1 energiewirtschaft teil i: grundlagen – von ursachen zum verständnis
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Energiewirtschaft
Teil I: Grundlagen – Von Ursachen zum Verständnis
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Agenda
Teil I: Grundlagen – Von Ursachen zum Verständnis 1. Die Hauptsätze der Energielehre
2. Natürlicher und anthropogener Energieumsatz
3. Die Triebkräfte der Weltenergieverbrauchsentwicklung
4. Die Restriktionen der Weltenergieverbrauchsentwicklung: Ressourcen und Emissionsentwicklung
5. Die Energiebilanz: Aufbau, Energieflussbild, Definitionen, Abkürzungen
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1. Die Hauptsätze der Energielehre (Kurzfassung)
1. Hauptsatz:
In einem geschlossenen System kann die Energie-menge nicht verändert werden, sondern lediglich zwischen verschiedenen Erscheinungsformen um-gewandelt werden.
2. Hauptsatz:
In einem geschlossenen System wird „höherwertige Energie“ in „minderwer-tigere Energie“, d.h. in gleichförmig verteilte Wärme (etwa auf Umge-bungstemperatur) umge-wandelt.
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Lehrt uns die Energielehre, dass a) hochwertige Energie in minderwertige
Energie umgewandelt wird und damit ihre Eigenschaft verliert Arbeit zu leisten und
b) in Praxis die Umwandlungsprozesse in einem offenen System ablaufen und die minderwertige Energie ständig ins Weltall abgestrahlt wird,
gibt es aus technisch-ökonomischer Sicht denEnergieverbrauch.
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Einheiten der Energiewirtschaft
Einheiten für Energie und Leistung:
Leistung: Watt (W) Energie/Arbeit: Joule (J)
1 J = 1 WsArbeit = Leistung x Zeit
Vorsätze und Vorzeichen:
k = Kilo = 103 = Tausend
M = Mega = 106 = Million
G = Giga = 109 = Milliarde
T = Tera = 1012 = Billion
P = Peta = 1015 = Billiarde
E = Exa = 1018 = Trillion 0 1 2 3 4 Zeit [h]
L
eis
tun
g [
kW]
2
1
= 3 kWh
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Energieeinheiten und Umrechnungs-faktoren
kJ Kcal kWh kg SKE kg RÖE m³ Erdgas
1 Kilojoule
(kJ)- 0,2388 0,000278 0,000034 0,000024 0,000032
1 Kilocalorie
(kcal)4,1868 - 0,001163 0,000143 0,0001 0,00013
1 Kilowattstunde
(kWh)3.600 860 - 0,123 0,086 0,113
1 kg Steinkohleeinheit
(SKE)29.308 7.000 8,14 - 0,7 0,923
1 kg Rohöleinheit
(RÖE)41.868 10.000 11,63 1,428 - 1,319
1 m³ Erdgas 31.736 7.580 8,816 1,083 0,758 -
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2. Natürlicher und anthropogener Energieumsatz
Quelle: Hensing et al., S. 2
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3. Historische Entwicklung der Weltbevölkerung
Quelle: Heinloth, S. 21
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Entwicklung der Weltbevölkerung [Anzahl in Mio.]
Perspektiven der weltwirtschaftlichen Entwicklung [BIP in Preisen von 1990]
Regionale Entwicklung des BIP pro Kopf
Weltbevölkerung und Bruttoinlands-produkt
Quelle: Prognos, S. 27 ff.
/Kopf
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Primärenergie-Verbrauch pro Person im internationalen Vergleich (1992)
Quelle: Heinloth, S. 83
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Weltweiter Primärenergie-Verbrauch nach Energieträgern seit 1900
Quelle: Heinloth, S. 84
[Mrd
. t
SK
E]
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Prognose des weltweiten Primär-energieverbrauchs (IEA)
0
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
12.000
14.000
16.000
18.000
1971 2002 2010 2020 2030
Mill
ion
en
to
e
Kohle
Erdöl
Erdgas
Kernenergie
Wasserkraft
Biomasse und Abfall
Andere Erneuerbare
Quelle: International Energy Agency: World Energy Outlook 2004, S. 430
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4. Die Restriktionen der Weltenergie-verbrauchsentwicklung
Nachdem wir die Triebkräfte des weltweiten Primärenergiebedarfs kennengelernt haben, wenden wir uns nun den globalen Restriktionen des Energieangebots und der Energieum-wandlung zu:
Erschöpfbare Ressourcen Emissionsentwicklung
An dieser Stelle findet nur ein Überblick statt. Die Vertiefung erfolgt in Teil II und III.
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Reichweiten verschiedener Energieträger
527
1.264
149
67
42
198
207
64
43
1.425
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
Uran
Weichkohle
Hartkohle
konv. Erdgas
konv. Erdöl
Jahre
Reserven
Ressourcen
Quelle: Bundesamt für Geo-wissenschaften und Rohstoffe (BGR)
heute
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CO2-Emissionen
Quelle: EIA, S. 7
0
10000
20000
30000
40000
1990 2003 2010 2020 2030 Jahre
Mt
Welt
Entwicklungs-länder
OECD
Schwellen-länder
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5. Die Energiebilanz: Aufbau (vertikal)
Quelle: Hensing et al., S. 19
+
+
Gewinnung im Inland (Primärenergieträger)
Einfuhr (Primär- und Sekundärenergieträger)
Bestandsentnahmen (Primär- und Sekundärenergieträger)
Prim
äre
ne
rgie
bila
nz
=
-
-
-
Energieaufkommen im Inland (Primär- und Sekundärenergieträger)
Ausfuhr (Primär- und Sekundärenergieträger)
Hochseebunkerungen (Primär- und Sekundärenergieträger)
Bestandsaufstockungen (Primär- und Sekundärenergieträger)
=
-
+
-
-
Primärenergieverbrauch im Inland (Primärenergieträger aus inländischer Gewinnung sowie Primär- und Sekundärenergieträger aus Einfuhr und Beständen)
Umwandlungseinsatz (Primär- und Sekundärenergieträger)
Umwandlungsausstoß (Primär- und Sekundärenergieträger)
Verbrauch in der Energiegewinnung und in den Umwandlungsbereichen (Primär- und Sekundärenergieträger)
Fackel- und Leitungsverluste, Bewertungsdifferenzen
Um
wa
nd
lun
gs
bila
nz
=
-
+
Energieangebot im Inland nach Umwandlungsbilanz (Primär- und Sekundärenergieträger)
Nichtenergetischer Verbrauch
Statistische Differenzen
= Endenergieverbrauch
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Aufbau einer Energiebilanz (horizontal)
Fossile BrennstoffeStein-, Braunkohle, Erdöl, Erdgas, Briketts,Koks, Kraftstoffe, Heizöl, Kokereigas, Gichtgas
Erneuerbare EnergienSolarenergie, Umgebungswärme, Windenergie, Wasserkraft, Biomasse, Geothermie
Strom Kernbrennstoffe Fernwärme
Quelle: AG Energiebilanzen
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Energiebilanzrahmen
Quelle: AG Energiebilanzen
Stein-kohle
Braun-kohle
Rohöl Erdöl-produkte
Gase Strom Wasser-kraft
Kern-energie
Fern-wärme
Sonstige Summe
Gewinnung Inland
+ Import
- Export
Lagerveränderungen
Primärenergie
- Umwandlungseinsatz
+ Umwandlungsausstoß
- Eigenverbrauch
- Fackel-/Leitungsverluste
Energieangebot nach Umwandlungsbilanz
- nichtenergetischer Verbr.
+ statistische Differenzen
Endenergie
darin: Industrie
Verkehr
Haushalte
Militär
Dimensionen in T Joule
oder 1000 t SKE
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Energieflussbild 2003 (Deutschland)
Quelle: AG Energiebilanzen
* geschätztIn Mio. t SKE
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Definitionen Energieträger:
Stoffe, in denen Energie mechanisch, thermisch, chemisch oder physikalisch gespeichert ist.
Primärenergieträger:Energieträger, die ohne noch keiner Umwandlung unterworfen wurden (z.B. Stein-, Braunkohle, Erdgas, Erdöl, Wasserkraft, Biomasse usw.)
Sekundärenergieträger:Umgewandelte („veredelte“) Energieträger (z.B. Strom, Fernwärme, Mineralölprodukte, Briketts usw.)
Endenergieträger:Primär- oder Sekundärenergieträger, die von Energieverbrauchern genutzt werden
Endenergieverbrauch:Marktentnahme von Endenergieträgern
Nutzenergie:Z.B. Licht, Kälte, Bewegung, Wärme, Kälte usw.