Wikipedia · einfach zusammengefasst · Stand
Bedarf an elektrischer Energie
Ein Fön mit 2000 Watt Leistungsaufnahme, der täglich 5 Minuten benutzt wird, benötigt im Jahr rund 61 kWh elektrische Energie für 15 Euro. · Ein Flachbild-TV mit …
Inhalt5 Abschnitte
Begriff und physikalische Grundlage
Der Bedarf an elektrischer Energie, in der Energiewirtschaft auch Strombedarf genannt, ist die Menge elektrischer Energie, die Elektrogeräte für ihren Betrieb benötigen. Die tatsächlich während eines festgelegten Zeitraums umgesetzte Energie heißt Verbrauch an elektrischer Energie oder Stromverbrauch. Diese Begriffe gehören zur Fachsprache der Energiewirtschaft; laut Artikel sind sie in Physik und Ingenieurwissenschaften nicht verwendbar.
Die umgewandelte elektrische Energie W wird in Wattsekunden oder Kilowattstunden gemessen. Bei gleichbleibender Leistungsaufnahme gilt:
W = P · t
Dabei ist P die elektrische Leistung und t die verstrichene Zeit. Ein Haartrockner mit 2000 Watt beziehungsweise 2 kW benötigt bei einer Betriebsdauer von 0,5 Stunden genau 2 kW · 0,5 h = 1 kWh elektrische Energie. Eine Kilowattstunde entspricht 3,6 Megajoule (MJ), eine Terawattstunde 3,6 Petajoule (PJ).
Schwankender Bedarf und Versorgung
Der Bedarf schwankt im Tages- und Jahresverlauf. Ein Lastprofil beschreibt diesen zeitlichen Verlauf; ein Standardlastprofil (SLP) bildet einen typischen Verlauf für eine bestimmte Verbrauchergruppe ab. Ein typischer Haushalt wird beispielsweise durch das Profil „H0“ dargestellt.
Im Gesamtnetz treten Bedarfsspitzen zwischen 7 und 14 Uhr sowie in den Abendstunden auf. In den späten Nachtstunden ist der Bedarf am niedrigsten. Im Winter steigt er wegen der kürzeren Tage und des damit verbundenen Beleuchtungsbedarfs sowie wegen elektrischer Heizungen. In wärmeren Ländern ist infolge des Klimawandels außerdem eine zweite Spitze im Hochsommer entstanden, weil Klimaanlagen viel Strom benötigen. Dieser Effekt wird sich voraussichtlich verstärken.
Für die Versorgung wird zwischen Grundlast, Mittellast und Spitzenlast unterschieden:
• Grundlast ist der dauerhaft vorhandene Bedarf. Sie wird durch Kraftwerke gedeckt, die abgesehen von Revisionszeiten kostengünstig ganzjährig arbeiten, etwa Kohle-, Kern- und Laufwasserkraftwerke. In Österreich übernehmen vor allem Laufwasser- und Speicherkraftwerke diese Aufgabe. Im mitteleuropäischen Durchschnitt decken diese Kraftwerkstypen etwa 30 % des Energiebedarfs.
• Mittellastkraftwerke reagieren flexibel auf größere Nachfrageschwankungen. Dazu zählen Steinkohlestaub-, Öl-, Gas- und Speicherkraftwerke. Sie decken etwa 40 % des elektrischen Energiebedarfs.
• Spitzenlastkraftwerke werden meist nur für wenige Stunden eingeschaltet, um kurzfristig besonders hohen Bedarf zu decken. Beispiele sind Gasturbinen-, Öl-, Speicher- und Pumpspeicherkraftwerke. Pumpspeicherwerke eignen sich besonders gut, weil ihre Pumpturbinen innerhalb weniger Sekunden vom Pumpbetrieb in den Turbinenbetrieb wechseln können.
Automatisierungsanlagen in Kraftwerken und die Einbindung in überregionale Verbundsysteme dienen dazu, die Stromversorgung kontinuierlich und gleichmäßig zu sichern.
Verbrauch und Energiemix in Deutschland
Für 2021 nennt der Artikel an einer Stelle einen jährlichen Bruttostromverbrauch von 561,8 TWh und eine Bruttostromerzeugung von 582,9 TWh; die Differenz ergibt unter Berücksichtigung der Netzverluste die Bilanz von Exporten und Importen. In der späteren Tabelle steht für 2021 dagegen ein Bruttostromverbrauch von 583,9 TWh. Die Angaben widersprechen sich somit. Der Anteil erneuerbarer Energien wird für 2021 mit 39,7 % angegeben. Für 2022 nennt die Tabelle 567,6 TWh und 43,9 % erneuerbare Energien.
Seit 1991 veränderten sich Verbrauch und Energiemix deutlich. Der Bruttostromverbrauch lag 1991 bei 539,6 TWh und erreichte 2007 mit 621,5 TWh einen hohen Wert. Der Anteil erneuerbarer Energieträger am Bruttostromverbrauch stieg im selben Zeitraum von 3,2 % auf 14,2 % und erreichte 2020 bei einem Verbrauch von 568,1 TWh einen Anteil von 43,8 %. Nach Berechnungen des Umweltbundesamtes stieg der elektrische Energieumsatz von 1995 bis 2000 um elf Prozent und sank anschließend bis 2005 um etwa sieben Prozent.
Der gesamte Primärenergieverbrauch ist wesentlich höher als der Stromverbrauch, weil er auch Kraftstoffe für den Verkehr sowie Brennstoffe für Heizung und Wärme umfasst. Zudem unterscheiden sich die Wirkungsgrade der Stromerzeugung: Der Artikel nennt 33 % bei Atomkraftwerken und über 50 % bei Gaskraftwerken. Der Primärenergieeinsatz je Kilowattstunde Strom beträgt demnach 3 kWh Uran beziehungsweise 2 kWh Erdgas oder Biogas. Für Brennstoffe wird meist Joule beziehungsweise Wattsekunde verwendet. 14.000 PJ entsprechen knapp 3900 TWh.
Vom deutschen Nettostromverbrauch 2020 in Höhe von 488,0 TWh entfielen 45 % auf die Industrie, 27 % auf Handel, Gewerbe und Dienstleistungen, 26 % auf Haushalte und 2 % auf den Verkehr.
Private Haushalte und einzelne Geräte
Nach Angaben der Internationalen Energieagentur stieg der elektrische Energieumsatz privater Haushalte durch neue und zusätzliche Elektrogeräte stark an. Effizienzsteigerungen senkten zwar den Verbrauch von Waschmaschinen und Kühlschränken, gleichzeitig nahm er bei Fernsehern, Klimaanlagen und Computern deutlich zu. Der Anteil der elektrischen Energie am gesamten Energieverbrauch der Haushalte stieg deshalb zwischen 1990 und 2004 von 15 auf 20 %.
Eine Erhebung der Energieagentur Nordrhein-Westfalen wertete Verbrauchsdaten von 380.370 Haushalten mit einer bis sechs Personen aus. Bürogeräte und TV/Audio waren zusammen am stromintensivsten und verursachten ein Viertel des privaten Stromverbrauchs. Jeweils rund 10 % entfielen auf Warmwasser, Kühlen, Beleuchtung und Kochen. Haushaltsgröße und elektrische Warmwasserbereitung (WWB) beeinflussen den Jahresverbrauch deutlich. Die typischen Werte lagen bei:
• einer Person: 2256 kWh; mit WWB 2818 kWh, ohne WWB 1798 kWh • zwei Personen: 3248 kWh; mit WWB 3843 kWh, ohne WWB 2850 kWh • drei Personen: 4246 kWh; mit WWB 5151 kWh, ohne WWB 3733 kWh • vier Personen: 5009 kWh; mit WWB 6189 kWh, ohne WWB 4480 kWh • fünf Personen: 5969 kWh; mit WWB 7494 kWh, ohne WWB 5311 kWh • sechs Personen: 6579 kWh; mit WWB 8465 kWh, ohne WWB 5816 kWh
Als Gründe für steigenden Bedarf trotz effizienterer Geräte nennt das Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg Vorbehalte gegenüber neuen Techniken wie Energiesparlampen, höhere Komfortansprüche, größere Wohnflächen, die häufigere Nutzung immer größerer Geräte und sinkende Anschaffungskosten für Haushaltswaren und Elektronik. Auch Wärmepumpen und kontrollierte Wohnraumlüftung erhöhen den Stromverbrauch, sparen aber fossile Primärenergie ein.
Bei einem Arbeitspreis von 25 Cent je kWh ergeben sich folgende typische Beispiele: Ein täglich fünf Minuten genutzter 2000-Watt-Fön benötigt jährlich rund 61 kWh für 15 Euro. Ein täglich zwei Stunden laufender Flachbildfernseher mit 150 Watt benötigt etwa 110 kWh für 28 Euro. Ein Elektroherd mit 4000 Watt kommt bei täglich 30 Minuten auf 730 kWh und 183 Euro. Ein 1200-Watt-Wasserkocher benötigt bei täglich zehn Minuten 73 kWh und verursacht 18 Euro Kosten. Eine Waschmaschine der Energieeffizienzklasse A+++ mit 6 kg Füllvolumen benötigt für eine Standardwäsche Baumwolle bei 60 °C rund 0,9 kWh; eine Ladung kostet damit etwas mehr als 20 Cent.
Die tatsächlichen Verbrauchswerte können stark von Herstellerangaben abweichen. Laut einer Studie verbrauchen viele Geräte in der Praxis 20 bis 30 % mehr; in einem Extremfall lag der Verbrauch bei mehr als dem Doppelten.
Europäischer Vergleich und Prognosen
Für Vergleiche zwischen EU-Ländern werden sowohl der gesamte Stromverbrauch als auch Werte je Einwohner verwendet. Dabei kann entweder der Gesamtverbrauch eines Landes oder nur der Verbrauch privater Haushalte betrachtet werden. Beim Haushaltsstromverbrauch je Einwohner lagen Schweden und Finnland 2021 unter den EU-Staaten mit großem Abstand an der Spitze.
Prognosen des künftigen Strombedarfs hängen besonders von der Sektorenkopplung und dem Grad der Digitalisierung ab. Sektorenkopplung bedeutet hier, dass nahezu alle Bereiche des Energiesystems elektrifiziert und miteinander verbunden werden. Dazu gehören der Ersatz von Autos mit Verbrennungsmotor durch Elektrofahrzeuge, der Austausch von Öl- und Gasheizungen gegen Wärmepumpen sowie die Herstellung von grünem Wasserstoff.
Im März 2020 erwartete die Bundesregierung für Deutschland bis 2030 einen nahezu unveränderten Bruttostromverbrauch von 572 bis 582 TWh; als realer Verbrauch für 2019 wurden 575 TWh genannt. Im Juli 2021 erhöhte das Bundeswirtschaftsministerium die Schätzung auf Grundlage einer Berechnung des Beratungsunternehmens Prognos auf 645 bis 665 TWh. Diese Prognose nahm für 2030 unter anderem 14 Millionen Elektrofahrzeuge und 6 Millionen Wärmepumpen an. Verschiedene Branchenverbände hielten auch diesen Wert für zu niedrig.
Eine 2018 vom Bundesverkehrsministerium beauftragte Studie kam unter der Annahme eines Anteils erneuerbarer Energien von 95 % im Jahr 2050 zu deutlich höheren Werten: Sie setzte den Stromverbrauch für 2030 bei 769 TWh und für 2050 bei mehr als 1000 TWh an. Die verschiedenen Ergebnisse zeigen, dass die Prognosen stark von den zugrunde gelegten Annahmen abhängen.
