Energieversorgung

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Dieser Artikel befasst sich mit der Energieversorgung im technischen Sinne. Für die energieliefernden Prozesse bei Lebewesen siehe Energiestoffwechsel, für den Spezialfall in der Muskelzelle siehe Energiebereitstellung, für die Ernährungsweise von Lebewesen siehe Stoff- und Energiewechsel.

Mit Energieversorgung wird in Wirtschaft und Technik die Belieferung von Verbrauchern mit Nutzenergie bezeichnet.

Die in Frage stehenden Energieformen und -Träger sind einerseits leitungsgebundene Energieträger wie elektrischer Strom bzw. flüssige oder gasförmige Energieträger wie Erd- bzw. Ferngas und Fernwärme, andererseits feste Energieträger wie Kohle, Koks oder Holz. Immer bedeutsamer wird zukünftig die Energieversorgung aus regenerativen Energien, da Sonne, Wind und Wasserkraft im Gegensatz zu fossilen Energien zeitlich unbeschränkt verfügbar sind und keine Kosten für Primärenergien aufweisen.

Begriff

Im weiteren Sinne, insbesondere bei der Bezeichnung als Wirtschaftszweig (beispielsweise gemäß NACE), beinhaltet der Begriff Energieversorgung alle Energieträger und die gesamte Wertschöpfungskette von der Erschließung von Energiequellen bis zur Verteilung an Endverbraucher. In dieser weit gefassten Bedeutung wird das Gebiet auch als Energiewesen bezeichnet.

Bei der Verwendung im engeren Sinne ist oft nur der letzte Abschnitt der Kette mit der Verteilung und direkten Versorgung von Endverbrauchern („Letzte Meile“) mit leitungsgebundenen Energieträgern wie (Elektrischer Strom, Ferngas, Fernwärme) gemeint (auch englisch „Downstream“ genannt). Nicht mitgerechnet wird hier die vorgeschaltete Gewinnung von Energierohstoffen (z. B. Stein- und Braunkohlebergbau , Öl- und Gasförderung, auch englisch „Upstream“ genannt), deren Ferntransport, Speicherung und Veredelung (z. B. Betrieb von Öl- und Gaspipelines oder -raffinerien, auch englisch „Midstream“ genannt) sowie die nicht-leitungsgebundenen Verteilung von Fest- und Flüssigbrennstoffen.

Die Energieversorgung in biologischen Systemen wird jeweils durch den Energiestoffwechsel des betreffenden Lebewesens beschrieben. Die dabei am häufigsten benutzte Energieform ist Zucker, der universelle, chemische, dezentrale und dauerhafte Naturspeicher für Sonnenenergie, den Pflanzen bei der Photosynthese aufbauen. Tierische Organismen nähren ihren Baustoffwechsel energetisch mit Zucker und höher organisiertem, ursprünglich aus Zucker hervorgegangenem, organischem Material. Als Depot zum Ausgleich von Versorgungslücken dient hier Fett. Dieser Aspekt wird in diesem Artikel nicht weiter betrachtet.

Geschichte

Mit Beginn der Nutzung des Feuers in der Menschheitsgeschichte erfolgte die Energieversorgung durch gemeinschaftliches Sammeln von Holz als damals alleinigem Energieträger. Mit der Bildung von Siedlungen, Städten und industriellen Ballungszentren gewann der Handel und die Versorgung mit Energieträgern wie Holz, Kohle, Tranöl und später auch Erdöl, Erdgas und elektrischer Energie immer größere Bedeutung. In industriell hoch entwickelten Ländern haben sich seit dem 19. Jahrhundert Unternehmen mit der Bereitstellung von technisch bequem nutzbarer und wirtschaftlich hervorragend kontrollierbarer Energie für den allgemeinen Verbrauch beschäftigt. Hierbei steht die preiswerte und zuverlässige Erzeugung elektrischer Energie sowie die Übertragung an die einzelnen Verbraucher im Vordergrund. Weiterhin ist die Beschaffung, der Transport und die Verwandlung von Brennmaterial zu Heizzwecken ein wichtiger Wirtschaftszweig.

Der Weltenergiebedarf ist ein statistischer Wert der Umsatzdaten aller Energieversorgungsunternehmen. Er ist in den letzten Jahren und Jahrzehnten deutlich angestiegen. Er besagt nichts darüber, wie sich durch die Transformationsprozesse die Ökosysteme verändern. Absehbar ist aber, dass mit dem derzeit (2012) praktiziertem Umgang und Verbrauch von Energie nicht die gesamte Weltbevölkerung auf dem von den Industriestaaten praktiziertem Niveau versorgen lässt.

Energiequellen in Deutschland von 2005 bis 2007^[1]

Energiequellen

Die wichtigste Energiequelle ist die Kernfusion, die in der Sonne stattfindet und deren Energie als elektromagnetische Strahlung auf der Erde eintrifft. Durch Umwandlungsprozesse entstehen aus dieser Sonneneinstrahlung andere Energieformen wie Biomasse, Windenergie, Wasserenergie und langfristig auch fossile Brennstoffe. Die Nutzung der erneuerbaren Energien beruht direkt oder indirekt überwiegend auf dieser Sonneneinstrahlung.

Eine von der Sonneneinstrahlung unabhängige Energiequelle sind radioaktive Zerfallsprozesse im Erdinneren, die bei der Nutzung der Erdwärme die wesentliche Energiequelle darstellen. Ein Kernkraftwerk nutzt zusätzlich die künstlich herbeigeführte Spaltung von Atomkernen als Energiequelle.

Eine weitere Energiequelle ist die Erdrotation, deren Energie aufgrund der mit ihr verbundenen Effekte (Gezeiten) in Gezeitenkraftwerken genutzt werden kann.

Fossile Energiequellen

Die chemische Bindungsenergie der organischen, kohlenstoffhaltigen Substanzen kann sehr leicht durch Verbrennen in thermische Energie überführt werden. Die meisten hochverfügbaren und bequem mit geringem technischem Aufwand verheizbaren Materialien sind Kohlenwasserstoffe, die initial aus den Zuckern der Kohlenstoffassimilation phototropher Pflanzen stammen. Die Dichte der bei vollständiger Verbrennung freigesetzten Energie pro Kilogramm des Ausgangsstoffs ist bei fossilen Kohlenwasserstoffen befriedigend. Die fossilen Energieträger stellen also eine Art von Brennstoffkonzentrat aus prähistorischer Biomaterie dar, wodurch sie zu den bevorzugten Primärquellen der Energieversorgung wurden.

Bei der Nutzung von fossilen Energieträgern wie Öl oder Kohle wird das Treibhausgas Kohlendioxid in sehr großen Mengen freigesetzt, das zur globalen Erwärmung beiträgt.

Erneuerbare Energien

Die im Sonnenlicht, dem Wind, dem Erdmantel sowie dem Wasser befindliche Energie kann mit Hilfe von Erneuerbaren Energien genutzt werden. Dies geschieht über Windkraftanlagen, Photovoltaik- und Solarthermieanlagen, Geothermiekraftwerke, Wasserkraftwerke sowie die Biomassenutzung. Während die Wasserkraft eine schon seit langer Zeit genutzt Technologie darstellt, handelt es sich bei den anderen Technologien wie der Photovoltaik oder der Stromerzeugung mittels Windenergie um relativ neue Möglichkeiten der Energiewandlung, die erst seit den 1980er und 1990er Jahren verstärkt zum Einsatz kommen, jedoch hohe Wachstumsraten aufweisen. Sie werden in vielen Ländern im Hinblick auf den Umwelt- und Klimaschutz sowie ihrer CO₂-Neutralität gefördert.

Hölzer und sonstige Biomasse als Träger energiereicher, unter Nutzung von Sonnenenergie nachwachsender Kohlenstoffverbindungen müssen getrocknet werden und weisen auch dann noch einen geringeren spezifischen Heizwert auf, als die Fraktionsprodukte aus der Mineralölindustrie. Die Erzeugung der Energieträger (Biogas und Biokraftstoff) für Zwecke der Energieversorgung in volkswirtschaftlich relevantem Maßstab ist nicht unproblematisch, wie man dem Spannungsverhältnis zur Lebensmittelversorgung und zu Natur- und Landschaftsschutz entnehmen kann.

Kernspaltung

Die in Kernreaktoren durch die Spaltung schwerer Atomkerne wie Uran und Plutonium entstehende Wärmeenergie wird benutzt, um Wasser zu verdampfen und damit Turbinen anzutreiben, die dann – wie in allen anderen Wärmekraftwerken auch – in Generatoren elektrischen Strom erzeugen. So kann elektrische Energie ohne den Ausstoß von klimaschädlichen Gasen wie CO₂ gewonnen werden, allerdings fallen radioaktive Abfälle an, deren Endlagerung bislang ungeklärt ist.

Die Katastrophe von Tschernobyl hat der Akzeptanz von Kernkraftwerken sehr geschadet und in manchen Staaten wie Italien zum Ausstieg aus dieser Art der Energieerzeugung geführt. Andere Staaten wie Frankreich haben sich davon nicht beeinflussen lassen.

In Schweden wurde 1979 eine Volksabstimmung gegen Kernenergie erfolgreich durchgeführt. Der nachfolgende Beschluss des Parlamentes, keine weiteren Kernkraftwerke mehr zu bauen und die vier vorhandenen bis 2000 abzuschalten, wurde am 5. Februar 2009 revidiert:^[2] Das 1980 beschlossene Verbot von Reaktorneubauten wird aufgehoben. Die zehn schwedischen Kernreaktoren dürfen erneuert und erweitert werden. Auch nach der Nuklearkatastrophe von Fukushima hält Schweden am Einsatz der Kernenergie fest^[3][4].

Energieträger

Die „Rohenergie“ der Energiequellen wie Erdöl und Uran ist fast nie ohne vorhergehende Wandlung nutzbar und wird deshalb immer zuerst in transportfähige und speicherbare Energieträger umgewandelt. Nur auf diese Weise kann eine flächendeckende Energieversorgung geschaffen werden.

Elektrische Energie

Die mit Abstand vielseitigste Energieart ist die elektrische Energie, die Grundlage der Elektrizitätsversorgung. Elektrische Energie lässt sich mit sehr geringen Verlusten in alle anderen Energiearten umwandeln und hat deshalb weltweit eine Vormachtstellung errungen. Die außergewöhnlich universelle Verwendbarkeit der elektrischen Energie drückt sich in der breiten Verfügbarkeit von Wandlern aus, die elektrische Energie in Wärmeenergie (Elektroheizung), kinetische Energie (Motor), Lichtenergie (Leuchtmittel), Schallenergie (Lautsprecher), elektromagnetische Wellen (Sendeanlage), chemische Energieformen (Elektrolyse) oder potentielle Energie (Elektromagnet) umwandeln.

Hauptnachteil der elektrischen Energie ist deren begrenzte Speicherbarkeit. Sie lässt sich zwar in geringen Mengen in Kondensatoren speichern, für nennenswerte Energiemengen sind jedoch verlustbehaftete Umwege über andere Energiearten in Akkumulatoren, Pumpspeicherwerken oder Druckluftspeichern erforderlich. Andere Energiespeicher wie Wasserstoff oder Schwungräder werden dagegen gegenwärtig nur für relativ geringe Energiemengen genutzt (siehe auch Energiespeicher). Die Speicherkapazität des deutschen Erdgasnetzes für Wasserstoff liegt bei mehr als 200.000 GWh und kann den Energiebedarf mehrerer Monate zwischenspeichern.^[5] Zum Vergleich: die Kapazität aller deutschen Pumpspeicherkraftwerke beträgt dagegen nur 40 GWh. Das Erdgasnetz ist für die Aufnahme von Wasserstoff geeignet.^[6] Der Speicherbedarf einer künftigen Stromversorgung in Deutschland, die zu 80 % auf Windkraft- und Photovoltaikanlagen basiert, wird mit 30.000 GWh abgeschätzt und wäre damit bereits problemlos durch die vorhandenen Gasspeicher zu decken.^[7] Die ebenfalls gelegentlich vorgeschlagene Speicherung größerer Energiemengen zum Ausgleich von Schwankungen in der Stromversorgung in ganz Europa mit Pumpspeicherkraftwerken in Skandinavien oder den Alpen ist mit dem gegenwärtigen Stromnetzen nicht realisierbar. Aufgrund der hohen Verluste, die bei Wechselstromübertragung über große Distanzen entstehen, müsste dazu zunächst das derzeitige Höchstspannungsnetz mit 420 kV durch eines mit ca. 1250 kV überlagert oder eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) aufgebaut werden.^[8]

Andere Energieträger

Errichtung, Betrieb und Instandhaltung elektrischer Übertragungsnetze und die elektrischen Übertragungsverluste verursachen Kosten. Deshalb ist es bei der Standortwahl von Kraftwerken unbedingt erforderlich zu prüfen, ob die Umwandlung in elektrische Energie entfernt vom Ort des Verbrauchs erfolgt (verbrauchsferne Erzeugung) und dann übertragen wird. Mitunter ist es wirtschaftlicher, flüssige oder gasförmige Energieträger wie Öl, Erdgas, Industriegase, Fernwärme und Nahwärme über Rohrleitungen (Pipeline) zu transportieren und Kraftwerke direkt dort zu errichten, wo die elektrische Energie benötigt wird (verbrauchsnahe Erzeugung).

Die Verteilung von Feststoffen wie Steinkohle und Holz oder Kleinmengen von Heizöl und Kraftstoff (Benzin und Dieselkraftstoff) erfolgt durch LKW.

Energiespeicher

Der Jahreswärmebedarf an Heizenergie im Mitteleuropa könnte ohne die Verbrennung von fossilen Brennstoffen wie Kohle oder Erdöl durch Sonnenenergie gedeckt werden, wenn es ausreichend große Energiespeicher gäbe, welche die Strahlungsenergie der Sonne etwa zehn Monate lang ohne zu große Verluste bis in das Frühjahr speichern könnten. Die volkswirtschaftliche Ersparnis wäre sensationell, die Unabhängigkeit von Energieimporten begrüßenswert. Für dieses Fernziel gibt es (noch) keinen Lösungsansatz. Die Speicherung kleiner Energiemengen bei speziellen Energieträgern wie Erdgas oder Erdöl gelingt aber bereits zufriedenstellend.

Energieversorgungsunternehmen

Energieversorgungsunternehmen sind Unternehmen, die als Teil der Grundversorgung die Versorgung von Privathaushalten und Gewerbe mit Energie in Form von Strom, Ferngas und/oder Fernwärme bereitstellen.

In Deutschland sind Energieversorgungsunternehmen überwiegend kommunale Stadtwerke sowie regionale Tochterunternehmen der großen Regelzonenbetreiber.

Energieversorgungsunternehmen i.S.v. § 3 Nr. 18 EnWG sind „natürliche oder juristische Personen, die Energie an andere liefern, ein Energieversorgungsnetz betreiben oder an einem Energieversorgungsnetz als Eigentümer Verfügungsbefugnis besitzen; der Betrieb einer Kundenanlage oder einer Kundenanlage zur betrieblichen Eigenversorgung macht den Betreiber nicht zum Energieversorgungsunternehmen“.

Siehe auch

• Energiemarkt
• Energiewirtschaft
• Kraftwerksmanagement
• Energiekiosk
• Ethikkommission für eine sichere Energieversorgung

Literatur

• Wilm Tegethoff: Das Recht der öffentlichen Energieversorgung, ETV seit 1982 (Erstauflage), zusammen mit Ulrich Büdenbender, Heinz Klinger
• Wilm Tegethoff: Probleme der räumlichen Energieversorgung, Vincentz Hannover 1986, ISBN 3-87870-765-7
• Jochen Monstadt: Die Modernisierung der Stromversorgung. Regionale Energie- und Klimapolitik im Liberalisierungs- und Privatisierungsprozess, Verlag für Sozialwissenschaften, Wiesbaden 2004, ISBN 3-531-14277-1
• Thomas Schöne: Vertragshandbuch Stromwirtschaft. Praxisgerechte Gestaltung und rechtssichere Anwendung, Vwew Energieverlag 2007, ISBN 3-8022-0865-X
• Technologien für das 21. Jahrhundert: Energieversorgung für die Zukunft, S.203–297, F. A. Brockhaus GmbH, Leipzig – Mannheim 2000, ISBN 3-7653-7945-x
• Brockhaus Mensch, Natur, Technik: Die Zukunft unseres Planeten: Der Energiemix fürs 21. Jahrhundert, S. 274–395, Verlag Wissenmedia, ISBN 3-7653-7946-8

Weblinks

Wiktionary: Energieversorgung – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Elektrizitätsversorgung in Deutschland
• Energiestudie: Reserven, Ressourcen und Verfügbarkeit von Energierohstoffen 2004 (BGR – PDF, 4,5 MB)
• Energie und Umwelt – Zentrales Problem einer globalisierten Welt Quelle:OEW
• Energie Übersicht Energie Übersicht – Eine visuelle Überprüfung der Förder-und Verbrauchs Trends der Nationen; Daten aus der BP Statistical Review 2009. (deutsch, englisch)

Einzelnachweise