwirtschaft sind:

  • Privateigentum an Produktionsmitteln,
  • freier Wettbewerb,
  • freie Preisbildung,
  • Gewerbefreiheit,
  • Konsumfreiheit.

Neben der freien Marktwirtschaft ist die soziale Marktwirtschaft eine weitere idealtypische Variante einer marktwirtschaftlichen Ordnung.

bezeichnet die Gesamtheit einer Anlage zur oberirdischen Fortleitung von elektrischer Energie. Sie besteht aus Stützpunkten und Leitungsteilen. Stützpunkte umfassen Masten, deren Gründungen und Erdungen. Leitungsteile umfassen oberirdisch verlegte Leiterseile und Isolatoren mit ihren jeweiligen Zubehörteilen.

Ist das Kennzeichen des Wechselstroms. Sie ist ein Maß für die Elektronenbewegung im elektrischen Leiter. Diese Bewegung ist als eine Art Pendelbewegung vorstellbar. Unser Stromversorgungsnetz wird, unabhängig von der Spannungsebene, mit einer Frequenz von 50 Hertz betrieben. Anders ausgedrückt: Die Elektronen kommen auf 50 komplette Pendelbewegungen in einer Sekunde. Ganz besonders wichtig ist es, diese Frequenz immer genau einzuhalten. Beispielsweise hängt davon die Drehzahl eines Motors ab. In vielen Fällen spielt es nur eine geringe Rolle, ob solch ein elektrischer Antrieb exakt mit der auf dem Typenschild angegebenen Drehzahl rotiert, aber eben nicht in allen. Deutlich wird das an der mit Wechselstrom betriebenen Uhr. Ist die Frequenz zu hoch, läuft der kleine Motor in der Uhr zu schnell, die Uhr geht vor. Ist die Frequenz zu niedrig, geht der Motor in der Uhr zu langsam und die Uhr geht nach.

Auch für die Erzeugerseite ist die Einhaltung der Frequenz lebenswichtig. In allen Kraftwerken drehen sich die Generatoren  im gleichen Takt: gerade so schnell, dass der Wechselstrom genau 50 Hertz aufweist. Ändert sich nun plötzlich aus irgendeinem Grund, zum Beispiel durch den Ausfall eines großen Kraftwerks oder durch eine plötzliche Veränderung der Netzbelastung, die Frequenz im Netz, können die Maschinen „aus dem Tritt“ geraten. Schon geringfügige Abweichungen von der Sollfrequenz reichen aus, um in den Schaltzentralen Alarmstimmung aufkommen zu lassen. Ursachen werden gesucht und ― neben einigen automatisch ablaufenden Regelungsprozessen ― entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet.

Die Zusammensetzung und Leistungsfähigkeit des europäischen Kraftwerksparks und Verbundnetzes sind so ausgelegt, dass möglichst auch unter extremen Bedingungen, wie zum Beispiel:

  • beim Ausfall einzelner Kraftwerke,
  • zu Zeiten extrem hoher Netzbelastung oder
  • nach der Unterbrechung von Versorgungsleitungen

die tatsächliche Frequenz nie um mehr als 0,05 Hertz von der Netzfrequenz  in einer Höhe von 50 Hertz abweicht. Mit anderen Worten: Der Kraftwerkspark muss so beschaffen sein, dass selbst unter ungünstigsten Bedingungen das Stromangebot nicht geringer als die Stromnachfrage ist. Sollte die Netzbelastung die Leistungsfähigkeit sämtlicher Kraftwerke eines Versorgungsnetzes dennoch übersteigen, so droht der vollständige oder teilweise Zusammenbruch der Stromversorgung. Stromausfall ist die Folge.

Ein elektrischer Generator ist eine Maschine, die Bewegungsenergie in elektrische Energie umwandelt. Der Generator ist das Gegenstück zum Elektromotor, der elektrische Energie in Bewegungsenergie umwandelt. Er beruht auf dem von Michael Faraday 1831 entdeckten Prinzip der elektromagnetischen Induktion (siehe elektrisches und magentisches Feld).

Geothermie wird auch als Erdwärme bezeichnet und ist die im zugänglichen Teil der Erdkruste gespeicherte Wärme.

Geothermieanlagen nutzen heißes Wasser oder Dampf als Wärmeträger. Thermalwasserfelder liefern warmes Wasser mit Temperaturen unter 100 Grad Celsius, das in Form von warmen Quellen entweder an die Oberfläche tritt oder mittels spezieller Pumpen gefördert werden kann. Thermalwasserfelder lassen sich für Heilbäder, aber auch zum Heizen nutzen. Heißdampffelder liefern trockenen, häufig überhitzten Dampf, dessen Dampftemperaturen zwischen 125 und 245 Grad Celsius liegen. Dampf mit einem Druck von mehr als vier Bar und einer Temperatur ab 170 Grad Celsius eignet sich zur Elektrizitätserzeugung.

Bei der sogenannten Hot-Dry-Rock-Technik wird die Wärme von Gesteinsschichten genutzt. Sie ist also von unterirdischen Wasser- oder Dampfvorkommen unabhängig. Die schwierigste Aufgabe besteht darin, die Poren im Gestein durch Druck zu erweitern, sodass eine größere Wärmeübergangsfläche entsteht.

Funktionsprinzip einer geothermischen Anlage

Über eine Förderbohrung wird das Wasser aus der Tiefe gefördert und nach seiner thermischen Nutzung im Kraftwerk über die Injektionsbohrung in den Speicher geleitet. Das geförderte Wasser gibt im Kraftwerk seine Wärme über einen Wärmetauscher an einen Arbeitsstoff ab. Dieser treibt dann den Generator zur Stromerzeugung an.

In Deutschland erzeugen derzeit (Stand: 2020) 42 Geothermie Anlagen Strom:

  • 30 Heizwerke (Wärmeproduktion inklusive Heizkraftwerke),
  • 3 Kraftwerke (Stromproduktion; inklusive Heizkraftwerke),
  • 9 Heizkraftwerke (Wärme und Strom).

Sie haben eine installierte Wärmeleistung von insgesamt 349,71 Megawatt (MW) und eine installierte elektrische Leistung von 47 MW.

 

Ein Gezeitenkraftwerk nutzt den natürlichen Wechsel von Ebbe und Flut der sogenannten Tidengewässer, um Strom zu erzeugen. Die Gezeiten können genutzt werden:

  • in abgesperrten Buchten vor allem längs von Flussmündungen
  • bei ausreichend großem Unterschied des Wasserspiegels zwischen Ebbe und Flut, dem sogenannten Tidenhub.

Die Energie des im Wechsel ein- und ausströmenden Wassers wird, ähnlich wie bei einem Wasserkraftwerk, über Turbine  und Generator  in Strom umgesetzt. Ebenso können Meeresströmungen direkt an aufgeständerte Turbinen mit angeschlossenem Generator ihre Bewegungsenergie abgeben. Die technische Umsetzung ist vergleichbar mit der von Allagen für Windkraft.

Gleichstrom bezeichnet elektrischen Strom, dessen Stärke und Richtung sich nicht ändert. Bevorzugt wird Gleichstrom aus chemischen Elementen wie galvanischen Zellen, Akkumulatoren und Brennstoffzellen bezogen. Solarzellen können ebenfalls nur Gleichstrom erzeugen. Wenn Photovoltaikanlagen zur Nutzung von Sonnenenergie die von ihnen produzierte elektrische Energie ins öffentliche Stromnetz einleiten, muss ein Wechselrichter dazwischen geschaltet werden.

Grenzkosten sind die zusätzlich anfallenden Kosten, wenn die Produktion um eine marginale Einheit ausgedehnt wird. Sie sind wichtig zur Bestimmung der Untergrenze eines Preises und Grundlage für die Grenzplankostenrechnung.

sind Netzverbindungsstellen zwischen zwei Ländern. Sie werden auch als Interkonnektoren bezeichnet und sind Teil der Übertragungsnetze.

Bezeichnung für den rund um die Uhr gleichbleibenden Stromverbrauch. Für diese Grundlast sind Kernkraftwerke, Kohlekraftwerke und Laufwasserkraftwerke 24 Stunden am Tag im Betrieb. Da der niedrigste Stromverbrauch meist in der Nacht auftritt, wird die Höhe der Grundlast bestimmt von:

  • in der Nacht produzierenden Industrieanlagen,
  • von der Straßenbeleuchtung sowie
  • von Dauerverbrauchern in Haushalt und Gewerbe

Darüber hinaus kann die Grundlast von Pumpspeicherkraftwerken erhöht werden, indem diese zu Schwachlastzeiten ihre Speicherbecken füllen.

Diese Technik dient der Energieübertragung mittels Gleichstrom über weite Entfernungen. Ab rund 750 Kilometern weist die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung, kurz HGÜ, trotz der zusätzlichen Konverterverluste in der Summe einen geringeren Netzverlust auf, als die Übertragung mit Dreiphasenwechselstrom.

Bezeichnung für die nächstniedrigere Ebene nach dem Höchstspannungsnetz mit einer Spannung von 110.000 Volt oder 110 Kilovolt, kurz kV. Das Hochspannungsnetz in Deutschland zählte 2020 eine Länge von rund 94.000 Kilometern. Die Leitungen dieser regionalen und großen städtischen Verteilnetze übertragen elektrische Energie zu den Verbrauchszentren, zum Beispiel zu Industriebetrieben, lokalen Stromversorgern oder Umspannanlagen. In solchen Umspannanlagen wird die Spannung auf Mittelspannungsniveau von – meist 20.000 Volt (20 kV) abgesenkt. Der Fachbegriff dafür lautet transformiert. Kunden sind hier Industrie und größere Gewerbebetriebe. Die Stromkreislänge in Deutschland beträgt hier ungefähr 520.000 Kilometer.

Das Höchstspannungsnetzt transportiert Energie über große Strecken – zum Beispiel von Nord nach Süd. Aktuell ist es 37.000 Kilometer lang. Nur mit neuen Leitungen auf der Höchstspannungsebene können die Distanzen zwischen Erzeugungsschwerpunkten und Verbrauchszentren zukünftig überbrückt werden. Beispielsweise muss Strom, der in Windkraftanlagen in der Nordsee und Ostsee produziert wird, an die Verbrauchsorte im Süden Deutschlands transportiert werden. Daraus entsteht neuer Bedarf für Kapazitäten im Stromnetz.

Das deutsche Höchsspannungsnetz

Das deutsche Höchsspannungsnetz
Quelle: VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Inforamtionstechnik e.V.

 

ist die maximale Leistung der in einem Kraftwerk installierten Generatoren beziehungsweise. die in einem Land oder einem Staat installierte Gesamtleistung aller Kraftwerke. Sie wird in der Einheit Watt bzw. in Megawatt oder Gigawatt angegeben.

Neben der Nennleistung als auch installierte Leistung eine unveränderliche Größe und gehört zu den festen technischen Daten einer Kraftwerksanlage. S kann nur durch grundlegende und meist genehmigungspflichtige Änderungen angepasst werden. Beispielhaft dafür sind

  • gesetzliche Vorgaben
  • die Stilllegung oder Entfernung ganzer Anlagenteile.

lassen sich als Spielregeln einer Gesellschaft verstehen, die die Unsicherheit der Beteiligten am Wirtschaftsprozess verringern sollen. Es handelt sich beispielsweise um Entscheidungssysteme wie Märkte und Wahlen, aber auch um Traditionen und Gesetze. Unternehmen und der Staat gelten ebenfalls als Institutionen. Institutionen bestimmen den Handlungsrahmen für die Akteure im Wirtschaftsgeschehen.

geben an, wie viele der 8.760 Stunden eines Jahres ein Kraftwerk bei maximaler Leistung laufen müsste, um seine Jahresproduktion zu erzeugen. Die tatsächliche jährliche Nutzungsdauer ist in der Regel höher, da Kraftwerke nicht immer mit der maximalen Leistung laufen.

hier ist zwischen „absoluter“ und „relativer“ Knappheit zu differenzieren. Absolute Knappheit liegt vor, wenn ein Gut oder eine Dienstleistung nur in begrenzter Anzahl vorhanden ist. Sind die Bedürfnisse höher als die zur Verfügung stehenden Mittel, dann handelt es sich um „relative“ Knappheit.

sind Schwankungen im Auslastungsgrad eines Produktionspotenzials einer Volkswirtschaft. Wichtigster Indikator für den Auslastungsgrad ist das Bruttoinlandsprodukt, kurz BIP. Nachfrageschwankungen und Produktionsschwankungen können zu Veränderungen im Auslastungsgrad der Produktionskapazitäten führen. Wenn sie in gewisser Regelmäßigkeit auftauchen, bezeichnet man diese Schwankungen als Konjunkturzyklen. Die Phasen eines Konjunkturzyklus sind:

  • Aufschwungphase,
  • Hochkonjunktur- oder Boomphase,
  • Abschwungphase (Rezession) und
  • Tiefphase (Depression).

sind Entgelte, die Energie- und Wasserversorger an Gemeinden abgeben müssen. Dafür wird ihnen das Recht eingeräumt, öffentliche Verkehrswege für die Verlegung und den Betrieb von Leitungen zu nutzen, die der unmittelbaren Versorgung von Endverbrauchern mit Strom, Erdgas und Wasser dienen.

davon spricht man beispielweise dann, wenn Betriebsmittel mit unveränderbaren Kosten nicht nur zu 80 Prozent sondern im besten Fall zu 100 Prozent ausgelastet werden. Die einzelne produzierte Einheit hat dann anteilig einen geringeren Festkostenanteil.

Bezeichnung für die gekoppelte Erzeugung von thermischer und elektrischer, beziehungsweise mechanischer Energie. Erfolgt die Erzeugung von Kraft und Wärme in einem zentralen Kraftwerk, kann die Wärme zur Gebäudeheizung für Siedlungen oder ganze Stadtteile verwendet werden. Dies wird auch als Fernwärme bezeichnet. Die Verteilung erfolgt über Warmwasser- oder Dampfrohrsysteme. Wird die anfallende Wärme direkt beim Verbraucher vor Ort produziert (Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung), kann sie für die Wärmeversorgung des Gebäudes direkt genutzt werden. Der entstehende Strom kann zur Deckung des Eigenbedarfs verwendet, oder aber ins Stromnetz eingespeist werden.

Wind und Sonne gibt es nicht rund um die Uhr. Damit auch dann Strom aus der Steckdose kommt, wenn es windstill ist oder die Sonne nicht scheint, sind nach wie vor konventionelle Kraftwerke notwendig. Braun- und Steinkohle- sowie Kernkraftwerke erzeugen rund die Hälfte des in Deutschland benötigten Stroms.

Kraftwerk ist nicht gleich Kraftwerk. Aus Kosten- und Effizienzgründen werden sie unterschiedlich eingesetzt. Kern- und Braunkohlekraftwerke werden zur Deckung der Grundlast eingesetzt und erzeugen knapp ein Drittel des Stroms in Deutschland. Tagsüber, wenn mehr Strom benötigt wird als in der Nacht, werden zusätzlich Steinkohle- und Erdgaskraftwerke eingesetzt.

Heizöl-, Gasturbinen- und Pumpspeicherkraftwerke  kommen seltener zum Einsatz. Man benötigt sie vor allem zur Deckung von Verbrauchsspitzen. Diese Kraftwerke sind notwendig, um jederzeit die nachgefragte Menge Strom bereitstellen zu können.

Seit 2010 hat die Bedeutung erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung stetig zugenommen. Ihr Anteil an der Bruttostromerzeugung betrug im Jahr 2021 mehr als 42 Prozent.

Jedoch arbeiten dabei insbesondere Anlagen zur Nutzung von Windkraft und zur Nutzung von Sonnenenergie nur selten mit maximaler Leistung. Ihr Einsatz ist witterungsabhängig und nur begrenzt planbar. Weil es Windenergie nur gibt, wenn der Wind auch weht, trugen Windkraftanlagen 2021 über 20 Prozent zur Stromerzeugung bei, machten aber knapp 17 Prozent der installierten Leistung (siehe installierte Leistung) aus. Für die Zeit, in der kein Wind weht, müssen als Reserve entsprechende Kapazitäten über konventionelle Anlagen bereitstehen. Ähnlich ist es bei Photovoltaikanlagen zur direkten Umwandlung von Sonnenenergie in Strom.

Um die großen Unterschiede innerhalb des deutschen Kraftwerkparks darzustellen, werden üblicherweise die sogenannten Jahresvolllaststunden berechnet.

 

 

Die Begrenzung der Erderwärmung ist eine weltweite Aufgabe. Um gemeinsame Wege zur CO2-Reduktion zu entwickeln, trifft die internationale Staatengemeinschaft jährlich im Rahmen der Klimakonferenz zusammen. Noch nie zuvor gab es ein Projekt, in das alle Staaten der Erde gleichermaßen einbezogen waren. Die einzelnen nationalen Interessen sind dennoch sehr unterschiedlich und die Thematik ist komplex. Dies führt dazu, dass sich allgemein anerkannte Regelungen nur in einem Prozess über viele Jahre entwickeln lassen. Nicht jede der seit 1995 jährlich stattfindenden Konferenzen ist es bisher gelungen, sichtbare Ergebnisse zu präsentieren.

Das Kyoto-Protokoll ist ein Meilenstein in der internationalen Klimapolitik. Es wurde auf der dritten Vertragsstaatenkonferenz der Klimarahmenkonvention in Kyoto 1997 verabschiedet und enthielt erstmals rechtsverbindliche Begrenzungs- und Reduzierungsverpflichtungen für die Industrieländer. Damit das Kyoto-Protokoll völkerrechtlich wirksam werden konnte, mussten mindestens 55 Staaten das Protokoll ratifizieren. Das Protokoll wurde schließlich von 191 Staaten ratifiziert, darunter alle EU-Mitgliedstaaten sowie wichtige Schwellenländer wie Brasilien, China, Indien und Südafrika. Die USA haben das Kyoto-Protokoll bis heute nicht ratifiziert. Kanada ist im Jahr 2013 ausgetreten.

Die Verpflichtungsperioden

Auf der Vertragsstaatenkonferenz in Kyoto legten die Staaten fest, dass die erste Verpflichtungsperiode des Kyoto-Protokolls von 2008 bis 2012 dauern soll. Die Industriestaaten verpflichteten sich, in diesem Zeitraum ihre Treibhausgasemissionen insgesamt um mindestens fünf Prozent gegenüber den Emissionen des Jahres 1990 zu senken. Die Europäische Union und ihre Mitgliedstaaten verpflichteten sich in diesem Zeitraum zu einer Reduzierung ihrer Emissionen um insgesamt acht Prozent gegenüber 1990. Im Rahmen des EU-internen Lastenverteilungsverfahrens wurde dieses Gesamtziel individuell auf die damals noch 15 EU-Mitgliedstaaten aufgeteilt. Dabei verpflichtete sich Deutschland dazu, insgesamt 21 Prozent weniger Treibhausgase zu emittieren.

Einhaltung der Ziele

Bei der Erfüllung des im Kyoto-Protokoll beschlossenen Klimaschutzziels, die weltweite Emission von Treibhausgasen zu reduzieren, wendete die Europäische Union das Prinzip der Lastenverteilung an. Nach Artikel 4 des Kyoto-Protokolls konnten sich verpflichtete Staaten zu einem sogenannten „Bubble“ zusammenschließen, um ihre Minderungsziele zu erfüllen. Die EU teilte gemäß einer EU-internen Lastenverteilung im Juni 1998 die Reduktionsverpflichtungen und Emissionsobergrenzen der EU-Mitgliedsstaaten unterschiedlich auf (jeweils bezogen auf die entsprechenden Emissionen von 1990).

Mit solchen und weiteren Mechanismen, wie beispielsweise auch dem Emissionsrechtehandel zwischen den teilnehmenden Staaten, gelang es letztlich formal, dass alle 36 Länder mit quantitativen Zielen (ohne die USA und Kanada) diese auch in der ersten Verpflichtungsperiode zwischen 2008 und 2012 einhielten. So gingen die Emissionen aller beteiligten Staaten bis 2012 um über 20 Prozent gegenüber 1990 zurück Das war mehr als das anstrebte Fünf-Prozent-Ziel.

Die damals 15 Staaten der EU hatten sich auf eine Reduktion von acht Prozent zwischen 2008 und 2012 verpflichtet. Sie erreichten durchschnittlich eine Verminderung von 11,7 Prozent gegenüber 1990. In Deutschland waren die Treibhausgas-Emissionen sogar um 23,6 Prozent gesunken. Allerdings lassen sich die erzielten Emissionsreduktionen nicht ausschließlich auf das Kyoto-Protokoll zurückführen. So trugen der Zusammenbruch der Industrieproduktion in den ehemaligen Staaten des Ostblocks zu Beginn der 1990er Jahre und die 2008 einsetzende globale Finanzkrise entscheidend zur Reduktion von Treibhausgasemissionen bei.

Der Trend zu Beginn des neuen Jahrtausends zeigt sogar in eine andere Richtung: Sowohl die USA als auch die Schwellenländer China, Mexiko, Brasilien und Indien steigerten ständig ihren CO2-Ausstoß. Bis 2010 war der globale Treibhausgasausstoß um rund 29 Prozent gegenüber 1990 angestiegen.

Auf der UN-Klimakonferenz 2012 in Doha (Katar) beschloss die Staatengemeinschaft eine Verlängerung des Protokolls bis 2020 („zweite Verpflichtungsperiode“). Damit gehen die EU und einige weitere Industrieländer, unter anderem Australien, Norwegen und die Schweiz weitere Minderungsverpflichtungen ein. Allerdings entschieden sich Russland, Japan, Kanada und Neuseeland dazu, bei der zweiten Phase des Kyoto-Protokolls nicht mehr dabei zu sein. Sie sind aus dem Abkommen ausgestiegen. Diejenigen Länder, die das 2. Protokoll unterzeichneten, einigten sich bis 2020 den CO2-Ausstoß, im Vergleich zu 1990, um 18 Prozent zu senken.

Die Kyoto-Mechanismen

Im Kyoto-Protokoll gibt es drei Mechanismen, die Industrieländern dabei unterstützen sollen, ihre zugesagten Emissionsreduktionsziele zu erreichen. Sie erlauben es den Industrieländern, einen Teil ihrer Reduktionsverpflichtungen im Ausland zu erbringen. Im Einzelnen sind dies:

  • Internationaler Emissionshandel
  • Joint Implementation (JI)
  • Clean Development Mechanism (CDM)
Vom Kyoto Protokoll zum Pariser Abkommen

Zu Beginn der 2010er Jahre begannen die Verhandlungen über ein nach 2020 geltendes Klimaschutzabkommen, ebenfalls Teil des Post-Kyoto-Prozesses. Bis 2015 sollte ein neues Abkommen ausgehandelt werden, das langfristig alle Länder der Erde in eine Klimaschutzvereinbarung einbezieht.

2015 einigten sich 196 Staaten und die EU auf der 21. UN-Klimakonferenz in Paris im Übereinkommen von Paris darauf, die Erderwärmung auf deutlich unter 2 Grad Celsius — möglichst unter 1,5 Grad Celsius — zu begrenzen (Pariser Abkommen).

Eine Last ist der momentane Leistungswert einer abgenommenen oder bereitgestellten elektrischen Leistung. Sie wird in Megawatt (MW) angegeben und durch die Messung eines Augenblickwertes oder durch die Bildung eines Mittelwertes während eines kurzen Zeitabschnitts bestimmt. Die Last kann sich beziehen

  • auf einen Kunden,
  • auf ein Gerät,
  • auf eine Gruppe von Kunden oder Geräten oder
  • auf ein Netz.

Die Lastkurve stellt den Bedarf an elektrischer Energie dar, der durch Faktoren wie Tag und Nacht, Wettereinflüsse, zeitlich unterschiedliche Anforderungen von Industrie und Gewerbe sowie durch den Bedarf der Haushalte ständig schwankt. Die Techniker in den Schaltzentralen der Energieversorger müssen bei Änderungen der Nachfrage umgehend reagieren, zum Beispiel Kraftwerke anfahren oder drosseln.

bezeichnet das Abschalten von Verbrauchsmitteln im Stromnetz. Die Abschaltung wird, da dies im Allgemeinen ein nicht geplantes Ereignis darstellt, von automatischen Einrichtungen wie dem Netzschutz bei Erreichen bestimmter voreingestellter Messwerte ausgelöst und in automatischen Abläufen durch das Öffnen von Leistungsschaltern in Umspannwerken durchgeführt. Für die vom Lastabwurf betroffenen Teile des Netzes und die daran angeschlossenen Verbraucher führt diese Maßnahme zu einem Stromausfall. Ein Lastabwurf ist die letzte mögliche Maßnahme, um dem drohenden kompletten Zusammenbruch eines Verbundnetzes oder eines Teils davon zuvorzukommen und dient dazu, verbleibende Netzsegmente zu stabilisieren.

Ein Leiter ist in der Physik ein Stoff, der in der Lage ist, verschiedene Arten von Energie oder Teilchen zwischen unterschiedlichen Orten zu transportieren. Man unterscheidet Leiter für Strom, Wärme, Licht und Magnetismus. Einen nichtleitenden Stoff nennt man Isolator.

Der englische Naturwissenschaftler Stephen Gray entdeckte 1729 die elektrische Leitung und teilte als erster Stoffe in elektrische Leiter und elektrische Nichtleiter ein.

Begriff, der im wirtschaftlichen Kontext nach dem Zweiten Weltkrieg durch die Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung, auch bekannt als OECD, geprägt wurde. Anfangs drückte Liberalisierung lediglich den Abbau von mengenmäßigen Handelsbeschränkungen aus, primär im damaligen Raum der Europäischen Wirtschaftsgemeinschaft, kurz EWG. Heute steht der Begriff allgemein für Deregulierung und Privatisierung. Ziel der Liberalisierung des Strom- und Gasmarktes ist die Stärkung der wirtschaftlichen Wettbewerbsfähigkeit der Europäischen Union.

Am 19. Februar 1999 trat in der Europäischen Union das Elektrizitätswirtschafts- und Organisationsgesetz, kurz ELWOG, in Kraft. Damit begann der Prozess zur Schaffung eines einheitlichen und liberalisierten Strommarktes in der Europäischen Union. Nationale Barrieren wurden abgebaut und die Netze für jeden Anbieter geöffnet. Zur Liberalisierung gehört auch das sogenannte Unbundling.

Ein Markt ist der Ort, an dem sich Angebot und Nachfrage zum Zweck des Tausches von Gütern gegen Geld oder von Gütern gegen Güter treffen und so der Preis für Waren und Dienstleistungen gebildet werden. Ist das Angebot nach einem Gut größer als die Nachfrage, so wird dies als Käufermarkt bezeichnet. Ist dagegen das Angebot kleiner als die Nachfrage, handelt es sich um einen Verkäufermarkt.
Ein Markt erfüllt folgende Funktionen:

  • Preisbildungsfunktion,
  • Versorgungsfunktion,
  • Koordinationsfunktion,
  • Verteilungsfunktion,
  • Informationsfunktion.

Damit ein Markt entstehen kann, sind unter anderem Anbieter und Nachfrager sowie die Tauschgüter und Tauschmittel, zum Beispiel Geld oder ein anderes Gut, nötig. Es gibt mit dem Monopol, dem Oligopol und dem Polypol verschiedene Formen des Wettbwerbs auf Märkten.

sind Prozesse, die mehrere Märkte wie die Strommärkte einzelner Länder zu einem größeren Markt zusammenführen (Integration als Prozess). Der Begriff wird aber auch verwendet, um das Ausmaß zu charakterisieren, in dem diese Einheit hergestellt ist (Integration als Zustand), ferner als Ziel, welches es zu erreichen gilt (Integration als Ziel). Im Zusammenhang mit der Entwicklung der Energiemärkte werden aktuell die Marktintegration der erneuerbaren Energien und damit die schrittweise Anpassung des Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)  diskutiert.

Meeresenergie ist eine der erneuerbaren Energiequellen, die reichlich vorhanden ist, denn drei Viertel der Erde sind von Meeren und Ozeanen bedeckt. Diese Energie kommt von Wellen (siehe Wellenkraftwerk), Gezeiten (siehe Gezeitenkraftwerk) und Meeresströmungen sowie von den Unterschieden bei Salzgehalt und Temperatur. Die Nutzung der Meeresenergie befindet sich weltweit noch im Anfangsstadium. Einzelne Pilotanlagen sind in Betrieb.

Beispielhaft dafür ist das britisch-deutsche Projekt SEAFLOW. In diesem Vorhaben werden mit einer an die Meeresverhältnisse angepassten Windtechnologie die durch Gezeiten verursachten Meeresströmungen vor der Küste Cornwalls zur Stromerzeugung genutzt (Meeresströmungskraftwerk). Das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, kurz BMU, fördert die Forschung und Entwicklung zu dieser innovativen Technik seitens der deutschen Projektpartner.

Vor der deutschen Küste hat die Meeresenergie nur ein geringes Potenzial.

Bezeichnung für eine Marktform, in der für ein ökonomisches Gut nur ein Anbieter oder nur ein Nachfrager existiert. Es gibt verschiedene Arten von Monopolen:

  • natürliche Monopole
    • reine natürliche Monopole
    • Quasi-Monopole
  • künstliche Monopole
    • Kollektivmonopole
    • rechtliche Monopole.

Ein natürliches Monopol ist in der Mikroökonomie eine Bezeichnung für eine Situation, in der sich aufgrund hoher Fixkosten und niedriger Grenzkosten besonders ausgeprägte steigende Skalenerträge ergeben. Die Gesamtkosten zur Bereitstellung eines Gutes sind damit deutlich niedriger, wenn nur ein Unternehmen und nicht mehrere konkurrierende Unternehmen den Markt versorgt.

Ein natürliches Monopol liegt auf dem Strom- und Energiemarkt dann vor, wenn es volkswirtschaftlich nicht effizient wäre, konkurrierende Parallelnetze aufzubauen. Vielmehr nehmen die gesamtwirtschaftlichen Vorteile, die aus einer gegebenen Versorgungsinfrastruktur zu ziehen sind, mit der Anzahl der angeschlossenen Nutzer zu.

Natürliche Monopole basieren im Energie- und Strommarkt in erster Linie auf leitungsbezogenen Versorgungsnetzen. Beispielhaft dafür stehen Stromleitungen, Schienenwege, Straßen, Flugplätze oder Telekommunikationskabel, also Güter, die in ihrer Leistungserbringung auf eine entsprechende Infrastruktur angewiesen sind.

Der Grundsatz der (n-1)-Sicherheit in der Netzplanung besagt, dass in einem Netz bei prognostizierten maximalen Übertragungs- und Versorgungsaufgaben die Netzsicherheit auch dann gewährleistet bleibt, wenn eine Komponente, etwa ein Transformator oder ein Stromkreis, ausfällt oder abgeschaltet wird. Diese allgemein anerkannte Regel der Technik gilt grundsätzlich auf allen Netzebenen.

Der Übertragungsnetzbetreiber ist eine natürliche oder juristische Person, die verantwortlich für den Betrieb, die Wartung und den Ausbau des Übertragungsnetzes in einem bestimmten Gebiet ist. Übertragungsnetze dienen dem Transport von Elektrizität über ein Höchstspannungs- und Hochspannungsverbundnetz zum Zwecke der Belieferung von Letztverbrauchern oder Verteilern. Der Verteilernetzbetreiber betreibt ein Netz, das überwiegend der Belieferung von Letztverbrauchern über örtliche Leitungen dient. Die Verteilung ist der Transport von Elektrizität mit hoher, mittlerer oder niederer Spannung über ein Verteilernetz zu anderen Netzen.

Der Netzentwicklungsplan ist ein zentrales Dokument auf dem Weg in das neue Energiezeitalter. Er stellt den Ausbaubedarf des deutschen Stromnetzes in den nächsten zehn und höchstens 15 Jahren dar und enthält eine Fortschreibung für die nächsten mindestens 15 und höchstens zwanzig Jahre. Ziel ist der sichere Betrieb des Stromnetzes bei

  • gleichzeitiger Ausweitung der Erzeugungskapazitäten aus erneuerbaren Energiequellen
  • weiterem Ausbau des europäischen Binnenmarktes.

Diese Planungen werden von den Übertragungsnetzbetreibern (ÜNB) vorgenommen, mit mehreren Öffentlichkeitsbeteiligungen abgestimmt und zum Schluss von der Bundesnetzagentur bestätigt. Für das Gasnetz wird eine vergleichbare Netzplanung von den dort beteiligten Fernleitungsnetzbetreibern entwickelt (NEP Gas).

Es gibt zwei Netzentwicklungspläne:

  1. Der Netzentwicklungsplan Strom. Er wird durch die deutschen Übertragungsnetzbetreiber erstellt.
  2. Der Netzentwicklungsplan Gas. Er wird durch die Fernleitungsnetzbetreiber erstellt.

ist die Bezeichnung der Frequenz in einem Stromnetz für die Versorgung mit elektrischer Energie mittels Wechselspannung. Die Netzfrequenz ist in einem Stromversorgungsnetz einheitlich und zeitlich konstant. Dafür müssen Generatoren, die in den Kraftwerken Strom erzeugen, mit genau 50 Umdrehungen pro Sekunde rotieren. Nur dann durchläuft der erzeugte Wechselstrom genau 50 Mal pro Sekunde eine volle Phase. Wenn diese vorgegebene Frequenz nicht stimmt, wird die Funktion zahlreicher elektrischer Geräte beeinträchtigt, zum Beispiel von Motoren, elektrischen Uhren oder Computern.

Falls die Frequenz unter 47,5 Hertz sinkt, können an den Generatoren mechanische Resonanzschwingungen auftreten, die zu ihrer Zerstörung führen. Die Kraftwerke gehen deshalb bei Erreichung dieser Grenze automatisch vom Netz.

ist die Differenz zwischen erzeugter elektrischer Leistung im Kraftwerk und der verbrauchten Leistung. Die Übertragungsverluste in Dreiphasensystemen (siehe Drehstrom) betragen in Mitteleuropa etwa sechs Prozent der Netzleistung, gemittelt über die verschiedenen Spannungsebenen. Bei sehr langen Freileitungen und auch schon bei Seekabeln mit nur einigen zehn Kilometern Länge, bringt die Übertragung mit Gleichstrom Vorteile, so dass der damit verbundene hohe technische Aufwand für hochspannungstaugliche Stromrichter ökonomisch gerechtfertigt ist.

Es gibt drei verschiedene Arten von Stromausfall. Netzwischer sind ein kurzer Ausfall der Elektrizitätsversorgung, der nur wenige Sekundenbruchteile andauert. Ursachen können auf der Verteilebene kurzfristige Ereignisse wie Blitzeinschläge, Lichtbogenfehler bei Freileitungen oder Schaltfehler im Bereich von Umspannwerken sein.

Die anderen beiden Arten von Stromausfall werden Brownout und Blackout genannt.

Nierspannung bezeichnet eine Wechselspannung bis 1.000 Volt und eine Gleichspannung bis 1.500 Volt. Der Bereich der Niederspannung umfasst neben Kleinspannungen zum Beispiel die im Niederspannungsnetz verwendete Netzspannung von 400 Volt zwischen den drei Außenleitern und 230 Volt zwischen jedem Außenleiter und dem Neutralleiter.

Private Haushalte, Gewerbe und Landwirtschaft verfügen ausschließlich über Geräte, die mit Spannungen von 230 Volt beziehungsweise 400 Volt betrieben werden. Folgerichtig muss die Mittelspannung zur Einspeisung ins örtliche Niederspannungsnetz erneut transformiert werden. Das Niederspannungsnetz ist das längste unter den Versorgungsnetzen. Die Stromkreislänge beträgt circa 1,2 Millionen Kilometer. In diesem Bereich ist eine Vielzahl von regionalen und kommunalen Netzbetreibern tätig.

bezeichnet Windparks, die im Küstenvorfeld der Meere errichtet werden, um Windkraft zur Energiegewinnung zu nutzen. Offshore-Standorte zeichnen sich durch kontinuierliche Windbedingungen und hohe durchschnittliche Windgeschwindigkeiten aus. Sie erzielen eine hohe Auslastung von 3500 bis 5000 Volllaststunden. Errichtung, Netzanbindung und Betrieb insbesondere bei großen Küstenentfernungen und hohen Wassertiefen sind deutlich teurer als bei Windkraftwerken an Land.

ist eine Form von einem Markt, bei der viele Nachfrager nach einem Gut auf wenige Anbieter für das betreffende Gut treffen (Angebotsoligopol). Weitere Arten eines Oligopols sind:

  • Oligopson – wenige Nachfrager stehen vielen Anbietern gegenüber,
  • bilaterales oder zweiseitiges Oligopol – wenige Anbieter stehen wenigen Nachfragern gegenüber,
  • Dyopol oder Duopol – ist ein Oligopol mit mehreren Nachfragern, aber genau zwei Anbietern.

Bei der Marktform des Oligopols haben wenige Anbieter die Marktmacht inne. Diese müssen zur Festlegung ihrer Preise, Produktionsmengen und Güterqualitäten sowohl die Reaktion der Nachfrager als auch die Reaktion ihrer Konkurrenten berücksichtigen. Neben dem Oligopol existieren mit dem Monopol und dem Polypol weitere Formen von Wettbewerb auf Märkten.

Bezeichnung für ein Kraftwerk, welches den Salzgehaltsunterschied zwischen Süßwasser und Meerwasser zur Energiegewinnung nutzt. Dabei strömt Süßwasser durch eine halbdurchlässige Membran, um Salzwasser auf der anderen Seite zu verdünnen. Dabei entsteht im Salzwasser ein Überdruck, der eine Turbine antreibt und so Strom erzeugt. Die größte Herausforderung liegt in der Konstruktion der Membran. Sie muss genügend Wasser passieren lassen und einen möglichst hohen Druck aufbauen.

Bei der Photovoltaik wird die Strahlungsenergie direkt in elektrische Energie umgewandelt. Das griechische „photo“ steht für Licht. „Voltaik“ ist vom Namen des italienischen Physikers Alessandro Volta abgeleitet.

Grundlegender Bestandteil jeder Photovoltaikanlage sind die Solarmodule, die die Solarzellen enthalten. Photovoltaikanlagen werden beispielsweise auf einem Dach befestigt und dienen bei Sonneneinstrahlung als eine Gleichstromquelle. Um die elektrische Energie für übliche Haushaltsgeräte nutzen zu können, muss eine Wechselspannung entsprechend der ortsüblichen Netzspannung erzeugt werden. Hierzu dient ein Solarwechselrichter.

Im einfachsten Fall wird die von den Photovoltaik-Modulen gelieferte Leistung in das Stromnetz eingespeist, soweit sie nicht zur Deckung des Eigenverbrauchs benötigt wird; zu anderen Zeiten wird fehlende Energie aus dem Stromnetz bezogen. Der Wechselrichter arbeitet netzgeführt. Das bedeutet, er erzeugt die Wechselspannung mit einer Phasenlage passend zur Netzspannung.

Einige Photovoltaik-Systeme enthalten zusätzlich einen Solarstromspeicher auf der Basis von Batterien. Dieser kann momentane Überschüsse aufnehmen, anstatt dass diese in das Stromnetz eingespeist werden. Damit kann dann der Verbrauch zu anderen Zeiten gedeckt werden.

Ein Polypol ist die Form von einem Markt, der sich durch viele Anbieter und viele Nachfrager auszeichnet. Es wird auch als Modell der vollständigen Konkurrenz bezeichnet, bei der es keinerlei Kooperationen oder Zusammenschlüsse der einzelnen Marktteilnehmer gibt, sodass diese auch über keine bedeutsame Marktmacht verfügen. Im Gegensatz zum Monopol und Oligopol wird der Preis auf einem polypolistischen Markt nicht von einem einzelnen oder von einigen wenigen Marktteilnehmern festgelegt.

Der Begriff steht für ein Konzept, bei dem überschüssiger Strom dazu verwendet wird, per Wasserelektrolyse Wasserstoff zu produzieren. Dieser wird bei Bedarf in einem zweiten Schritt unter Verwendung von Kohlenstoffdioxid methanisiert. Das entstehende synthetische Methan ist mit herkömmlichem Erdgas kompatibel und kann ohne Einschränkungen in vorhandenen Leitungen transportiert sowie in Speichern gelagert werden. Produzieren beispielsweise Offshore-Windräder (siehe Offshore Windpark) mehr Strom als gerade gebraucht wird, könnte dieser Strom über diesen Umweg gespeichert werden. Das Gas könnte dann in konventionellen Gaskraftwerken bei Bedarf wieder in Strom umgewandelt werden.

Unter Power-to-Heat (übersetzt: „Elektrische Energie zu Wärme“) versteht man die Erzeugung von Wärme mit Strom. Sie ist eine Möglichkeit, Stromüberschüsse aus erneuerbaren Energien für die Wärmebereitstellung zu verwenden. Im Gegensatz zu reinen Elektroheizungen, die den kompletten Heizbedarf mit Strom decken, sind Power-to-Heat-Anlagen Hybridsysteme, die auch über eine herkömmliche, mit chemischem Brennstoff wie Holz oder Erdgas betriebene Heizungsanlage verfügen. Bei Stromüberschüssen kann somit die Wärmegewinnung aus elektrischer Energie erfolgen, ansonsten kommt das konventionelle Heizsystem zum Einsatz.

Er bezeichnet den in Geldeinheiten ausgedrückten Tauschwert eines Gutes oder einer Dienstleistung. Preise sind Indikatoren von Knappheit und schaffen eine Vergleichbarkeit unterschiedlicher Güter und Leistungen.

Der Preismechanismus stellt in einem marktwirtschaftlich organisierten System das entscheidende Element bei der Steuerung von Angebot und Nachfrage dar. Diese Steuerungsfunktion kann der Preismechanismus dann am besten wahrnehmen, wenn sich der Preis frei im Wettbewerb bildet. Ein freier Preis ist der beste Garant für eine höchstmögliche Effizienz der Marktversorgung.

Die Preise für elektrischen Strom unterscheiden sich in Europa von Land zu Land. Den einzelnen Stufen der Wertschöpfungskette stehen die entsprechenden Bestimmungsgrößen der Energiepreise gegenüber. In jedem dieser Bereiche wirken die Marktmechanismen ― zum Beispiel von Angebot und Nachfrage oder die Höhe der Produktionskosten. Hinzu kommen noch Steuern und andere staatliche Abgaben mit denen der Energieverbrauch belastet wird.

Der Strompreis für Haushalte setzt sich aktuell aus den folgenden drei Teilen zusammen:

  • 49 Prozent der Stromkosten sind staatlich bedingt,
  • 28 Prozent entfallen auf Netzentgelte,
  • Beschaffungs- und Vertriebskosten machen zusammen 23 Prozent aus.

 

Stromerzeugung für Haushalte

(Durchschnittlicher Strompreis für einen Haushalt in ct/kWH)

Strompreis für Hauhalte
Quelle: BDEW; Stand 11/2021

 

Der Preis, den die Energierechnung des Endkunden ausweist, enthält Bestandteile, deren Höhe unabhängig von den Prozessen im Energiemarkt ist. Steuern und andere staatliche Belastungen sind in Europa der drittgrößte Einflussfaktor auf den Endkundenpreis für elektrischen Strom. Zur Stromsteuer im engeren Sinn kommen in Deutschland hinzu:

ist die direkt in den Energiequellen vorhandene Energie. So zum Beispiel der Brennwert von Kohle. Primärenergieträger sind unter anderem Steinkohle, Braunkohle, Erdöl, Erdgas, Wasser, Wind, Kernbrennstoffe oder Solarstrahlung. Die Primärenergie wird in Kraftwerken und Raffinerien in die sogenannte Endenergie umgewandelt. Dabei kommt es zu Umwandlungsverlusten. Ein Teil der Primärenergie wird auch dem nichtenergetischen „Verbrauch“ zugeführt. Beispielhaft dafür steht Rohöl für die Kunststoffindustrie.

Der Begriff ist ein sogenanntes Kofferwort. Es setzt sich zusammen aus den Begriffen „producer“ und „consumer“. Er beschreibt in der Energiewirtschaft die Wandlung des (Industrie-)Kunden vom reinen Verbraucher zum gleichzeitigen Produzenten von Strom und Gas. Prisumer sind im Rahmen der Sektorkopplung wichtig.

Ein Pumpspeicherkraftwerk ist eine Form eines Wasserkraftwerks, das traditionell zur Energiespeicherung genutzt wird. Pumpspeicherkraftwerke sind bis heute die einzige effiziente und großtechnisch verfügbare Form der Speicherung. Dabei wird zu Zeiten mit geringem Stromverbrauch oder Energieüberschuss Wasser in ein höher gelegenes Speicherbecken gepumpt. Dieser Wasservorrat ist geeignet, um sehr kurzfristig über eine Turbine Strom zu erzeugen. Auf diese Weise können kurzfristige Spitzen beim Stromverbrauch ausgeglichen werden. In Zeiten schwacher Stromnachfrage wird das Wasser aus dem Unterbecken wieder in das Oberbecken zurückgepumpt und steht erneut zur Verfügung.

Das Kernstück von Speicherwasserkraftwerken sind Staubecken oder Staumauern beziehungsweise Talsperren, die ein Gewässer aufstauen und anschließend die so gebündelte Energie des Wassers nutzen. Bei steigendem Strombedarf wird dann mehr Wasser aus dem Speicherbecken entnommen als momentan zufließt.

Die Talsperren dienen darüber hinaus zum Teil:

  • der Hochwasserrückhaltung,
  • der Regulierung des Abflusses,
  • zur Sicherung der Schifffahrt und
  • der Speicherung für Trinkwasser- und Bewässerungszwecke.

Für die Errichtung dieser Kraftwerksart eignen sich hoch gelegene Seen mit einem natürlichen Wasserzulauf und Talsperren unter Einsatz der Francis- oder Peltonturbine.

 

Rationalisierung ist die Bezeichnung für die Effizienzsteigerung durch bessere Nutzung vorhandener Möglichkeiten. Ein gleicher Effekt kann mit weniger Mitteln oder ein größerer Effekt mit gleichen Mitteln erzielt werden.

bezeichnet die „Ersatz“-Leistung, die bei unvorhergesehenen Ereignissen die Frequenz im Netz konstant hält. Regelenergie umfasst zusätzliche Energiebereitstellung oder zusätzliche Last.

Die Regelenergie wird in drei Stufen unterteilt:

  • Primärregelenergie: Sie muss innerhalb von 30 Sekunden in vollem Umfang bereitstehen und wird vom Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB) automatisch aus regelfähigen Kraftwerken abgerufen.
  • Sekundärregelenergie: Sie muss für Einzelanlagen innerhalb von 5 Minuten, insgesamt innerhalb von 15 Minuten abrufbar sein. Sie wird ebenfalls automatisch vom Übertragungsnetzbetreiber aus regelfähigen Kraftwerken abgerufen.
  • Tertiärregelenergie: Sie wird auch Minutenreserve genannt und muss innerhalb von 15 Minuten für eine Dauer von bis zu viermal je fünfzehn Minuten abrufbar sein. Im Gegensatz zur Primärregelenergie und Sekundärregelenergie wird sie nicht automatisch, sondern telefonisch oder per E-Mail vom Übertragungsnetzbetreiber abgerufen.

Darüber hinaus unterscheidet man zwischen positiver und negativer Regelenergie. Ist die ins Netz eingespeiste Energie größer als die entnommene Energie zum gleichen Zeitpunkt, spricht man von Leistungsüberschuss im Netz. Hier muss dem Netz Strom entzogen werden; der Netzbetreiber benötigt deshalb negative Regelenergie. Bei einer unvorhergesehenen erhöhten Stromnachfrage muss zusätzlich Energie ins Netz eingespeist werden. Hier liegt eine positive Regelenergie vor.

Schattenkraftwerke sind zumeist konventionelle Kraftwerke, die bereitstehen, um den Bedarf an Energie durch einen längeren Ausfall eines Energieerzeugers zu decken. Meist handelt es sich um Kraftwerke, die

  • mit reduzierter Leistung arbeiten,
  • bei Bedarf schnell mehr Strom erzeugen,
  • ihre Leistung aber auch schnell wieder verringern können.

Sogenannte Spitzenlastkraftwerke decken dabei den kurzfristigen Bedarf. Es gibt darüber hinaus Kraftwerke, die überwiegend im jahreszeitlichen Verlauf, also zum Beispiel im Winter, wenn mehr Strom benötigt wird, zum Einsatz kommen. Sie nennt man kalte Reserve.

Schattenkraftwerke vor dem Hintergrund erneuerbarer Energien

Wie viel Strom zu welchem Zeitpunkt aus erneuerbaren Energien wie Sonne und Wind erzeugt werden kann, hängt nicht zuletzt vom Wetter ab. Wenn der Anteil der erneuerbaren Energien stark zunimmt, wächst der Bedarf an Kraftwerken, die schnell hochgefahren oder heruntergefahren werden können, um Stromnachfrage und Stromerzeugung in Einklang zu bringen: die sogenannten Schattenkraftwerke. Wenn sich Wolken vor die Sonne schieben, sinkt die Stromerzeugung in Photovoltaikanlagen rapide. Ähnlich ist es beim Wind: Weht er, können Anlagen zur Nurzung der Windkraft innerhalb kurzer Zeit viel mehr Strom ins Netz einspeisen, ebbt der Wind ab, sinkt die Leistung der Anlagen abrupt. Deshalb sind Schattenkraftwerke zum Ausgleich solcher Schwankungen notwendig. Das Problem: Laufen Kraftwerke in Teillast, sinkt in der Regel ihr Wirkungsgrad. Das verursacht Kosten und belastet die Umwelt. Außerdem sollen neue effiziente Schattenkraftwerke zwar die Umwelt schonen, ihr Bau lohnt sich aber kaum, wenn sie nur gelegentlich genutzt werden.

Regelleistung zum Ausgleich von Stromerzeugung und Stromverbrauch wird seit jeher zum Aufrechterhalten der Stabilität des Stromnetzes benötigt. Dafür werden unter anderem Pumpspeicherkraftwerke, die mit Wasserkraft arbeiten, und Gasturbinen eingesetzt. Aufgrund des massiven Ausbaus der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien wie Wind und Sonne, die vom Wetter abhängen und deren Beitrag zur Deckung des Strombedarfs deshalb nicht hinreichend sicher einkalkuliert werden kann, wird inzwischen Regelenergie in erheblichem Umfang benötigt. Fachleute diskutieren derzeit, ob es künftig einen sogenannten Kapazitätsmarkt geben muss, damit für den Ausgleich der unstetigen Stromeinspeisung aus Sonnenenergie und Windkraft jederzeit ausreichende Reservekapazitäten, also Schattenkraftwerke, zur Verfügung stehen. Im Prinzip heißt dies, dass ein Mechanismus für die Bezahlung von Kraftwerken gefunden werden muss, die nur dafür in Reserve stehen, dass sie im Fall der Fälle einspringen. Bisher werden Stromerzeuger nur dann bezahlt, wenn sie auch Strom liefern. Solange Kraftwerke nur Reserve stehen, verdienen sie gar nichts und verursachen nur Kosten.

Schwartzstartfähigkeit ist die Fähigkeit eines Kraftwerks oder Kraftwerkblocks, unabhängig vom Stromnetz vom abgeschalteten Zustand ausgehend hochzufahren. Dies ist insbesondere bei einem flächendeckenden Stromausfall von Bedeutung, um das Netz wieder in Betrieb zu nehmen. Die Energie schwarzstartfähiger Blöcke kann dann zum Anfahren nicht-schwarzstartfähiger Blöcke verwendet werden.

Anders als Wasserkraftwerke benötigen Wärmekraftwerke ein hohes Maß an elektrischer Energie, bevor sie selbst elektrische oder thermische Leistung bereitstellen können. Stellt man einem Kohle- oder Kernkraftwerksblock eine schwarzstartfähige Einheit mit ausreichender Leistung zur Seite, so kann für das Gesamtsystem auch hier Schwarzstartfähigkeit erreicht werden. Meist handelt es sich dabei um Gasturbinen, die mit Energie aus Akkumulatoren oder Stromerzeugungsaggregaten in Betrieb genommen werden.

Die Sektorkopplung ist die energietechnische und energiewirtschaftliche Verknüpfung von Strom, Wärme, Mobilität und industriellen Prozessen sowie deren Infrastruktur. Ziel ist die Dekarbonisierung und Flexibilisierung der Nutzung von Energie in allen Bereichen. Die Sektorkopplung ist ein wichtiger Baustein für die Umsetzung der Energiewende. Insbesondere

  • Integration der Erneuerbaren Energien
  • Dekarbonisierung aller Sektoren
  • Unterstützung der Versorgungssicherheit

Typische Anwendungsbeispiele der Sektorkopplung sind Wärmepumpen, Power-to-Gas-Anlagen und Power-to-Heat-Anlagen

Sensoren spielen eine wesentliche Rolle beim Steuern von Prozessen. Der Begriff leitet sich vom lateinischen Wort sentire ab, was übersetzt so viel wie „fühlen“ oder „empfinden“ bedeutet. Synonyme Begriffe sind unter anderem Detektor, (Messgrößen- oder Mess-)Aufnehmer oder (Mess-)Fühler.

Ein Sensor ist ein technisches Bauteil, welches bestimmte physikalische oder chemische Eigenschaften wie zum Beispiel Wärmestrahlung, Temperatur, Feuchtigkeit, Druck, Schall, Helligkeit oder Beschleunigung und/oder die stoffliche Beschaffenheit seiner Umgebung qualitativ oder quantitativ als Messgröße erfassen kann. Diese Größen werden mittels physikalischer oder chemischer Effekte erfasst und in ein weiterverarbeitbares elektrisches Signal umgeformt. Prinzipiell besteht ein Sensor meist aus dem Sensorelement und einer Elektronik, die der Applikation ein digitales oder analoges Messsignal zur Verfügung stellt.

Sensorik bezeichnet in der Technik die Wissenschaft und die Anwendung von Sensoren zur Messung und Kontrolle von Veränderungen von umweltlichen, biologischen oder technischen Systemen.

Die Ermöglichung einer systemoptimierenden

  • Netzsteuerung,
  • Einspeisesteuerung und
  • Verbrauchssteuerung

setzt eine Verbesserung der Informationsbasis für alle Akteure im Energiesystem voraus. Damit auch künftig eine hohe Versorgungsqualität der Netze in Deutschland gewährleistet werden kann, muss die Kenntnis über den aktuellen Netzzustand verbessert werden. Erst auf Basis dieser Informationen wird zum Beispiel eine sinnvolle Steuerung von Lasten, das normgerechte Einhalten des Spannungsbandes oder eine Auslastungsbewertung der Netzsegmente möglich.

Damit wird der Aufbau von Sensorik zur Erfassung der Netzsituation zur Pflichtübung einer intelligenten Netznutzung und Netzsteuerung, soweit Verbrauchsstruktur und Laststruktur im entsprechenden Netzgebiet dieses erfordern. Verbunden ist hiermit eine entsprechende IT-Infrastruktur zur Verarbeitung der Informationen. So muss in den Aufbau von Kommunikationsanbindungen, Serverstrukturen und Rechenzentren investiert werden. Die Sensorik im Netz liefert schließlich eine Fülle von aktuellen Messwerten. Diese Werte können an ausgewählten Punkten durch weitere Messungen mittels des Einsatzes von Smart Metern ergänzt werden.

Smart grid ist die englische Bezeichnung für „intelligentes Stromnetz“. Es umfasst die kommunikative Vernetzung und Steuerung von

  • Stromerzeugern,
  • Stromspeichern,
  • elektrischen Verbrauchern und
  • Netzbetriebsmitteln

in Netzen der Energieübertragung und Energieverteilung der Energieversorgung. Es kann auch mit „Internet der Energie“ umschrieben werden. Darüber soll das Versorgungsnetz stabilisiert und energieeffizient gesteuert werden können. Zentrale und dezentrale Ansätze werden mit Informationstechnik, Kommunikationstechnik, Messtechnik, Steuertechnik und Regelungstechnik sowie mit modernen Methoden des Netzbetriebs kombiniert. Künftig sollen Kühlhäuser oder Elektrofahrzeuge Ausgleichs- und Speicherfunktionen übernehmen. Analgen zur Nutzung von Sonnenenergie oder  und Windkraft, Brennstoffzellen, motorgetriebene Mikro-Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK), Kraftwerke, Energiespeicher und Leitungsnetze stimmen sich dann automatisch über den aktuellen Energiebedarf ab ― und berücksichtigen auch schon den Bedarf des nächsten Tages. Smart grids sind ein wichtiger Bestandteil der Sektorkopplung.

In einem Smart Home, einem „intelligenten Zuhause“, sind die elektrischen Geräte und Anlagen miteinander vernetzt und entsprechend den Bedürfnissen der jeweiligen Bewohner programmiert. Dazu gehören unter anderem die Beleuchtung, Heizung, Türöffner, Jalousien, Alarmanlage und Gartenbewässerung in privaten Häusern, Betrieben und öffentlichen Gebäuden. Sie können mit einem Touchpad, Tablet-PC, Smartphone oder einer Smartwatch zentral oder dezentral gesteuert werden. Bestimmte Abläufe können sogar vollautomatisch ablaufen, sodass zum Beispiel die Jalousien herunterfahren, wenn die Sonne stark scheint, sich die Heizung einschaltet, wenn die Rauminnentemperatur unter 20 Grad Celsius fällt oder man in Abwesenheit gewarnt wird, wenn zu Hause unbefugt Fenster oder Türen geöffnet werden. Auch elektronische Geräte wie Kühlschrank, Waschmaschine und Fernseher können in das intelligente Hausnetzwerk eingebunden und gesteuert werden.

Ganz allgemein handelt es sich dabei um einen intelligenten Energiezähler. Bei der Bezeichnung wird kein Unterschied gemacht, ob es sich um einen intelligenten Strom-, Wasser- oder Wärmezähler handelt, denn alle werden mit Smart Meter bezeichnet. Die gesetzliche Bezeichnung für ein Smart Meter ist „intelligentes Messsystem“. Ein Smart Meter ist in der Lage, Netzzustandsdaten zu liefern, die für die Netzsteuerung oder das Asset-Management genutzt werden können. Dem Messstellenbetreiber ermöglicht der Smart Meter die Fernablesung der Zählerstände. Unter bestimmten Bedingungen sind Einsparmöglichkeiten auf der Betriebskosten-Ebene gegeben.

Für Stromzähler und Anlagen, die Strom erzeugen, gelten seit 2017 neue Regelungen. Schrittweise sind hier Smart Meter einzubauen. So müssen unter anderem bestehende Anlagen mit einem Jahresverbrauch von mehr als 10.000 aber weniger als 100.000 Kilowattstunden (kWh) bis spätestens Ende 2024 ein solches System eingebaut haben. Für neue Verbrauchsanlagen gilt diese Regelung sogar ab sofort. Seit 2020 bis spätestens 2027 müssen auch Anlagen mit einem Verbrauch von über jährlich 6.000 kWh ein Smart Meter haben.

Solarenergie wird auch als Sonnenenergie bezeichnet. Sie beschreibt die Energie der Sonnenstrahlung, welche in Form von Strom, Wärme oder chemischer Energie genutzt werden kann.

Solarenergie ist nach menschlichen Maßstäben unerschöpflich. Die gesamte Strahlungsleistung der Sonne, die pro Quadratmeter auf die Erdatmosphäre trifft, wird durch die Solarkonstante von 1.367 Watt pro Quadratmeter beschrieben. Sie beträgt im Mittel am Äquator 800 Watt pro Quadratmeter. Je nach Standort hat die eingestrahlte Sonnenenergie in Deutschland bei völlig wolkenlosem Himmel eine solare Leistung von 700 bis 1.000 Watt pro Quadratmeter. In der Sahara kann diese Leistung bis zu 2.500 Watt pro Quadratmeter betragen. Obwohl die Erde nur einen winzigen Teil der Energiemenge der 150 Millionen Kilometer entfernten Sonne auffängt, würde allein die auf Deutschland auftreffende Sonnenenergie ausreichen, um den hiesigen Energiebedarf etwa 80fach zu decken.

Sonnenenergie kann auf vielfältige Weise genutzt werden:

Die Intensität der Sonnenstrahlung ist von verschiedenen Faktoren abhängig. Unter anderem:

  • von der Jahreszeit,
  • vom Wetter,
  • von der Tageszeit.

 

Monatliche Stromerzeugung aus Photovoltaikanlagen 2019 und 2020 im Vergleich

(differenziert nach Monaten)

Monatliche Stromerzeugung aus Photovoltaikanlagen 2019 und 2020 im Vergleich
Quelle: BDEW

 

In Deutschland trug die direkte Umwandlung des Sonnenlichts in Photovoltaikanlagen 2021 mit 51,2 Milliarden Kilowattstunden etwa 8,8 Prozent zur Deckung des Stromverbrauchs bei. Die Zahl der Photovoltaikanlagen in Deutschland ist in den letzten Jahren erheblich gewachsen. Schätzungen zufolge betrug die installierte Leistung der Photovoltaikanlagen in Deutschland zum Jahresende 2020 insgesamt rund 24 Prozent.

In den letzten beiden Jahrzehnten gab es erhebliche technische Fortschritte bei der solarthermischen und photovoltaischen Nutzung der Sonnenenergie. Während allerdings solarthermische Anlagen zur Warmwasserbereitung je nach Einsatzart auch in Deutschland wirtschaftlich sein können, ist die photovoltaische Stromerzeugung aus Sonnenenergie immer noch um ein Vielfaches teurer als die konventionelle Stromproduktion. Solarthermische Kraftwerke gibt es Deutschland nicht. Geeignete klimatische Voraussetzungen herrschen zwischen dem nördlichen und südlichen 35. Breitengrad. Deshalb gibt diese Art der Stromerzeugung unter anderem in Südeuropa, Afrika oder den USA.

 

 

 

Solarthermie ist die Bezeichnung für die Umwandlung von Sonnenenergie in nutzbare thermische Energie.

Solare Wärmeenergie kann zur Warmwasserbereitung, zur Raumheizung oder als Prozesswärme Verwendung finden. Darüber hinaus kann sie über eine Dampfturbine auch zur Stromerzeugung genutzt werden. Zum Einsatz kommen hierfür Flachkollektoren, beziehungsweise konzentrierende Kollektoren.

Ein solarthermisches Kraftwerk bündelt über Parabolspiegel Sonnenstrahlen, um mit der dabei entstehenden Wärme aus Dampf Strom zu erzeugen. Bei Solaranlangen ist eine größere Anzahl von Rinnenkollektoren oder Brennspiegeln, sogenannten Parabolspiegeln, so zusammengestellt, dass der erhitzte Wärmeträger in einem zentralen Wärmetauscher Dampf zum Antrieb einer Turbine mit Generator oder Prozesswärme abgibt. Entsprechend der erzielbaren Strahlungskonzentration erreicht man mit Rinnenkollektoren eine Arbeitstemperatur von etwa 300 bis 400 Grad Celsius, mit Parabolspiegeln sogar über 1.000 Grad Celsius. Durch Salzwasserspeicher lässt sich am Tag erzeugte Wärme auch in der Nacht nutzen.

Beim Solarturmkraftwerk, auch Zentralreceiverkraftwerk genannt, wird ein ganzes Feld von Spiegeln, auch Heliostate genannt, auf einen Brennpunkt ausgerichtet, in dem sich der zentrale Absorber mit dem zu erhitzenden Medium befindet. Der Absorber wird entweder mit Wasser, flüssigem Natrium oder Luft gekühlt. So können Temperaturen bis zu 1.200 Grad Celsius erreicht werden. Damit die Heliostaten das Sonnenlicht ungehindert zum Absorber reflektieren können, platziert man diesen auf einem Turm. Die Heliostaten müssen genau auf den Brennpunkt ausgerichtet bleiben. Sie sind in der Horizontalachse und Vertikalachse schwenkbar und können der Sonne nachgeführt werden.

Die größten Anlagen dieser Art stehen in den USA und in Dubai.  Die Anlage in der amerikanische Mojave-Wüste südwestlich von Las Vegas besteht aus über 300.000 Spiegeln, die das Licht der Sonne zu einem 140 Meter hohen Turm leiten. Mit einer Nennleistung von 392 Megawatt kann das ökologische Kraftwerk etwa 140.000 Haushalte mit Strom versorgen. Das mit Abstand größte Kraftwerk befindet sich in Dubai. Es hat einen 260 Meter hohen Solarturm und eine Nennleistung von 700 Megawatt. Der damit erzeugte Strom könnte ausreichen, um mehr als 250.000 Haushalte nachhaltig mit elektrischer Energie zu versorgen.

In Deutschland wurde im Juli 2006 mit dem Bau eines solarthermischen Demonstrations- und Versuchskraftwerks in Jülich (NRW) begonnen, das im Januar 2009 den Testbetrieb aufnahm. Geplant und gebaut wurde dieses Projekt gemeinsam mit dem Solar-Institut Jülich und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Die elektrische Nennleistung der Anlage beträgt 1,5 Megawatt. Der erzeugte Strom kann zwar in das lokale Mittelspannungsnetz eingespeist werden, jedoch setzt das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt als Eigentümer die Anlage nicht kommerziell zur Stromproduktion ein, sondern nutzt sie ausschließlich für Forschungsaufgaben.

 

Funktionsweise eines Solarturmkraftwerks

 

Funktionsweise eines Solarturmkraftwerks
Quelle: Wikipedia: RobbyBer; Schema eines Solarturm-Kraftwerks

Eine Solarzelle besteht aus zwei unterschiedlichen Siliziumschichten: Eine negativ-leitende Schicht ist zum Beispiel mit Phosphor versetzt und besitzt ihre Leitfähigkeit überwiegend aufgrund frei beweglicher Elektronen. Die andere, positivleitende Schicht ist beispielsweise mit Bor versetzt und besitzt ihre Leitfähigkeit überwiegend aufgrund frei beweglicher „Löcher“. Dies sind Elektronenfehlstellen, die als positiv geladene Ladungsträger anzusehen sind. Aufgrund dieser Struktur besitzen Solarzellen an der Grenze beider Schichten ein elektrisches Feld. Bei Lichteinfall auf die Solarzelle werden die Bindungselektronen freigesetzt. Das heißt, es werden Elektronen-Loch-Paare erzeugt, die durch das elektrische Feld zwischen n- und p-Schicht voneinander getrennt werden. Die Elektronen sammeln sich in der negativ-leitfähigen, die „Löcher“ in der positiv-leitfähigen Schicht. An den Anschlusskontakten einer Solarzelle entsteht so ein Mangel oder ein Überschuss an Elektronen, wodurch eine elektrische Gleichspannung entsteht. Die Solarzelle stellt damit ein elektrisches Mini-Kraftwerk dar.

Schon gewusst?

Heute bestehen Solarzellen meist aus Silizium, dem mit rund 26 Prozent zweithäufigsten Element der Erdrinde. Silizium-Zellen werden aus monokristallinem, aber auch multikristallinem und dünnschichtigem Silizium hergestellt.

Sonnenkollektorensind Vorrichtungen, um die im Sonnenlicht enthaltene Energie zu sammeln. Die einfallende Sonne trifft auf einen Kollektor, dessen Rückfläche geschwärzt ist. Die absorbierten Sonnenstrahlen werden in Wärme umgewandelt. Der Kollektor enthält einen Absorber, zum Beispiel ein Rohr oder eine Platte aus Metall oder Kunststoff, innerhalb eines wärmegedämmten Kastens. Dieser Kasten ist mit einer transparenten Abdeckung aus Glas oder Kunststoff versehen. Abgeleitet wird die gesammelte Wärme über ein Röhrensystem. Darin zirkuliert eine Flüssigkeit als Wärmeträger, angetrieben durch eine zentrale Pumpe.

In Mitteleuropa kommt aufgrund des hohen diffusen Strahlungsanteils für die direkte Umwandlung der Sonnenenergie in Wärme in erster Linie der Flachkollektor infrage, der Temperaturbereiche bis 150 Grad Celsius abdeckt.

Zentrale Einsatzgebiete sind:

  • die Warmwasserversorgung,
  • die Erwärmung von Schwimmbädern und
  • je nach Jahreszeit vollständig oder zum Teil eine Beteiligung an der Raumheizung.

In besonderen Fällen ist auch eine Nutzung als Prozesswärme möglich.

Die soziale Marktwirtschaft des freien Marktes und des Wettbewerbs auch in einer sozialen Marktwirtschaft gültig. Lediglich an Stellen, an denen der freie Wettbewerb sozial unerwünschte Folgen nach sich ziehen würde, hat der Staat die Aufgabe, korrigierend und regulierend einzugreifen. Dies kann mit dem Prinzip „So viel Freiheit wie möglich und so viel Staat wie nötig“ umschrieben werden.

In der sozialen Marktwirtschaft ist der Staat verantwortlich,

  • dafür zu sorgen, dass der Wettbewerb auf dem Markt funktioniert (Wettbewerbspolitik),
  • Beschäftigte und finanziell Schwache durch ein soziales Netz, beispielsweise durch Arbeitslosengeld, Erziehungsgeld oder eine gesetzliche Rente, abzusichern (Einkommens-, Vermögens- und Sozialpolitik),
  • Konjunkturschwankungen durch geldpolitische Maßnahmen zu dämpfen (Konjunkturpolitik),
  • Aufgaben zu übernehmen, die über den Markt nicht oder nicht ausreichend angeboten werden (zum Beispiel Bildungs- oder Strukturpolitik).

Das Modell der sozialen Marktwirtschaft ist die Wirtschaftsordnung der Bundesrepublik Deutschland. Es wurde nach dem Zweiten Weltkrieg maßgeblich durch Alfred Müller-Armack und Ludwig Erhard geprägt. Die Grundlage bildeten dabei die wirtschaftstheoretischen Vorstellungen des Neoliberalismus und des Ordoliberalismus, insbesondere die Ideen von Walter Eucken und der Freiburger Schule. Während Müller-Armack die Idee und den Begriff der sozialen Marktwirtschaft entwickelte, sorgte insbesondere Ludwig Erhard dafür, dass dieser Begriff Einzug in die Bundespolitik fand und die soziale Marktwirtschaft praktisch umgesetzt wurde.

ist die unbeabsichtigte Unterbrechung der Versorgung mit Elektrizität. Elektrischer Strom muss im selben Moment erzeugt und transportiert werden, in dem er gebraucht wird. Anlass für einen Stromausfall eines ganzen Gebiets kann sein:

  • ein Defekt in einem Kraftwerk,
  • die Beschädigung einer Leitung,
  • ein Kurzschluss oder
  • eine lokale Überlastung des Stromnetzes.

Lässt sich für den momentanen Bedarf im jeweiligen Netz nicht genügend Energie aktivieren, sinkt die Netzfrequenz. Dieser Fall heißt Unterfrequenz. Lässt sich durch die kurzfristige Aktivierung von Reserven das System nicht stabilisieren, wird der automatische Lastabwurf  vollzogen. Kann auch dadurch keine Stabilisierung erreicht werden, erfolgt als letzte Konsequenz eine Auftrennung in mehrere, zueinander asynchrone Netzbereiche, zwischen denen kein Leistungsfluss mehr stattfindet. In einzelnen Netzbereichen kommt es damit zu totalen Ausfällen, da sich die Kraftwerke automatisch vom Netz trennen. So kommt es zu einer Untergliederung nach Art des Stromausfalls in Netzwischer, Brownout oder Blackout.

ist die Bezeichnung für die technische Gewinnung elektrischer Energie, die über Stromnetze zum Verbraucher transportiert wird. Aus physikalischer Sicht findet keine Stromerzeugung, sondern eine Umwandlung anderer Energieformen wie Sonnenenergie, Windenergie oder chemische Energie statt. Letztere findet sich dabei in fossilen Energieträgern wie Kohle oder Erdöl.

 

Bruttostromerzeugung nach Energieträgern in Deutschland

20219 und 2020 im Vergleich

Bruttostromerzeugung nach Energieträgern in Deutschland
Quelle: BDEW-Schnellstatistikerhabung; Destatis; EEX, VGB, ZSW; Stand: 11/2021

 

Die Anteile der Energieträger an der Stromerzeugung haben sich in den vergangenen zehn Jahren deutlich verändert. Zwar waren Kohle und Kernenergie 2020 mit einem Anteil von 35 Prozent wichtige Energieträger, 2019 waren es allerdings noch etwa 41 Prozent. Stattdessen wird in Deutschland zunehmend mehr Strom aus erneuerbaren Energien und Erdgas produziert. So nahm der Anteil erneuerbarer Energien von 2016 auf 2019 um 16 Prozentpunkte zu. 2020 lag er bei 45 Prozent.

 

Entwicklung der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien

(Stromerzeugung nach Energieträgern)

Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien
Quelle: Umweltbundesamt (UBA) auf Basis AGEE-Stat; Stand: 10/2021

 

Tiefgreifende Veränderungen des Energiemixes bei der Stromerzeugung

Die Bundesregierung verfolgt vor allem aus Gründen des Klimaschutzes eine tiefgreifende Veränderung des Energiemixes bei der Stromerzeugung. Dabei strebt sie folgende Entwicklung des Anteils der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien am Bruttostromverbrauch an:

  • 50 Prozent bis 2030,
  • 65 Prozent bis 2040,
  • 80 Prozent bis 2050.

Die Herausforderung ist gewaltig. Das System der Stromversorgung muss grundlegend erneuert werden. Soweit nicht kostengünstiger Ökostrom aus dem Ausland importiert werden kann, müssen vor allem neue Kraftwerke zur Nutzung von Windkraft, Biomasse oder Solarenergie errichtet werden. Für die wetterabhängige Stromerzeugung aus Solarkraftanlagen und Windkraftanlagen müssen konventionelle Kraftwerke für jene Zeiten in Reserve stehen, wenn der Wind nicht weht oder die Sonne nicht scheint. Diese werden auch als Schattenkraftwerke bezeichnet.

Fossile Kraftwerke sollen nach dem Energiekonzept der Bundesregierung überwiegend in Kraft-Wärme-Kopplung betrieben werden und mit Carbon Capture and Storage-Technik, kurz CCS-Technik versehen sein. Neue Speichertechnologien müssen erforscht und entwickelt werden. Das Stromnetz muss ebenfalls komplett umgebaut werden, denn Strom aus erneuerbaren Energien kann nur noch in begrenztem Umfang verbrauchsnah erzeugt werden. So muss beispielsweise Windenergie von den Erzeugungsschwerpunkten an der Küste mit neuen Übertragungsleitungen zu den Nachfrageschwerpunkten im Westen und Süden Deutschlands transportiert werden. Darüber hinaus sind die vorhandenen Netze bisher nicht auf die Stromeinspeisung durch zahlreiche dezentrale Erzeugungsanlagen ausgerichtet. „Das zu erwartende Investitionsvolumen liegt in einer Größenordnung von rund 20 Milliarden Euro jährlich“, heißt es im Energiekonzept der Bundesregierung. Dies sind in 40 Jahren also zusammen etwa 800 Milliarden Euro.

Der Stromverbracuth ist definiert als ist die Menge an elektrischer Energie, die von elektrischen Geräten in einem definierten Zeitraum verbraucht wird.

Im Jahr 2020 betrug der Netto-Stromverbrauch in Deutschland 488 Milliarden Kilowattstunden. Im Vergleich zum Vorjahr ist er damit zurückgegangen. Gut zwei Drittel des Stroms wurden für Produktionsprozesse in der Industrie sowie im Sektor Gewerbe, Handel und Dienstleistungen genutzt.

 

Entwicklung des Nettostromverbrauchs in Deutschland nach Verbrauchern

Entwicklung des Nettostromverbrauchs in Deutschland nach Verbrauchern
Quelle: Destatis; BDEW; Stand: 04/2021

 

Die Anteile der einzelnen Verbrauchergruppen blieben in den vergangenen zehn Jahren weitgehend stabil. Größter Verbraucher war auch 2020 die Industrie mit einem Anteil von 217 Milliarden Kilowattstunden. Die zweitgrößte Gruppe bildeten Gewerbe, Handel und Dienstleistungen mit 132 Milliarden Kilowattstunden. Die etwas mehr als 40 Millionen Haushalte nutzten 128 Milliarden Kilowattstunden, der Verkehr 11 Milliarden Kilowattstunden.

Subsidiarität ist eine politische und gesellschaftliche Maxime, die Selbstverantwortung vor staatliches Handeln stellt. Demnach sind bei einer staatlich zu lösenden Aufgabe zuerst und im Zweifel die untergeordneten, lokalen Glieder wie Stadt, Gemeinde oder Kommune für die Umsetzung zuständig, während übergeordnete Glieder zurücktreten.

sind jene für die Funktionstüchtigkeit notwendigen Dienste in der Elektrizitätsversorgung, die Netzbetreiber neben der Übertragung und Verteilung elektrischer Energie zusätzlich erbringen. Dies sind unter anderem:

  • Frequenzhaltung,
  • Spannungshaltung,
  • Versorgungswiederaufbau,
  • Betriebsführung.

Die Bereitstellung von Regelenergie zur Frequenzhaltung ist die Systemdienstleistung mit dem ökonomisch höchsten Gewicht.

Der Begriff Monitoring beschreibt alle Arten der systematischen Erfassung, Beobachtung und Überwachung eines Vorgangs oder Prozesses. Dabei kommen verschiedene Beobachtungssysteme und verschiedene technische Hilfsmittel zum Einsatz. Zentrales Merkmal des Monitorings ist die wiederholte regelmäßige Durchführung der entsprechenden Untersuchung, sodass anhand von Vergleichsdaten Schlussfolgerungen für das weitere Handeln und für weitere Maßnahmen gezogen werden können.

Die Übertragungskapazität einer Freileitung wird durch die maximale Betriebstemperatur des Leiterseils begrenzt. Haupteinflussfaktoren für diese Betriebstemperatur sind der Stromfluss im Leiter und die klimatischen Umgebungsbedingungen. Die dafür wesentlichen Faktoren sind:

  • Umgebungstemperatur,
  • Windgeschwindigkeit,
  • Sonneneinstrahlung und
  • Niederschlag.

Bei einer konventionell betriebenen Freileitung wird der Stromfluss anhand eines definierten Normklimas begrenzt. Statt der Annahme eines Normklimas wird beim Freileitungs-Monitoring die Betriebstemperatur entweder direkt gemessen, oder die Kühlwirkung des Wetters wird entlang der Trasse anhand realer Klimadaten modelliert.

Freileitungs-Monitoring wird zunehmend auf bestehenden Trassen des Höchstspannungsnetzes eingesetzt und kann deren nutzbare Übertragungskapazität um bis zu 50 Prozent der Nennleistung erhöhen.

Im Jahr 2007/2008 erlebten Biotreibstoffe in den USA einen ungekannten Boom. Der Absatz für Ethanol-Sprit schoss in die Höhe. Mais wurde verstärkt in der Erzeugung von Energie eingesetzt und damit dem Markt  für Nahrungsmittel entzogen. Kritiker sprachen von einer Konkurrenz zwischen Tank und Teller.

Die negativen Folgen spürten vor allem die Armen im südlichen Nachbarland Mexiko. Dort wurde der Mais, Grundnahrungsmittel der Mexikaner und Basis für Tortillas, knapp. Die Preise stiegen. So verdoppelte sich der Kilopreis für Tortillas in Mexiko-Stadt innerhalb weniger Wochen von umgerechnet 40 auf 75 Euro-Cent. Die Folge waren Hungeraufstände und Massendemonstrationen ― heute bekannt als Tortilla-Krise.

Energie aus Biomasse: Pro und Contra

Energie aus Biomasse ist sowohl auf politischer, wissenschaftlicher als auch gesamtgesellschaftlicher Ebene nicht unumstritten. Tank oder Teller: was spricht für, was gegen Bioenergietechnologien?

 

Energie aus Biomasse: Pro und Contra
Quelle: eigene Darstellung

Ein Transformator ist eine Anlage oder ein Bauelement zur Erhöhung oder Verringerung der Stromspannung. Umgangssprachlich wird er oft als Trafo bezeichnet.

Ein Transformator besteht aus einem Eisenkern, um den zwei elektrisch voneinander getrennte Spulen aus Kupferdraht gewickelt sind, eine davon mit vielen, die andere mit wenigen Windungen. Legt man an die Spule mit der höheren Windungszahl eine hohe Spannung, dann entsteht zwischen den Anschlussklemmen der Spule mit den wenigen Windungen eine niedrigere Spannung. Will man dagegen eine niedrige Spannung in eine höhere transformieren, funktioniert das Prinzip genau umgekehrt. Man legt die niedrige Spannung an die kleine Spule und greift an den Klemmen der größeren die hohe Spannung ab.

Hinter dem Transformatorprinzip steckt das wechselnde Magnetfeld, das von der angelegten Wechselspannung erzeugt wird und über den Eisenkern in der anderen Spule wiederum eine Wechselspannung erzeugt. Dabei entspricht das Verhältnis der Spannungen dem Verhältnis der Windungszahlen. Dieses Prinzip funktioniert allerdings nur mit Wechselfeldern wie sie vom Wechselstrom erzeugt werden. Dies sind Magnetfelder, die sich ständig ändern.

Trassenkorridore sind nach Paragraf 3 des „Netzausbaubeschleunigungsgesetz Übertragungsnetz“, kurz NAEBG, Gebietsstreifen, innerhalb derer die Trasse einer Stromleitung verläuft und für die die Raumverträglichkeit festgestellt werden soll oder festgestellt ist. Nach dem Gesetz soll der Trassenkorridor in der Bundesfachplanung 500 bis 1000 Meter breit sein.

Sie definiert eine Strömungsmaschine, welche die innere Energie einer Flüssigkeit oder eines Gases in Rotationsenergie und dann in mechanische Antriebsenergie umwandelt. Turbinen gehören zu den größten von Menschen entworfenen Maschinen. Ihre mechanisch nutzbare Leistung kann bis zu 1,5 Gigawatt betragen, wobei bei großen Leistungen eine Turbine in der Regel aus mehreren Teilturbinen (Hoch-, Mittel- und Niederdruckturbine(n)) besteht.

Wie funktioniert eine Turbine?

Indem Flüssigkeit oder Gas Turbinenschaufeln umströmen, wird ihnen ein Teil ihrer inneren Energie entzogen. Diese geht auf Laufschaufeln der Turbine über. Die Turbinenwelle wird dadurch in Drehung versetzt und die nutzbare Leistung wird an eine angekuppelte Arbeitsmaschine, wie beispielsweise an einen Generator, abgegeben. Generatoren wandeln mechanische Rotationsenergie und elektrische Energie um.

Turbinen können unterschiedlich systematisiert werden:

  • nach der Art des Antriebs
    • Antrieb durch kompressible Flüssigkeiten oder Gase: Gasturbine, Dampfturbine, Stahltriebwerk und andere mehr
    • durch inkompressible Flüssigkeiten oder Gase: Wasserturbine
  • nach der Bauart aufgrund der Richtung des Strömungsmediums
    • axiale Bauart (zum Beispiel Kaplanturbine)
    • tangentiale Bauart (zum Beispiel Peltonturbine, Francisturbine)
    • radiale Bauart (zum Beispiel Ljungströmturbine)
Schon gewusst?

Umgangssprachlich wird der Begriff „Turbine“ auch für Düsentriebwerke verwendet, obwohl sie neben den weiteren Hauptteilen Verdichter und Brennkammer nur ein Teil davon ist. Das umgekehrte Wirkungsprinzip zur Turbine, also die Umwandlung von Rotationsenergie in Strömungsenergie, findet beim Verdichter beziehungsweise der Pumpe Anwendung.

sind Dienstleistungsunternehmen, welche

  • die Infrastruktur der überregionalen Stromnetze zur elektrischen Energieübertragung operativ betreiben,
  • für die Instandhaltung des Netzes sorgen,
  • Stromleitungen ausbauen und modernisieren,
  • Stromhändlern und Stromlieferanten diskriminierungsfrei Zugang zu diesen Netzen gewähren.

Darüber hinaus haben sie die Aufgabe, Netzschwankungen, welche sich durch Abweichungen zwischen aktuell erzeugter Strommenge und Stromnachfrage ergeben, möglichst gering zu halten.

bezeichnet in der elektrischen Energietechnik eine Netzfrequenz, die geringer als die Soll-Netzfrequenz ist. Die Soll-Netzfrequenz in Europa beträgt 50 Hertz (Hz).

Es gibt verschiedene Stromnetzformen. Beim einfachsten Stromnetz, dem sogenannten Strahlennetz, verlaufen die Leitungen von einem Ausgangspunkt zu verschiedenen Endpunkten. Dies kann beispielsweise der Weg von der Umspannstation über die nächsthöhere Spannungsebene bis zum Endverbraucher sein.

Im vermaschten Netz sind verschiedene Netzknoten miteinander verbunden. So könnten etwa die Start- und Endpunkte eines Strahlennetzes über verschiedene Leitungen verbunden werden. Das Übertragungsnetz ist ein Beispiel für ein Stromnetz mit sehr hoher Vermaschung.

ist die Bezeichnung für ein Netz an elektrischen Stromleitungen, die untereinander leitend verbunden sind.

Das Versorgungsnetz ist wegen der unterschiedlichen Aufgaben, die es erfüllen muss, in folgende verschiedene Spannungsebenen gegliedert:

Jedes dieser Teilnetze hat ganz spezielle Aufgaben. Es wird unterteilt in Übertragungsnetze (Höchstspannung) und Verteilnetze (Hochspannung, Mittelspannung und Niederspannung).

meint die möglichst sichere, preisgünstige, verbraucherfreundliche, effiziente und umweltverträgliche Versorgung mit Energie. Die Anforderungen an die Versorgungssicherheit werden in Deutschland im Energiewirtschaftsgesetz geregelt. Überwacht wird die Versorgungssicherheit durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie in Form eines Monitorings.

Für die Versorgungsqualität sind zwei Faktoren ausschlaggebend:

  • die Versorgungszuverlässigkeit und
  • die Spannungsqualität.

Die Versorgungszuverlässigkeit wird bestimmt durch die Häufigkeit und die Dauer von Unterbrechungen. Die Qualität der Spannung wird durch physikalische Eigenschaften wie Spannungshöhe, Spannungskonstanz und die Netzfrequenz beschrieben.

 

Versorgungsunterbrechungen Strom 2020

(differenziert nach Bundesländern)

Versorgungsunterbrechungen Strom 2020
Quelle: Bundesnetzagentur (SAIDIEnWG: System Average Interruption Duration Index)

 

Strom ist und wird auch in Zukunft immer auf Freileitungen und Kabel angewiesen sein. Alle elektrischen Leitungen, die untereinander leitend verbunden sind, bilden zusammen das Netz. Das Versorgungsnetz ist wegen der unterschiedlichen Aufgaben, die es erfüllen muss, in verschiedene Spannungsebenen gegliedert. Diese sind

Jedes dieser Teilnetze hat ganz spezielle Aufgaben. Es wird unterteilt in Übertragungsnetze (Höchstspannung) und Verteilnetze (Hochspannung, Mittelspannung und Niederspannung). Die Netzlänge der Stromnetzbetreiber beträgt knapp 1,8 Millionen Kilometer.

Das Hochspannungsnetz in Deutschland mit einer Spannung von 110 000 V (110 kV) ist rund 94.000 Kilometer lang. Die Leitungen dieser regionalen und großen städtischen Verteilnetze übertragen elektrische Energie zu den Verbrauchszentren, zum Beispiel zu Industriebetrieben, lokalen Stromversorgern oder Umspannanlagen. In solchen Umspannanlagen wird die Spannung auf Mittelspannungsniveau – meist 20 000 V (20 kV) – abgesenkt. Der Fachbegriff dafür lautet transformiert. Kunden sind hier Industrie und größere Gewerbebetriebe. Die Stromkreislänge beträgt ungefähr 520.000 Kilometer.

Private Haushalte, Gewerbe und Landwirtschaft verfügen jedoch ausschließlich über Geräte, die mit Spannungen von 230 Volt beziehungsweise 400 Volt betrieben werden. Folgerichtig muss die Mittelspannung zur Einspeisung ins örtliche Niederspannungsnetz erneut transformiert werden. Das Niederspannungsnetz ist das längste unter den Versorgungsnetzen. Die Stromkreislänge beträgt rund 1.190.000 Kilometer. In diesem Bereich ist eine Vielzahl von regionalen und kommunalen Netzbetreibern tätig.

 

Das deutsche Strom-Verteilernetz

Das deutsche Strom_Verteilernetz
Quelle: Bundesnetzagentur; Grafik: BMWi

Der Begriff „virtuelles Kraftwerk“ definiert die Vernetzung und Zusammenschaltung verschiedener kleinerer, dezentraler Erzeugungsanlagen zu einem Verbund mit zentraler Steuerung. Am Markt wird der Output aller Erzeugungseinheiten zusammengefasst und wie der eines einzelnen Kraftwerks angeboten.

Volatilität ist eine allgemein Bezeichung für Schwankungen. Stromerzeugung aus Sonnenenergie und Windkraft ist witterungsbedingt sowie jahres- und tageszeitlich bedingt Schwankungen unterworfen.

ist eine regenerative Energiequelle, bei der potenzielle oder kinetische Energie über Turbinen in Rotationsenergie umgewandelt wird. Wasserkraft ist nicht nur frei von Kohlendioxid, seine Produktion unterliegt im Gegensatz zu Strom aus Wind und Sonne kaum Schwankungen. Damit ist Wasserkraft eine sehr berechenbare natürliche Energiequelle.

Die Nutzung der Wasserkraft hat eine sehr lange Tradition, denn Wasserräder wurden schon in der Antike eingesetzt. In Deutschland reicht diese Art der Nutzung bis ins 19. Jahrhundert zurück und erfolgt weitestgehend in Laufwasserkraftwerken, die die Strömungsenergie der Flüsse in Strom umwandeln. In den gebirgsreichen Regionen Europas erfolgt die Wasserkraftnutzung durch Speicherkraftwerke.

Auch im 21. Jahrhundert ist die Nutzung der Wasserkraft aktueller denn je. 2020 leistete die Wasserkraft mit 18,3 Milliarden Kilowattstunden (kWh) einen wichtigen Beitrag zur Stromerzeugung. Das entspricht 7,3 Prozent des in Deutschland erzeugten Stroms aus erneuerbaren Energien. Aktuell gibt es in Deutschland rund 7.300 Wasserkraftanlagen mit einer installierten Leistung (siehe installierte Leistung) von zusammen rund 5.600 Megawatt (MW). Zusätzlich gibt es in Deutschland 31 Pumpspeicherkraftwerke. Davon sind  28 in Betrieb.

Die meisten Wasserkraftwerke in Deutschland befinden sich in den Bundesländern Bayern, Baden-Württemberg, Hessen, Rheinland-Pfalz und Thüringen. Voraussetzungen für die Nutzung der Wasserkraft sind genügend Wasser und eine ausreichende Fallhöhe. Durch das Gefälle kann dann mit der Fließgeschwindigkeit eine oder mehrere Wasserturbinen betrieben werden. Viele Kraftwerke sind auch dort entstanden, wo

  • zum Hochwasserschutz,
  • zur Schaffung ausreichender Wassertiefe für die Schifffahrt oder
  • für die Trinkwasserversorgung

Stauanlagen errichtet wurden. Der Wirkungsgrad liegt bei guten Wasserkraftanlagen bei über 90 Prozent. Die Investitionskosten sind abhängig von geologischen und topografischen Gegebenheiten des Standortes, aber um ein Vielfaches höher als bei fossil befeuerten Wärmekraftwerken. Dafür sind die Betriebskosten gering. Laufwasserkraftwerke sind durch eine geringe Fallhöhe des Wassers und durch einen stetigen Wasserdurchsatz ― entsprechend dem Abflussverhalten der Gewässer ― gekennzeichnet.

Arten von Wasserkraftwerken

Nach der Betriebsweise unterscheidet man Laufwasser- und Speicherwasser-Kraftwerke. Im Fall von Laufwasserkraftwerken wird die Energie fließenden Wassers wie die eines Flusses genutzt, ohne dass dieses zuvor gespeichert wird. Bei Speicherwasserkraftwerken wird die potenzielle Energie eines Stausees genutzt. Man kann Speicherwasserkraftwerke noch einmal nach der Fallhöhe des aufgestauten Wassers, also dem Höhenunterschied zwischen dem Wasser oberhalb der Turbine und des Wasserspiegels unterhalb der Turbine, unterscheiden. Man spricht im Bereich

  • bis etwa 25 Metern von Niederdruckkraftwerken,
  • bis 100 Metern von Mitteldruckkraftwerken und
  • über 100 Metern von Hochdruckkraftwerken.

Die meisten Standorte in Deutschland, die über günstige natürliche Bedingungen zur Wasserkraftnutzung verfügen, weisen bereits entsprechende Anlagen auf.

Handelt es sich bei Energie aus Wasserkraftwerken um erneuerbare Energie?

Strom aus Laufwasser- und Speicherwasserkraftwerken ist Elektrizität aus einer regenerativen Energiequelle. Davon zu unterscheiden ist Strom aus sogenannten Pumpspeicherkraftwerken. Sie bestehen aus einem oberen und einem unteren Becken, die mittels Rohrleitungen miteinander verbunden sind. Diese wiederum werden im Maschinenhaus über Pumpen geführt bzw. über Turbinen, die mit einem Stromgenerator gekoppelt sind. Neuere Kraftwerke verfügen über sogenannte Pumpturbinen, welche beide Funktionen, die der Turbine und die der Pumpe, in sich vereinen.

In Phasen von Stromüberschuss im Netz, etwa wenn zu Starkwindzeiten viel Strom durch Windkraftanlagen eingespeist wird, wird Wasser aus dem Unterbecken mit Hilfe der elektrisch betriebenen Pumpen in das höher gelegene Oberbecken gepumpt. Bei Strommangel wird das Wasser wieder aus dem Oberbecken in das Unterbecken abgelassen. Dabei erzeugen die (Pump-)Turbinen beziehungsweise die damit gekoppelten Generatoren Strom. Mit dem Hochpumpen von Wasser wird Strom als potentielle Energie oder Lageenergie im Oberbecken verlustarm gespeichert. Wasser kann auf diese Weise ein hervorragender und effizienter Energiespeicher sein.

Einige Pumpspeicherkraftwerke verfügen zudem im Oberbecken über einen natürlichen Wasserzulauf wie beispielsweise einen Fluss. Bei dem daraus erzeugten Strom handelt es sich, im Gegensatz zu Strom aus zuvor gepumptem Wasser, um Ökostrom.

 

Monatliche Stromerzeugung aus Wasserkraft in Deutschland

Monatliche Stromerzeugung aus Wasserkraft in Deutschland
Quelle: BDEW; Stand 04/2021

 

Die Wasserstoffspeicherung setzt auf die elektrolytische Spaltung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff. Der erzeugte Strom wird durch Wasser geleitet, welches mithilfe von Säure oder Lauge leitend gemacht wurde. Dabei zerfallen die Wassermoleküle in je zwei Wasserstoffatome und ein Sauerstoffatom.

Der so gewonnene Wasserstoff lässt sich in Tanks speichern und auf unterschiedliche Weise energetisch nutzen. Mithilfe von Brennstoffzellen kann Wasserstoff wieder in Strom umgewandelt werden. Die energetische Bilanz dieses Prozesses ist aber noch sehr verlustreich.

ist ein elektrisches Gerät, das Gleichspannung in Wechselspannung beziehungsweise Gleichstrom in Wechselstrom umrichtet. Angewendet werden Wechselrichter dort, wo ein elektrischer Verbraucher Wechselspannung zum Betrieb benötigt, aber nur eine Gleichspannungsquelle, wie zum Beispiel eine Autobatterie, zur Verfügung steht. Oder aber, um Gleichstrom in das Wechselstromnetz beziehungsweise Drehstromnetz einzuspeisen.

Wechselstrom bezeichnet  elektrischen Strom, der seine Polung, also Richtung, in regelmäßiger Wiederholung ändert. Bei ihm ergänzen sich positive und negative Augenblickswerte so, dass der Strom im zeitlichen Mittel null ist. Weltweit wird diese Art der Übertragung bevorzugt, weil es aufgrund der einfachen Erzeugung, als auch durch die einfache Transformation zur verlustarmen Fernübertragung das kostengünstigste Verfahren ist.

Seit 1998 können Verbraucher ihren Stromversorger frei wählen. Die Öffnung des Strom- und Gasmarkts für Wettbewerber bietet Verbraucherinnen und Verbrauchern die Möglichkeit, von der Angebotsvielfalt am Markt zu profitieren. Sie können den Energielieferanten wählen, dessen Angebot ihren Wünschen in Bezug auf Preis. Service oder Energiemix am ehesten entspricht. Je mehr Verbraucherinnen und Verbraucher die Möglichkeit eines Lieferantenwechsels nutzen, desto stärker kommt es insgesamt zu Wettbewerb im Markt.

Seit der Öffnung des Marktes  haben 49,8 Prozent der Haushalte ihren Anbieter gewechselt (Stand: August 2021). Bei der Gasversorgung sind es 39,2 Prozent (Stand: August 2021)

 

Lieferantenwechsel der privaten Haushalte in der Strom- und Gasversorgung

Lieferantenwechsel der privaten Haushalte in der Strom- und Gasversorgung
Quelle: BDEW-Kundenfokus; BDEW-Energietrends

Ein Wellenkraftwerk

nutzt die nutzt die Energie von Meereswellen (siehe Meeresenergie) zur Erzeugung elektrischen Stroms. Wellenenergie zählt zu den erneuerbaren Energien. Zu den besten Standorten für Wellenkraftwerke zählen die Atlantikküsten Schottlands, Skandinaviens und Spaniens sowie einige Küstengebiete des Pazifiks.

In Schottland ist an der Westküste der Insel Islay seit 2001 ein Wellenkraftwerk in Betrieb. Die Anlage besteht aus einer Kollektorkammer, die auf Meeresspiegelniveau in die Uferzone eingelassen wird, und einem Generator  zur Stromerzeugung. Im Kollektor wird die Luft durch das Auf und Ab der Wellen in einer Röhre hinauf gedrückt oder hinunter gesaugt. Dieser Luftstrom treibt die so genannte Wells-Turbine an, die sich aufgrund ihrer speziellen Konstruktion immer in die gleiche Richtung dreht. Dadurch entsteht im Auslass zum Generator ein schneller Luftstrom, der eine pneumatische Turbine antreibt.

Wind ist eine indirekte Form der Sonnenenergie. Die Sonnenstrahlung erwärmt die Luft über Boden und Wasser. Dabei entstehen in der Atmosphäre ein Temperaturgefälle und ein Druckgefälle. Die daraus resultierenden Luftströmungen vom Hochdruckgebiet zum Tiefdruckgebiet bezeichnet man als Wind.

Bei einer Windenergieanlage drückt der Wind gegen die Flügelflächen und das Rad kommt in Drehung. Zusätzlich sind die Rotorblätter nach aerodynamischen Gesichtspunkten gestaltet, um das Auftriebsprinzip zu nutzen. In den meisten Fällen kommen heute Horizontalachsenkonverter zum Einsatz. Sie müssen entsprechend der Windrichtung ausgerichtet werden, wobei eine Windrichtungsnachführung die Rotorblätter in die jeweils günstigste Position bringt. Schnell laufende Horizontalachsenanlagen mit Zwei oder Dreiblatt-Rotoren haben einen Wirkungsgrad von bis zu 45 Prozent. Höhe und Größe der Anlagen müssen dem Standort entsprechend angepasst werden. Da die Windgeschwindigkeit in der Höhe zunimmt, kann an einem windschwächeren Standort eine besonders hohe Anlage für Ausgleich sorgen.

Windkraft ist der mengenmäßig bedeutsamste regenerative Energieträger. Windkraftwerke leisteten im Jahr 2021 eine Bruttostromerzeugung von 117 Milliarden Kilowatttunden (kWh).

 

Monatliche Stromerzeugung aus Windenergie an Land und auf See

Monatliche Stromerzeugung aus Windenergie an Land und auf See
Quelle; ZSW, BDEW; Stand 12/2021

 

Seit dem Bau der ersten Windkraftanlagen Anfang der 1990er Jahre hat die Stromerzeugung aus Windenergie aufgrund der staatlichen Förderprogramme ein besonders dynamisches Wachstum erfahren. 2020 waren über 31.000 Windenergieanlagen in Betrieb. Davon waren etwas mehr als 29.600 an Land (Onshore) und 1.500 auf See (Offshore). Da die günstigen Standorte für Windanlagen in Norddeutschland und in der Nordsee und in der Ostsee liegen, der Strom aber vor allem in Süddeutschland benötigt wird, entsteht bei der Erzeugung ein Nord-Süd-Gefälle.

 

Der Wirkungsgrad einer technischen Anlage (zum Beispiel eines Kraftwerks) ist ein Maß für das Verhältnis des erreichten Nutzens gegenüber dem eingesetzten Aufwand. Oder auch das Verhältnis (der Quotient), in dem nutzbare Energie bei gleichzeitiger Abgabe von Wärme gegenüber der wirklich eingesetzten Energie steht. Der Wirkungsgrad ist dabei vor allem ein Kriterium für die Effektivität des Prozesses: Je höher er liegt, desto effektiver und umweltschonender arbeitet eine Anlage.

Beispiel für Kraftwerke:

Photovoltaik-Anlage: 10-17 Prozent
Brennstoffzelle: 30-55 Prozent
Kohlekraftwerk: 30-45 Prozent
Gaskraftwerk :bis zu 60 Prozent
Kraft-Wärme-Kopplung: 70-80 Prozent

Ein Zwischenlager ist in der Kernenergietechnik, im Gegensatz zum Endlager, ein vorübergehender, zeitlich befristeter Aufbewahrungsort von ausgedienten Brennelementen und radioaktiven Abfällen.

In Deutschland gibt es drei zentrale Zwischenlager in Gorleben, in Lubmin und in Ahaus. Gorleben liegt im Landkreis Lüchow-Dannenberg im äußersten Nordosten von Niedersachsen. Das Zwischenlager Ahaus liegt im westlichen Münsterland im Kreis Borken in Nordrhein-Westfalen. Das Zwischenlager Lubmin liegt in Mecklenburg-Vorpommern. Das Zwischenlager Gorleben verfügt über eine Genehmigung zur Aufbewahrung von hochradioaktivem, verglastem Abfall aus der Wiederaufbereitung deutscher Brennelemente im Ausland. In Ahaus werden neben ausgedienten Brennelementen auch schwach- und mittelradioaktive Abfälle zwischengelagert. In Lubmin werden Brennelemente aus Kernkraftwerken und Forschungseinrichtungen sowie dem Forschungsschiff „Otto Hahn“ aufbewahrt. Zudem dient es als Notfalllager. Würden beispielsweise bei einer Grenzkontrolle nicht genehmigte Kernbrennstoffe gefunden, dann würden sie zur Zwischenlagerung nach Lubmin kommen.

Darüber hinaus wurden die Kernkraftwerksbetreiber verpflichtet, an den Standorten der Kernkraftwerke Brennelement-Zwischenlager zu errichten. Zusätzlich gibt es an einigen Standorten auch noch Standortabfalllager. Sie sind für die geplanten oder bereits laufenden Rückbauprojekte vorgesehen.