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:
- Erdöl
- Erdgas, (GTL)
- Steinkohle
- Braunkohle
- Kernenergie
- Wasserkraft
- Windenergie
- Solarenergie (Photovoltaik, Solarthermie)
- Biomasse (Biodiesel, Rapsöl, BTL, Biogas)
- Geothermie.
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.
| 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.
| 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]
| 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.
| 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.
| Nr. | Land | durchschnittlich beanspruchte Leistung an Primärenergieträgern,[17][18] in Watt/Kopf |
|---|---|---|
| 1 | Ver. Arab. Emirate | 21.610 |
| 2 | Norwegen | 12.610 |
| 3 | Kanada | 12.252 |
| 4 | Singapur | 11.774 |
| 5 | USA | 10.460 |
| 6 | Kuwait | 10.101 |
| 7 | Belgien / Luxemburg | 7.858 |
| 8 | Australien | 7.672 |
| 9 | 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
- ↑ Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen, Vorwort zu den Energiebilanzen für die BRD
- ↑ Umweltbundesamt Methodik der Indikatorenbildung bei der PEV
- ↑ Grafiken und Tabellen zur Entwicklung der erneuerbaren Energien in Deutschland vom Bundesministerium für Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit, Mai 2006
- ↑ Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen 2005
- ↑ [1] Abgerufen am 12. Jan. 2007 vom Bundesverbandes Erneuerbare Energie e.V. Endenergieverbrauch 2005. Aus Internet Archive am 2. Jan. 2011
- ↑ Richtlinie 2009/28/ EG [2]
- ↑ Richtlinie 2009/28/ EG [3]
- ↑ Energieverbrauch in Deutschland im Jahr 2011 von der Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen e.V. (Stand: 5. März 2012)
- ↑ 9,0 9,1 Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen 2006
- ↑ Milde Witterung drückt Primärenergieverbrauch im Jahr 2011 nach unten. AG Energiebilanzen. Abgerufen am 6. März 2012.
- ↑ Erneuerbare Energien 2011. Internetseite des BMU. Abgerufen am 6. März 2012.
- ↑ 12,0 12,1 [4] Stand 4. Oktober 2011
- ↑ Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen 2007
- ↑ BMWi-Energiestatistiken, Seite 20
- ↑ Statistisches Bundesamt Datenreport 2004
- ↑ International Energy Agency: Key World Energy Statistics 2005
- ↑ Statistisches Bundesamt
- ↑ International Energy Agency
Siehe auch
- Energiewirtschaft
- Liste der Staaten mit dem höchsten Energieverbrauch
