Bedarf an elektrischer Energie


Bedarf an elektrischer Energie

Der Bedarf an elektrischer Energie ist die Menge an elektrischer Energie, die von einem oder mehreren elektrischen Geräten im Betrieb während eines definierten Zeitabschnitts oder für eine bestimmte Aufgabe umgesetzt und somit zum Betrieb benötigt wird. Umgangssprachlich spricht man fälschlicherweise auch vom Strombedarf und -verbrauch.

Inhaltsverzeichnis

Physikalische Definition und begriffliche Verwendung

Die umgewandelte elektrische Energie W (von englisch work = Arbeit) wird gemessen in Wattsekunden oder auch Kilowattstunden. Sie ist die gesamte elektrische Arbeit, die während des betrachteten Zeitraums t bei der betrachteten Leistungsaufnahme P fließt. Bei einem gleich bleibendem Bedarf ist die umgewandelte Energie das Produkt der elektrischen Leistung P mit der verstrichenen Zeit t:

W = P \cdot t

Beispiel: Ein Haartrockner nimmt 2000 Watt (2 kW) elektrische Leistung auf. Wird der Haartrockner eine halbe Stunde (0,5 h) lang betrieben, beträgt der Bedarf an elektrischer Energie 2 kW · 0,5 h = 1 kWh (eine Kilowattstunde). Im europäischen Netz bei 230 Volt fließt ein Strom von 2 kW / 230 V ≈ 8,7 A (Ampere).

Kritik am Begriff „Energiebedarf“

Die Verwendung des Begriffs Energiebedarf für den bloßen Verbrauch elektrischer Energie ist energiepolitisch irreführend, da es keinen primären Bedarf an elektrischer Energie gibt, sondern nur einen Bedarf an Raumhelligkeit, Heizung, Kühlung, Rechenleistung, Kochwärme, Mobilität, etc. Er stellt lediglich eine heute weit verbreitete Möglichkeit dar, die Befriedigung der vorgenannten primären Bedürfnisse zu ermöglichen.

Kritik am Begriff „Strombedarf“ bzw. „-verbrauch“

Unter elektrischem Strom wird in der Physik die Bewegung elektrischer Ladungen pro Zeiteinheit verstanden, gemessen wird die Stromstärke I in Ampere.

Elektrische Arbeit bzw. elektrische Energie (d.h. gespeicherte Arbeit) ist jedoch das Produkt aus der Stromstärke I, der Spannung U und der Zeit t.

W = U \cdot I \cdot t

Beispiel: Es soll ein Raum beheizt werden. Die Größe des Raumes, die Anfangs- sowie die Endtemperatur sind vorgegeben. Es stehen drei mögliche Heizlüfter zur Auswahl: Gerät A mit 1500 Watt Leistung, Gerät B mit 3000 Watt Leistung und Gerät C mit 1500 Watt, welches jedoch nicht an 230 Volt, sondern an 120 Volt betrieben wird. Gerät B zieht im Vergleich zu Gerät A das Doppelte an Strom und benötigt daher dickere Anschlussleitungen. Die umgesetzte Energie ist jedoch die gleiche, weil sie sich aus der Aufgabenstellung ergibt. Gerät B benötigt hierzu jedoch nur die halbe Zeit. Da Gerät C an einer niedrigeren Spannung betrieben wird, muss es im Vergleich zu Gerät A deutlich mehr Strom ziehen, um auf die gleiche Leistung zu kommen. Die umgesetzte Energie ist damit auch hier die gleiche.

Tagesganglinie des elektrischen Energiebedarfs

Abgesehen von den standortbedingten Faktoren, die Einfluss auf die Planung einer Wasserkraftanlage (Wasserkraftwerk) nehmen (z. B. Wasserdargebot), muss auch die Bedarfsseite einer genaueren Betrachtung unterzogen werden. Besonders Zeit und Menge der in das Versorgungsnetz eingespeisten Energie bedürfen einer Prüfung. Abgesehen von Anlagen, die nur der Energieversorgung von großen kontinuierlich arbeitenden Industrieanlagen dienen (z. B. Aluminiumhütten), ergibt sich ein differenziertes Verbrauchsbild.[1]

Der Bedarf an elektrischer Energie unterliegt somit im Allgemeinen sowohl tageszeitlichen als auch jahreszeitlichen Schwankungen. Tageszeitlich betrachtet ergeben sich Bedarfsspitzen im Zeitraum zwischen 7 Uhr und 14 Uhr und in den Abendstunden. In den späten Nachtstunden erreicht der Bedarf ein Minimum. Im Winter stellt sich auf Grund der kürzeren Tageszeit (erhöhter Beleuchtungsaufwand) einerseits und den tieferen Temperaturen (Elektroheizung) andererseits ein höherer Bedarf an elektrischer Energie ein.[2]

Zur permanenten Deckung des Bedarfs ist es nötig, neben dem Grundbedarf auch die Bedarfsspitzen sicher handhaben zu können. In diesem Zusammenhang spricht man auch von Grundlast, Mittellast und Spitzenlast.[2]

Verlauf des Energieumsatzes (Prinzip)

Bei Kraftwerken, die die Grundlast liefern, handelt es sich um solche Typen, die kostengünstig ganzjährig, abgesehen von Revisionszeiten, arbeiten (Kohle-, Kernkraft-, Laufwasserkraftwerke).

In Österreich übernehmen hauptsächlich Laufwasserkraftwerke sowie Speicherkraftwerke diese Aufgabe.[2]

Im mitteleuropäischen Schnitt decken diese Typen etwa 30 % des Energiebedarfs. Zu den Mittellastkraftwerken zählen Steinkohlestaub-, Öl-, Gas- und Speicherkraftwerke. Charakteristisch für diesen Typ ist die Möglichkeit auf Nachfrageschwankungen größeren Ausmaßes flexibel reagieren zu können. Sie decken etwa 40 % des elektrischen Energiebedarfs. Um jedoch kurzfristige Bedarfsschwankungen ausgleichen zu können, ist es nötig Spitzenlastkraftwerke, wie Gasturbinen-, Öl-, Speicher-, Pumpspeicherkraftwerke zu betreiben. Solche Anlagen werden meist kurzfristig für wenige Stunden in Betrieb gesetzt, um den kurzzeitig hohen Energiebedarf zu befriedigen.[1]

Pumpspeicherwerke erlauben in diesem Kontext die effektivste Anpassung an den erhöhten Bedarf an elektrischer Energie, da sich Pumpturbinen innerhalb weniger Sekunden vom Pumpbetrieb in den Turbinenbetrieb überführen lassen.[2]
Zur Sicherstellung einer kontinuierlichen und gleichmäßigen Stromversorgung werden in den Kraftwerken Automatisierungsanlagen betrieben bzw. erfolgt dies durch Integration der Anlagen in ein überregionales Verbundsystem.[1]

Bedarfsstatistik

Deutschland

Lastverlauf privater deutscher Haushalte in den Wintermonaten (Modell des VDEW)
Energiebedarf von Geräten im Privathaushalt

Der jährliche Bruttostromverbrauch in Deutschland betrug 2010 607,8 Mrd. kWh bei einer Bruttostromerzeugung von 624,7 Mrd. kWh. In Deutschland tragen zur Bruttostromerzeugung 2010 ca. 17% Erneuerbare Quellen[3]. Die folgende Tabelle gibt eine Übersicht über die Entwicklung des Bruttostromverbrauchs und den Anteil erneuerbaren Energien seit 1991:

Jahr Bruttobedarf an elektrischer Energie
(insgesamt) in TWh[4]
Bruttobedarf an elektrischer Energie in %
(Anteil Erneuerbare Energieträger)[5]
Primärenergiebedarf
(insgesamt) in PJ[6]
Primärenergiebedarf in %
(Anteil Erneuerbare Energieträger)[7]
1991 539,6 3,2 14.610 1,3
1992 532,9 3,8 14.319 1,4
1993 527,9 4,0 14.309 1,6
1994 530,8 4,3 14.185 1,8
1995 541,6 4,7 14.269 1,9
1996 547,3 4,2 14.746 1,8
1997 549,9 4,5 14.614 2,4
1998 556,7 4,8 14.521 2,6
1999 557,3 5,5 14.323 2,8
2000 579,6 6,3 14.401 2,9
2001 585,1 6,7 14.679 2,9
2002 587,4 7,8 14.427 3,2
2003 598,6 7,9 14.460 3,4
2004 608,0 9,3 14.656 4,5
2005 612,1 10,4 14.537 5,3
2006 617,2 11,6 14.786 6,3
2007 618,1 14,2 14.128 7,9
2008 614,6 15,0 14.216 8,1
2009 578,9 16,4 13.435 8,9
2010 607,8 16,9 14.057 9,4

Auf den Bruttostromverbrauch 2005 entfielen auf die einzelnen Bereiche folgende Anteile[8]:

  • Landwirtschaft: 1 %
  • Verkehr: 3 %
  • Öffentliche Einrichtungen: 8 %
  • Handel & Gewerbe: 14 %
  • Haushalte: 27 %
  • Industrie: 47 %

Nach Berechnungen des Umweltbundesamtes ist der elektrische Energieumsatz von 1995 bis 2000 um elf Prozent gestiegen. Danach sank er bis 2005 um etwa sieben Prozent[9]

In Privathaushalten ist nach Angaben der Internationalen Energieagentur (IEA) der elektrische Energieumsatz auch durch Elektrogeräte stark angestiegen. Rückgänge gab es bei Waschmaschinen und Kühlschränken, während der elektrische Energieumsatz durch Fernseher, Klimaanlagen und Computer drastisch anstieg. Dies sei eine Folge der prozentualen Zunahme am Gesamtenergieverbrauch. Zwischen 1990 und 2004 ist dieser von 15 auf 20 Prozent gestiegen.[10]

Verteilung Bedarfs elektrischer Energie der Haushalte in Deutschland 2009[11] Anteil
Beleuchtung 11,1 %
Fernsehen, Radio 11,1 %
Trocknen 10,1 %
Warmwasser 11,5 %
PC, Kommunikation 12,2 %
Kochen 8,4 %
Spülen 5,4 %
Waschen 5,1 %
Kühlen und Gefrieren 15,8 %
Sonstiges 9,3 %

2006 betrug der durchschnittliche elektrische Verbrauch eines Privathaushalts nach Berechnungen der EnergieAgentur.NRW [12]:

  • mit einer Person 2000 kWh
  • mit zwei Personen 3100 kWh
  • mit drei Personen 3908 kWh
  • mit vier Personen 4503 kWh
  • mit fünf Personen 5257 kWh
  • mit sechs Personen 5764 kWh

Nach Erhebungen des gewerblichen Vergleichsportals check24.de (Vergleichsrechner & Ökostrom) im Zeitraum Juni 2007 bis März 2009 wurden anhand von über 200.000 Anbieterwechslern (Grundgesamtheit) folgende durchschnittlichen Jahresesumsätze an elektrischer Energie für verschiedene Haushaltsgrößen festgestellt:

  • mit einer Person 1944 kWh
  • mit zwei Personen 3417 kWh
  • mit drei Personen 4350 kWh
  • mit vier Personen 5149 kWh
  • mit fünf Personen 6135 kWh
  • mit sechs Personen 7199 kWh
  • mit sieben Personen 8123 kWh
  • mit acht Personen 8775 kWh
  • mit neun Personen 8955 kWh
  • mit zehn Personen 9011 kWh

Der durchschnittliche Jahresbedarf aller Haushalte an elektrischer Energie betrug 3891 kWh.

Das Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg GmbH nennt u. a. folgende Gründe für den Anstieg des Bedarfs an elektrischer Energie trotz immer effizienterer Endgeräte[13]:

  • Vorbehalte gegenüber neuer Techniken, wie z. B. Energiesparlampen
  • steigende Komfortansprüche
  • größere durchschnittliche Wohnflächen
  • eine vermehrte Nutzung von immer größeren Geräten sowie die stetig sinkenden Anschaffungskosten für Haushaltswaren und Elektronik

Bedarf von einzelnen Elektrogeräten

Ein Föhn mit 2000 Watt, der täglich 5 Minuten benutzt wird, benötigt im Jahr rund 58 kWh elektrische Energie und verursacht bei einem Arbeitspreis von 20 Ct/kWh circa 11 Euro Kosten im Jahr.

Im Vergleich der Flachbild-TV mit nur 150 Watt Leistungsaufnahme, der täglich aber 2 Stunden läuft und somit im Jahr etwa 110 kWh elektrische Energie benötigt und circa 21 Euro im Jahr an Kosten verursacht.

Im Vergleich der Herd mit 4.000 Watt Leistungsaufnahme, der täglich eine halbe Stunde in Betrieb ist und so im Jahr schon 730 kWh elektrische Energie benötigt, was 146 Euro im Jahr ausmacht.[14]

Europäischer Vergleich

Norwegen war 2003 mit hohem Abstand Spitzenreiter beim jährlichen Haushaltsbedarf elektrischer Energie: 15.400 kWh. Zurückgeführt wird das auf den hohen Anteil von Elektroheizungen. Im EU-Durchschnitt wurden je Haushalt 4050 kWh verbraucht, Österreich lag dabei mit 4750 kWh über dem Durchschnitt, Deutschland lag mit 3550 kWh darunter. In der Schweiz lag der Bedarf der Haushalte im Durchschnitt bei 5200 kWh, in Ungarn bei 2900 kWh, in Polen bei 1950 kWh und in Litauen bei 1500 kWh.[15]

Einsparpotentiale

Siehe auch: Energieeinsparung
Bedarfssenkung vom 1 Personenhaushalt im Vergleich zum 4 Personenhaushalt

Durchschnittsbedarf in Deutschland in 2009: 1 Personen-Haushalt (1 PHH) 1944 kWh/a, 2 PHH 3414 (1707 kWh/Person), 3 PHH 4350 kWh/a (1450 kWh/P), 4 PHH 5149 kWh/a (1287 kWh/a je Person) D. h. im 4 PHH sinkt der el. Bedarf pro Person im Vergleich zum 1 PHH um 34 %;

Siehe auch

Einzelnachweise

  1. a b c Giesecke J.;Mosonyi E.:Wasserkraftanlagen, Planung, Bau und Betrieb Springer-Verlag,Berlin Heidelberg New York, 2005, ISBN 3-540-25505-2
  2. a b c d Strobl T., Zunic F.:Wasserbau, Aktuelle Grundlagen-Neue Entwicklungen Springer-Verlag, Berlin Heidelberg New York, 2006, ISBN 3-540-22300-2
  3. Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen e.V.: Bruttostromerzeugung in Deutschland von 1990 bis 2010 nach Energieträgern. 10. Mai 2011, abgerufen am 5. Juli 2011.
  4. statistisches Bundesamt: Bruttostrom- und Primärenergieverbrauch ab 1991
  5. statistisches Bundesamt: Anteil der erneuerbaren Energieträger am Bruttostromverbrauch
  6. statistisches Bundesamt: Bruttostrom- und Primärenergieverbrauch ab 1991
  7. statistisches Bundesamt: Anteil der erneuerbaren Energieträger am Primärenergieverbrauch
  8. envia Mitteldeutsche Energie AG: Statistik der envia Mitteldeutsche Energie AG. 6. April 2006, abgerufen am 18. Februar 2010.
  9. Untersuchung zu privaten Haushalten – Deutsche verschwenden Energie. tagesschau.de, 14. November 2006, abgerufen am 11. September 2007.
  10. Holger Dambeck: Spiegel Online: Stromverbrauch durch Elektrogeräte dramatisch gestiegen. 10. September 2007, abgerufen am 11. September 2007.
  11. Quelle: BWE
  12. EnergieAgentur.NRW: Presseinformation der EnergieAgentur.NRW: Strombedarf von Privathaushalten unterschiedlicher Größe. 6. April 2006, abgerufen am 11. Dezember 2007.
  13. ifeu: Effiziente Beratungsbausteine zur Verminderung des Stromverbrauchs in privaten Haushalten, Kap. 3.5 Einflussfaktoren auf den Stromverbrauch, PDF, März 2006
  14. Rechner, Herd und Fön und die Mathematik des Stromverbrauchs. 17. Januar 2011, abgerufen am 20. Januar 2011.
  15. Starke Unterschiede beim Stromverbrauch in Europa. www.verivox.de, 2. Jan. 2006, abgerufen am 26. Apr. 2009 (Nachrichtenmeldung).

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