Primärenergieverbrauch

Primärenergieverbrauch (PEV) ist der Verbrauch von Primärenergie, den ein Vorgang erfordert. Der Primärenergieverbrauch ergibt sich aus dem Endenergieverbrauch und den Verlusten, die bei der Erzeugung der Endenergie aus der Primärenergie auftreten.

Volkswirtschaftlich gesehen ist der Primärenergieverbrauch die gesamte einer Volkswirtschaft zugeführte Menge an Primärenergie. Sie wird in der Regel für einen Zeitraum von einem Jahr ermittelt. Mit ihr werden Energiedienstleistungen erbracht. Hierzu gehören Produzieren, Heizen, Bewegen, Elektronische Datenverarbeitung, Telekommunikation oder Beleuchten. Diese Energie wird meistens kurz nach ihrer Gewinnung wieder verbraucht. Ein Teil wird in Kohlenhalden, Erdgaskavernen, Öltanklagern oder Ölkavernen gespeichert.

Teilweise tritt der Staat als Bevorrater für strategische Reserven auf, zum Beispiel bei strategischen Ölreserven.

Unternehmen bevorraten Primärenergieträger, um in Zeiten mit hohem Energieverbrauch (Leistungsaufnahme) Lastspitzen bedienen zu können.

Eingesetzte Energieträger

Die eingesetzten Energieträger sind:

Konventionelle Energie:

Erneuerbare Energie:

Der Begriff Energieverbrauch ist im physikalischen Sinne ungenau, da Energie nicht verbraucht (Energieerhaltungssatz), sondern nur umgewandelt (Energieumwandlung) bzw. entwertet (Energieentwertung) werden kann. Was tatsächlich verbraucht wird, sind die eingesetzten (konventionellen) Energieträger.

Verbrauchsermittlung

Wirkungsgradprinzip

Zur Berechnung des Primärenergieverbrauchs wird in Deutschland seit 1995 das Wirkungsgradprinzip benutzt. Es wird auch von den internationalen Organisationen IEA, EUROSTAT und ECE angewendet.

Bei den Energieträgern, die durch Verbrennen ihre Energie umwandeln und deren Heizwert bekannt ist (hauptsächlich fossile Energieträger), wird der jeweilige Heizwert mit der jeweiligen eingesetzten Menge multipliziert. Bei den Energieträgern Biomasse, Müll und Klärschlamm wird, wenn kein Heizwert bekannt ist, das im nachfolgend beschriebene Substitutionsverfahren zur Ermittlung der in den Primärenergieverbrauch einfließenden Energien angewandt.

Bei der Bewertung der Kernenergie wird ein Wirkungsgrad von 33 % bei der Energieumwandlung zu Strom zugrunde gelegt. In den Primärenergieverbrauch fließt die Kernkraft also mit über der dreifachen Energie des durch die Kernkraft entstehenden Stromes ein. Die Wirkungsgradmethode führt im Vergleich zur Substitutionsmethode bei Kernenergie zu einem höheren, bei den anderen Energiequellen zu einem niedrigeren Primärenergieanteil.

Bei der Stromerzeugung aus anderen Energieträgern, z. B. regenerative Energien, wie Wasserkraft, Wind oder Photovoltaik, fließt nur die erzeugte elektrische Energie in den Primärenergieverbrauch ein[1]. Dadurch wird ein Wirkungsgrad von 100 % zur Berechnung des Primärenergieverbrauchs angenommen. Die Energieträger Wasserkraft, Wind oder Photovoltaik sind, im Vergleich zu Energieträgern, bei deren Umsetzung ein geringer Wirkungsgrad eingesetzt wird, in den Statistiken zum Primärenergieverbrauch stark unterrepräsentiert, zum Beispiel um den Faktor 3 in Bezug zur Atomkraft ohne Kraft-Wärme-Kopplung. Im Jahr 2006 verfügte kein in Betrieb befindliches AKW in Deutschland über eine Kraft-Wärme-Kopplung.

Der Saldo des Stromaußenhandels geht ebenfalls direkt in den Primärenergieverbrauch ein, auch hier wird sozusagen bei dem Saldo des importierten Stroms ein Wirkungsgrad von 100 % angenommen. Deutschland war von 2003 bis 2011 im Saldo Stromexporteur.

Die so ermittelten Energien werden in dem Primärenergieverbrauch summiert.

Substitutionsmethode

Auch bei der Substitutionsmethode werden der Heizwert und die eingesetzten Mengen der Energieträger zugrunde gelegt.

Jedoch wird bei der Berechnung des Primärenergieverbrauches mit der Substitutionsmethode angenommen, dass der Strom aus den Energieträgern, denen kein Heizwert beigemessen werden kann (Kernkraft, Wasserkraft, Wind und Photovoltaik), und gegebenenfalls der Stromimportsaldo die entsprechende Stromerzeugung in konventionellen Wärmekraftwerken ersetzt (substituiert). Zur Berechnung wird dann die Energie der konventionellen Energieträger benutzt, die zu der Erzeugung des "ersetzten" Stroms im Durchschnitt notwendig gewesen wäre[2].

Der Anteil der regenerativen Energien am Primärenergieverbrauch ist je nach Berechnung, ob nach der Substitutionsmethode oder dem Wirkungsgradprinzip unterschiedlich. Zum Beispiel betrug der Anteil der regenerativen Energien in Deutschland im Jahr 2005 nach dem Wirkungsgradprinzip 4,6 % und nach der Substitutionsmethode rund 6,6 %[3].

Bis 1994 wurde in Deutschland die Substitutionsmethode zur Ermittlung des Primärenergieverbrauchs angewendet.

Maßeinheiten

Der Primärenergieverbrauch wird in der Regel als Energie, bezogen auf einen bestimmten Zeitraum (oft ein Jahr), angegeben. Die normgerechte Einheit der Energie ist das Joule bzw. Vielfache davon. Nachdem ein Joule im Verhältnis zu typischen Primärenergieangaben recht klein ist, werden in der Praxis insbesondere die größeren Vorsätze verwendet:

1 kJ/Jahr (Kilojoule/Jahr) = $ 10^{3} $ Joule/Jahr = 0,0317 mW
1 MJ/Jahr (Megajoule/Jahr) = $ 10^{6} $ Joule/Jahr = 0,0317 Watt
1 GJ/Jahr (Gigajoule/Jahr) = $ 10^{9} $ Joule/Jahr = 0,0317 kW
1 TJ/Jahr (Terajoule/Jahr) = $ 10^{12} $ Joule/Jahr = 0,0317 MW
1 PJ/Jahr (Petajoule/Jahr) = $ 10^{15} $ Joule/Jahr = 0,0317 GW
1 EJ/Jahr (Exajoule/Jahr) = $ 10^{18} $ Joule/Jahr = 0,0317 TW

Energie pro Zeiteinheit (z. B. Petajoule pro Jahr) stellt eine Leistungseinheit dar. Man kann also den Primärenergieverbrauch innerhalb eines bestimmten Zeitraums auch als durchschnittliche Leistungsaufnahme in diesem Zeitraum betrachten. Für Deutschland betrug zum Beispiel im Jahr 2004 der Primärenergieverbrauch 14.438 PJ. Dies entspricht einer mittleren Leistung von 458 GW bzw. 5,55 kW pro Kopf bei einer Bevölkerung von 82,5 Millionen Menschen.

In älterer Literatur ist auch eine Vielzahl anderer Einheiten zu finden; teilweise werden sie bis heute gebraucht. Beispiele sind:

  • TWh pro Jahr
  • Mio. kWh pro Jahr
  • Mio. t SKE pro Jahr
  • Mrd. BTU pro Jahr
  • Mio. Fass Öl pro Jahr
  • G t ÖE (engl. oe) pro Jahr

Wattstunden und Vielfache davon (wie kWh oder TWh) sind keine SI-Einheiten, werden aber als Produkt aus der SI-Einheit Watt und der für den Gebrauch in Verbindung mit dem SI-System zugelassenen Stunde oft als normgerecht betrachtet.

Endenergieverbrauch

Die an Endkunden im Inland abgegebene Energie wird als Endenergieverbrauch bezeichnet. Auch beim Endverbraucher erfolgt noch vielfach eine Energieumwandlung zur Bereitstellung einer Energiedienstleistung. Werden die Verluste dieser Umwandlungsstufe vom Endenergieverbrauch abgezogen, so wird das Ergebnis Nutzenergie genannt.

Der Primärenergieverbrauch der nach dem Wirkungsgradprinzip ermittelt wurde, enthält, außer der unter Wirkungsgradprinzip beschriebenen Ausnahme, auch alle Umwandlungs- und Übertragungsverluste.

Die Aufteilung des Endenergieverbrauchs nach Energieträgern weicht erheblich von der des Primärenergieverbrauchs ab. Beispielsweise ist für das Jahr 2005 in Deutschland der Unterschied bei Erdgas besonders groß. Der Anteil der erneuerbaren Energien bei dem Endenergieverbrauch lag höher als der Anteil der Kernenergie.

PEV und Endenergieverbrauch für Deutschland 2005
Statistikart PEV nach Wirkungsgradprinzip[4] Endenergieverbrauch[5]
Mineralöl 36,0 % 37,7 %
Erdgas 22,7 % 32,1 %
Steinkohle 12,9 % 9,4 %
Braunkohle 11,2 % 8,7 %
Erneuerbare Energien 4,6 % 6,4 %
Kernenergie 12,5 % 5,7 %
Gesamt 14244 PJ 10570 PJ

Bruttoendenergieverbrauch

Der Bruttoendenergieverbrauch setzt sich aus den Energieprodukten (Strom, Fernwärme, Benzin, Diesel, Gas u. a.), die der Industrie, dem Verkehrssektor, Haushalten, dem Dienstleistungssektor einschließlich des Sektors der öffentlichen Dienstleistungen sowie der Land-, Forst- und Fischereiwirtschaft zu energetischen Zwecken geliefert werden, zusammen. Auch der Elektrizitäts- und Wärmeverbrauch den die Energiewirtschaft für die Elektrizitäts- und Wärmeerzeugung benötigt, wird hinzugerechnet. Des Weiteren werden auch die Verluste bei der Elektrizitäts- Wärmeverteilung und Übertragung mit eingerechnet.[6]

Das Europäische Parlament hat im Jahr 2009 beschlossen (Richtlinie 2009/28/ EG[7]) als verbindliches Ziel für die gesamte EU einen Anteil erneuerbarer Quellen am Bruttoendenergieverbrauch bis zum Jahr 2020 auf 20 % zu steigern bzw. im Verkehrssektor einen Anteil regenerativer Energiequellen in Höhe von mindestens 10 % zu erreichen. Dabei wurden unterschiedliche nationale Zielwerte festgelegt, für Deutschland soll der Anteil erneuerbarer Energien am Bruttoendenergieverbrauch bis zum Jahr 2020 auf 18 % gesteigert werden.

Bruttoendenergieverbrauch Deutschland 2005 - 2010 [8]
Statistikart 2005 2008 2009 2010
Endenergieverbrauch (lt. Energiebilanz) 9 239 PJ 9 098 PJ 8 692 PJ 9 060 PJ
Fackel- und Leitungsverluste (Strom) 106 PJ 108 PJ 90 PJ 87 PJ
Fackel- und Leitungsverluste (Wärme) 39 PJ 37 PJ 37 PJ 37 PJ
Eigenverbrauch der Kraftwerke und Heizkraftwerke (Strom) 141 PJ 138 PJ 128 PJ 143 PJ
Eigenverbrauch der Kraftwerke und Heizkraftwerke (Wärme) 0 0 0 0
Bruttoendenergieverbrauch 9 524 PJ 9 382 PJ 8 947 PJ 9 327 PJ
Summe Erneuerbare Energieträger 769 PJ 1 147 PJ 1 201 PJ 1 366 PJ
Anteil der erneuerbaren Energien am Bruttoendenergieverbrauch 8,1% 12,2% 13,4% 14,6%

Verbrauch nach Ländern

Deutschland

2005 betrug der Primärenergieverbrauch in Deutschland 14.238 PJ[9]. Dies entspricht einer mittleren Leistungsaufnahme von 451 GW bzw. 5.473 W/Kopf bei einer Bevölkerung von 82,4 Mio. Menschen. 2006 waren es 14.464 PJ[9] bei 82,3 Mio. Menschen, also 5572 W/Kopf. Neuere Daten sind auf der Internetpräsenz der AG Energiebilanzen zu finden[10], ausführliche Daten zu den Erneuerbaren Energien publiziert das Bundesumweltministerium.[11]


Primärenergieverbrauch nach Energieträgern in Deutschland (%)[12]
Energieträger 2007 2008 2009 2010 2011
Mineralöl 32,6 34,1 34,3 32,9 33,6
Braunkohle 11,4 10,8 11,1 10,6 11,6
Erdgas, Erdölgas 22,5 22,4 22,5 22,3 20,8
Kernenergie 10,8 11,3 10,9 10,8 8,7
Wasser- und Windkraft 1)3) 1,6 1,6 1,7 1,8 2,3
andere Erneuerbare 2) 6,2 6,3 7,2 8,2 8,7
Außenhandelssaldo Strom −0,5 −0,6 −0,4 −0,4 −0,2
Sonstige 4) 1,2 1,5 1,7 1,8 1,8

1) Windkraft ab 1995
2) u.a. Brennholz, Brenntorf, Klärgas, Müll
3) inkl. Fotovoltaik
4) Sonstige Energieträger u.a. Grubengas, nichterneuerbarer Müll

Primärenergieverbrauch in Deutschland 2006/2007[13]:

2006 2007 Veränderungen Anteile
Energieträger Petajoule pro Jahr Petajoule pro Jahr Petajoule pro Jahr  % 2006 2007
Mineralöle 5179 4678 -501 -9,7% 35,5% 33,8%
Erdgas 3285 3136 -149 -4,5% 22,6% 22,7%
Steinkohlen 1923 1952 29 1,5% 13,2% 14,1%
Braunkohlen 1574 1618 44 2,8% 10,8% 11,7%
Kernenergie 1826 1533 -293 -16,1% 12,5% 11,1%
Wasserkraft 71 72 1 0,8% 0,5% 0,5%
Windenergie 111 146 35 31,6% 0,8% 1,0%
Außenhandelssaldo Strom -71 -55 16 -20,8% -0,5% -0,4%
Sonstige 667 762 95 14,1% 4,6% 5,5%
Insgesamt 14565 13842 -732 -5,0% 100,00% 100,00%
dar.: Erneuerbare Energien 785 909 124 15,7% 5,4% 6,6%

Giga = $ 10^{9} $; Peta = $ 10^{15} $


Primärenergieverbrauch in Deutschland in PJoule pro Jahr von 1990 bis 2011[12]

Jahr 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
Mineralöl 5217 5525 5612 5731 5681 5689 5808 5753 5775 5599 5499 5577 5381 5286 5214 5166 5121 4626 4904 4635 4684 4537
Steinkohle 2306 2330 2196 2139 2140 2060 2090 2065 2059 1967 2021 1949 1927 2010 1909 1808 1964 2017 1800 1496 1714 1734
Braunkohle 3201 2507 2176 1983 1861 1734 1688 1595 1514 1473 1550 1633 1663 1639 1648 1596 1576 1613 1554 1507 1512 1563
Erdgas, Erdölgas 2293 2409 2382 2520 2567 2799 3132 2992 3019 3010 2985 3148 3143 3181 3198 3250 3312 3191 3222 3039 3171 2808
Kernenergie 1668 1609 1733 1675 1650 1682 1764 1859 1764 1855 1851 1868 1798 1801 1822 1779 1826 1533 1623 1472 1533 1178
Wasser- und Windkraft 1)3) 58 53 62 64 67 83 73 77 80 91 127 124 145 132 166 173 191 230 236 231 254 311
andere Erneuerbare 2) 139 145 145 164 186 191 197 267 299 312 290 308 310 429 485 596 748 886 911 970 1160 1175
Außenhandelssaldo Strom 3 -2 -19 3 8 17 -19 -8 -2 4 11 10 2 -29 -26 -31 -71 -69 -81 -52 -64 -23
Sonstige 22 35 32 30 25 13 13 14 12 12 68 62 57 151 176 222 171 169 210 231 254 237
Insgesamt 14905 14610 14319 14309 14185 14269 14746 14614 14521 14323 14402 14679 14427 14600 14591 14558 14837 14197 14380 13531 14217 13521

1) Windkraft ab 1995
2) u.a. Brennholz, Brenntorf, Klärgas, Müll
3) inkl. Fotovoltaik

Anmerkungen: Langfristig leichter Rückgang, pro Kopf um immerhin 7,3 % seit 1990. Mineralöle nehmen nach Maximum 1996 ab. Wasserkraft/Windenergie nimmt zu.

Beitrag erneuerbarer Energien zum Primärenergieverbrauch – in PJ[14]
2004 2005 2006 2007a)
Wasserkraft 76 77 77 75
Windkraft 92 95 110 142
Photovoltaik 2 4 7 13
Holz, Stroh u. a. feste Stoffe 224 293 334 k. A.
Biodiesel u. a. flüssige Brennstoffe 42 85 163 167
Klärschlamm, Müll, Deponiegas 40 48 57 k. A.
Klärgas einschl. Biogas 28 39 66 k. A.
Sonstige Erneuerbare (1) 15 16 19 k. A.
Insgesamt 518 659 834 932
Prozentualer Anteil am
Primärenergieverbrauch
3,5 4,6 5,7 6,7
(1) Solarthermie, Geothermie, Wärmepumpen

Quelle: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie;   a)BMU

Europa

In Europa (OECD-Länder) betrug der Primärenergieverbrauch 1997 71.900 Petajoule. Dies entspricht einer mittleren Leistungsaufnahme an Primärenergie von 2.280 Gigawatt.

Weltweit

Im Jahr 2002 betrug der kommerzielle Weltprimärenergieverbrauch 394.000 PJ. Dies entspricht einer mittleren Leistungsaufnahme von 12,5 TW. Die beiden Hauptverbraucher waren die USA (24,4 %) und die Volksrepublik China (10,6 %)[15],[16].

Da diese großen Zahlen oft schwer vorstellbar sind, werden sie unter anderem in einen jährlichen Primärenergieverbrauch oder eine mittlere Leistungsaufnahme pro Kopf der Bevölkerung umgerechnet, wie in der folgenden Tabelle. Zum Vergleich verschiedener Volkswirtschaften werden häufig Kennzahlen pro Kopf gebildet, z. B. beim Bruttoinlandsprodukt in BIP/Kopf.

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Nr. Land durchschnittlich beanspruchte Leistung an
Primärenergieträgern,[17][18] in Watt/Kopf
01 Ver. Arab. Emirate 21.610
02 Norwegen 12.610
03 Kanada 12.252
04 Singapur 11.774
05 USA 10.460
06 Kuwait 10.101
07 Belgien / Luxemburg 7.858
08 Australien 7.672
09 Niederlande 7.314
10 Schweden 7.208
11 Finnland 6.796
12 Neuseeland 6.345
13 Frankreich 5.761
14 Republik Korea 5.761
15 Deutschland 5.549
16 Schweiz 5.482
17 Österreich 5.389
18 Japan 5.309
19 Taiwan 5.283
20 EU 15 im Jahr 2003 5.269
21 Amerika 5.071
22 UK 4.951
23 Irland 4.858
24 Dänemark 4.593
25 Europa 4.407
26 Spanien 4.407
27 Griechenland 4.128
28 Italien 4.075
29 Portugal 3.080
30 Malaysia 2.867
31 Welt 2.200
32 China 1.035
33 Asien 982
34 Indien 677
35 Indonesien 624
36 Afrika 465
37 Philippinen 372

Einzelnachweise

  1. Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen, Vorwort zu den Energiebilanzen für die BRD
  2. Umweltbundesamt Methodik der Indikatorenbildung bei der PEV
  3. Grafiken und Tabellen zur Entwicklung der erneuerbaren Energien in Deutschland vom Bundesministerium für Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit, Mai 2006
  4. Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen 2005
  5. [1] Abgerufen am 12. Jan. 2007 vom Bundesverbandes Erneuerbare Energie e.V. Endenergieverbrauch 2005. Aus Internet Archive am 2. Jan. 2011
  6. Richtlinie 2009/28/ EG [2]
  7. Richtlinie 2009/28/ EG [3]
  8. Energieverbrauch in Deutschland im Jahr 2011 von der Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen e.V. (Stand: 5. März 2012)
  9. 9,0 9,1 Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen 2006
  10. Milde Witterung drückt Primärenergieverbrauch im Jahr 2011 nach unten. AG Energiebilanzen. Abgerufen am 6. März 2012.
  11. Erneuerbare Energien 2011. Internetseite des BMU. Abgerufen am 6. März 2012.
  12. 12,0 12,1 [4] Stand 4. Oktober 2011
  13. Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen 2007
  14. BMWi-Energiestatistiken, Seite 20
  15. Statistisches Bundesamt Datenreport 2004
  16. International Energy Agency: Key World Energy Statistics 2005
  17. Statistisches Bundesamt
  18. International Energy Agency

Siehe auch

Weblinks

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