Stromerzeugung

Stromerzeugung ist die Erzeugung elektrischer Energie aus anderen Energieformen. Ein Beispiel dafür ist die Umwandlung von kinetischer Energie in elektrische Energie durch einen Generator. Die elektrische Energie wird dann zumeist über ein Stromnetz zu den angeschlossenen Geräten geleitet, um deren Strombedarf zu decken. Der Großteil der Stromerzeugung geschieht im industriellen Maßstab in Kraftwerken. Der Begriff „Nettostromerzeugung“ bezeichnet dabei genauer die Differenz zwischen der insgesamt erzeugten Strommenge (Bruttostromerzeugung) und dem Eigenbedarf der verschiedenen Kraftwerke. Beispielsweise liegt der Eigenbedarf von Kohlekraftwerken bei etwa 10 % und der von Kernkraftwerken um die 5 % der von ihnen selbst erzeugten elektrischen Energie.

Stromerzeugung in Deutschland 1900-2005

Strommix in Deutschland (2010)

Bedeutung

Elektrische Energie ist der am vielseitigsten verwendbare Energieträger, der sich zudem mit besonders geringen Verlusten in andere Energieformen umwandeln lässt. Sie ist Voraussetzung für jede moderne Industrie und kann nicht durch andere Energieträger ersetzt werden, ohne hohe Verluste in Kauf zu nehmen. Ein Stromausfall bringt erfahrungsgemäß jede Volkswirtschaft zum Erliegen und muss deshalb weitestgehend begrenzt bleiben.

Eine hohe Bedeutung bei der Bereitstellung von Elektroenergie kommt den rotierenden elektrischen Maschinen zu. In Wärmekraftwerken kommen ausschließlich Drehstrom-Synchrongeneratoren zum Einsatz. Auch in Windkraftanlagen und Wasserkraftwerken finden Drehstrom-Synchrongeneratoren Anwendung. Dort werden aber ebenfalls Drehstrom-Asynchrongeneratoren eingesetzt.

Hauptvorteil ist die Möglichkeit, einen ganzen Erdteil wie Europa mit einem Verbundnetz zu überziehen, in dem der elektrische Strom mit geringen Verlusten verteilt werden kann und sich durch die Vielzahl der verbundenen Kraftwerke die Redundanz und somit die Versorgungssicherheit erhöht.

Hauptnachteil des elektrischen Stromes ist die Tatsache, dass sich – volkswirtschaftlich gesehen – nur verschwindend geringe Energiemengen unmittelbar speichern lassen. Nur durch aufwändige Umwandlung in andere Energieformen, beispielsweise mittels Pumpspeicherkraftwerken, lässt sich vermeiden, dass die erzeugte elektrische Energie in jedem Augenblick exakt mit der verbrauchten Menge übereinstimmen muss.

Elektrische Energie ist weitestgehend die alleinige Übertragungsart, um die Energie eines Wasserkraftwerks, einer Windkraftanlage oder eines Kernkraftwerks in industrialisierte Gebiete zu transportieren. Als Alternative dazu gibt es die Wasserstoffwirtschaft, die bisher jedoch nur in weit geringerem Umfang eingesetzt wird.

Historisches

Der Siegeszug der elektrischen Energieversorgung begann nach 1882^[1] durch die Konstruktion von Kraftwerken mit elektrischen Generatoren. Zunächst waren es voneinander unabhängige Insellösungen. Sehr schnell erkannte man die Vorteile von Wechselstrom-betriebenen Stromnetzen, weil diese nicht mehr so stark von der Betriebssicherheit einzelner Kraftwerke abhingen. In Deutschland bildeten sich zwei fast unabhängige Stromnetze:

• Das öffentliche Netz mit 50 Hz und
• das Bahnstromnetz mit 16 2/3 Hz für die damals staatliche Eisenbahn.

Einige Kraftwerke wurden mit getrennten Generatoren ausgestattet und konnten Strom für beide Systeme erzeugen.

Heute ist die Stromerzeugung in Deutschland privatisiert, es gibt 876 Stromversorger^[2].

Bruttostromerzeugung nach Energieträgern

Die folgende Tabelle stellt die Bruttostromerzeugung nach Energieträgern im Jahr 2008 verschiedener Länder gegenüber.

Bruttostromerzeugung nach Energieträgern im Jahr 2008 verschiedener Länder^[3] (Link nicht mehr abrufbar)

	Deutschland Schwerpunkt: Kohle		Frankreich[4] Schwerpunkt: Kernenergie		Norwegen Schwerpunkt: Wasserkraft		China Schwerpunkt: Kohle
Energieträger	Strommenge in TWh	Anteil in %	Strommenge in TWh	Anteil in %	Strommenge in TWh	Anteil in %	Strommenge in TWh	Anteil in %
Kohle	278,5	43,6 %	19,8	3,4 %	2,2	1,5 %	2785,74	78 %
Kernenergie	148,8	23,3 %	440,3	72,7 %	0	0	82,14	2,3 %
Erdgas	83,0	13,0 %
Windkraft	40,2	6,3 %	0	0	0	0	13,0	0,36 %
Mineralölprodukte	10,5	1,6 %
Wasserkraft	19,6	3,1 %	63,4	11 %	140,5	98,5 %	628,58	17,6 %
übrige Energieträger	58,1	9,1 %	50,9	8,9 %	0	0	62,14	1,74 %
Summe	639,1	100,0 %	574,4	96 %	142,7	100 %	3571,46	100 %
CO2-Ausstoß in g/kWh[5]	604		61		0,1		≈1000

Anmerkung: Für die nicht-eingerahmten Felder liegen keine Informationen vor, sie wurden gleich Null gesetzt.

In der folgenden Tabelle ist die Bruttostromerzeugung nach Energieträgern im Jahr 2010 in Deutschland aufgeführt.

Bruttostromerzeugung nach Energieträgern im Jahr 2010 in Deutschland^[6]

Energieträger	Strommenge (TWh)	Anteil
Braunkohle	147,0	023,7%
Kernenergie	140,5	022,6%
Steinkohle	116,0	018,7%
Erdgas	084,5	013,6%
Mineralölprodukte	007,5	001,2%
Wasserkraft	019,7	003,2%
Windkraft	036,5	005,9%
Biomasse	028,5	004,6%
Photovoltaik	012,0	001,9%
Müllverbrennung[Anm. 1]	004,8	000,8%
Übrige Energieträger	023,2	003,7%
Summe	621,0	100,0%
regenerativer Anteil	102,3	016,5%

1. ↑ erneuerbarer Anteil

Der Strommix der einzelnen Versorgungsunternehmen weicht von diesen Durchschnittswerten stark ab.

Stromwirtschaft

→ Hauptartikel: Energiewirtschaft

Der Preis von elektrischer Energie in Deutschland

→ Hauptartikel: Strompreis

Endkosten

Die Strompreise hängen von der Bezugsmenge ab. Industrie-Strompreise für sehr große Mengen sind wohl das beste Maß für die Erzeugerkosten. Sie betrugen 2007 bei einer Mindestabnahme von 70.000 MWh 6,6 ct/kWh, dazu müssen noch 4,5 ct/kWh Steuern und Abgaben addiert werden^[7]. Gesamtpreis 11,1 ct/kWh.

Ein Haushalt mittlerer Größe in Deutschland verbraucht jährlich etwa 3500 kWh und bezahlt dafür im Jahr 2008 12,98 ct/kWh an den Stromlieferanten. Dazu kommen 8,67 ct/kWh Abgaben und Steuern^[8]. Gesamtpreis 21,65 ct/kWh.

Erzeugungskosten

Stromerzeugungskosten in Deutschland

	Brennstoff- kosten 2007[9] in ct/kWh	Gestehungskosten[10] ab Kraftwerk in ct/kWh	darin enthaltene externe Kosten[11] wegen Klima- und Gesundheitsschäden in ct/kWh	Emission Kohlendioxid in g/kWh	Emission Schwefeldioxid in mg/kWh	Emission Stickoxide in mg/kWh
Kohlekraftwerk	0,38 Braunkohle 0,92 Steinkohle	b!2,40 Braunkohle 3,35 Steinkohle	a!2,4	900	750	800
Wasserkraftwerk	0	d!4,30	m!0,1	10	20	40
Kernkraftwerk	0,25	a!2,65	m!0,1	66 [12]	30	30
Erdgas GUD	2,63	c!4,90	b!1,1	410	80	390
Windkraftanlage	0	e! 2,9- 4,6	e!0,2	10	50	40
Photovoltaik	0	z!21,11 – 28,74[13]	d!0,8	27 - 59 [14]	340	280
Holz HKW	ca. 8…10	d!10[7]	c!0,95	40	150	1130
Biogas BHKW	ca. 5…8 (Mix Maissilage / Gülle)	f!13 bis 21[7]	c!?	410!?	80!?	390!?

Die in obiger Tabelle angegebenen Preise sind teilweise allerdings nur dürftig belegt und es fehlen deren Berechnungsgrundlagen. So hat beispielsweise ein altes Kraftwerk, welches seine Kapitalkosten bereits amortisiert hat, wesentlich tiefere Stromerzeugungskosten als ein neues Kraftwerk. Zudem sind die Erzeugungskosten auch abhängig davon ob externe Kosten wie Rückbau- und Entsorgungskosten einberechnet werden.

Vergütung 2011 gemäß Erneuerbare-Energien-Gesetz^[15]

Kraftwerkstyp	Entgelt in ct/kWh
Photovoltaik	21,11 – 28,74
Geothermie	10,40 – 15,84
Windkraft an Land	4,97 – 9,11
Windkraft off-shore	3,5 – 13
Wasserkraft	3,47 – 12,67
Bioenenergie	7,71 – 11,55
Deponiegas, Klärgas, Grubengas	4,10 – 8,87

Auch muss berücksichtigt werden, dass die Brennstoffkosten nicht stabil sind und dass die Kapital- und Unterhaltskosten innerhalb eines Kraftwerkstyps variieren.

Bei Biogas BHKWs und Holz Heizkraftwerken sind außerdem die Brennstoff-Kosten zu 100 % auf die erzeugte elektrische Energie umgelegt, wohingegen in der Realität die Abwärme dieser Kraftwerke i.d.R. über Nahwärmesysteme mitgenutzt wird. Unter Berücksichtigung eines Leistungsverhältnis (elektrisch:thermisch) von 50:50 (bei Biogas BHKW) bzw. 20:80 (bei Holz HKW) reduzieren sich die Brennstoffkosten auf 2,5–4 ct/kWh_elektr. (Biogas BHKW) bzw. 1,6–2 ct/kWh_elektr. (Holz HKW). Eine ähnliche Kalkulation kann natürlich auch bei BHKWs mit anderen Brennstoffen (z. B. Gas oder Öl) angesetzt werden.

Bei Wind und Photovoltaik sind nicht die tatsächlichen Erzeugungskosten angegeben, sondern die Maximaleinspeisevergütungen. Diese gesetzlich garantierten Vergütungen werden von Jahr zu Jahr, teilweise auch unterjährig, reduziert.

Stromhandel in Europa

→ Hauptartikel: Energiemarkt: Stromhandel in Europa

Strompreise bei einem Jahresverbrauch zwischen 2.500 und 5.000 kWh (2010)^[16]

Staat	Cent/kWh
Belgien	19,67
Bulgarien	8,22
Tschechische Rep.	13,69
Dänemark	26,89
Deutschland	24,07
Estland	9,87
Irland	18,40
Griechenland	11,96
Spanien	17,90
Frankreich	12,73
Italien	19,42
Zypern	19,40
Lettland	10,49
Litauen	11,86
Luxemburg	17,37
Ungarn	16,38
Malta	17,00
Niederlande	17,00
Österreich	19,49
Polen	13,62
Portugal	16,25
Rumänien	10,42
Slowenien	14,14
Slowakei	15,79
Finnland	13,48
Schweden	18,99
Großbritannien	14,18
Norwegen	19,67

In Europa ist es seit langem üblich, dass elektrische Energie wie jede andere Ware gehandelt wird. Folgen des grenzüberschreitenden Stromhandels zeigten sich an einem Zwischenfall am 28. September 2003: Eine Hochspannungsleitung in den Alpen wurde unterbrochen, was einen Stromausfall in ganz Norditalien zur Folge hatte. Im Regelfall laufen die Verbindungen aber problemlos und dienen auch dazu, die Stromversorgung während der regelmäßigen Abschaltung von Kraftwerken zu Wartungszwecken unterbrechungsfrei zu gewährleisten.

Der Preis von elektrischer Energie in Europa

Die Strompreise in Europa unterscheiden sich erheblich. Spitzenreiter ist Dänemark, gefolgt von Deutschland.

Welches Kraftwerk liefert wem Strom?

Grundsätzlich liefert das nächstgelegene Kraftwerk den Großteil der verbrauchten Energie. Bildlich kann man sich das wie eine bergige Landschaft vorstellen: Die Kraftwerke „drücken“ die Bergspitzen nach oben, die Verbraucher (Städte, Industrieanlagen) ziehen nach unten. Energie fließt – genauso wie darüber geschüttetes Wasser – den steilsten Weg bergab und verschwindet dort. In der Physik nennt man das Gradient eines Skalarfeldes. Es wurde noch nie beobachtet, dass Wasser abwechselnd bergauf- und bergab fließt, um in ein ganz bestimmtes Tal zu gelangen. Der Energiefluss verhält sich genauso.

In Zusammenhang mit Ökostrom taucht immer wieder die Frage auf, wie es manche Stromanbieter erreichen, elektrischen Strom von einem ganz bestimmten, oft weit entfernten Kraftwerk zu beziehen. Strombezug aus einem weit entfernten Kraftwerk ist physikalisch nicht möglich, außer man koppelt sich vom öffentlichen Stromnetz ab und legt eine separate Leitung zum gewünschten Kraftwerk. Wichtig ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass der Strommarkt eine bilanzielle Trennung zulässt, d.h. ein Verbraucher entnimmt dem Verbundnetz die gleiche Menge Energie, die er bei einem Stromerzeuger eingekauft hat, und die dieser ins Netz einspeist. Physikalisch kommt die elektrische Energie überwiegend aus den nächstgelegenen Kraftwerken, das Tauschgeschäft "Geld gegen Ware" erfolgt über den "Stromsee" des Verbundnetzes mit dem ausgewählten Stromanbieter.

In den Fällen Kassel und Wolfhagen bei Kassel^[17] wäre das das Kernkraftwerk Grohnde, lokales Müllheizkraftwerk^[18], lokale Fernwärmekraftwerke^[19], lokale Blockheizkraftwerke^[20] und lokale Photovoltaik-Anlagen. Abhängig von der Leitungsführung könnten auch die weiter entfernten Anlagen Kraftwerk Werdohl-Elverlingsen und Kraftwerk Staudinger Großkrotzenburg geringe Anteile mitliefern. Nur bei Spitzenbedarf schaltet sich das Pumpspeicherkraftwerk Waldeck dazu. Die Wahrscheinlichkeit, dass die elektrische Energie aber physikalisch von schwedischen oder österreichischen Wasserkraftwerken kommt ist gering^[21].

Lokale und mobile Stromerzeugung

Eine Stromerzeugung in der Nähe des Verbrauchers, etwa innerhalb oder in der Nähe von Wohngebieten und Industrieanlagen, bezeichnet man als dezentrale Stromerzeugung. Wird Strom über ein räumlich begrenztes Stromnetz verteilt, spricht man von einem Inselnetz.

Wird Strom nicht über ein Stromnetz verteilt, sondern lokal erzeugt und verbraucht, so spricht man von einer Insellösung. Beispiele dafür sind Stromgeneratoren, Solarzellen und Brennstoffzellen, aber auch Lichtmaschine und Fahrraddynamo beim Auto und Fahrrad. Bei mobilen Geräten kommen typischerweise Batterien, Akkumulator und Brennstoffzellen als Energiespeicher zum Einsatz.

Auswirkungen auf die Gesundheit

Todesfälle und Erkrankungen nach Primärenergieträger in der Europäischen Union (jeweils pro Terawattstunde)^[22]

Primärenergiequelle	Todesfälle durch Unfälle (Öffentlichkeit)	Todesfälle durch Unfälle (Beschäftigte)	Todesfälle durch Luftverschmutzung	Schwere Erkrankungen durch Luftverschmutzung	Leichte Erkrankungen durch Luftverschmutzung
Braunkohle	0,02	0,10	32,6	298	17.676
Steinkohle	0,02	0,10	24,5	225	13.288
Erdgas	0,02	0,001	2,8	30	703
Erdöl	0,03		18,4	161	9.551
Biomasse			4,63	43	2.276
Kernenergie	0,003	0,019	0,052	0,22

Unterschiedliche Formen der Stromerzeugung haben deutlich unterschiedliche Effekte auf die Gesundheit. Diese können durch Unfälle und durch Luftverschmutzung im Normalbetrieb auftreten. Laut Tabelle ist die Zahl der Todesfälle in der Öffentlichkeit durch Unfälle aufgrund von Luftverschmutzung und Unfälle in der Europäischen Union bei der Kernenergie deutlich niedriger als bei Braun- oder Steinkohle. Die meisten Erkrankungen durch Luftverschmutzung pro erzeugter Terawattstunde werden in der Europäischen Union durch Braun- und Steinkohle verursacht, gefolgt von Erdöl und Biomasse.

Verweise

Siehe auch

• Erneuerbare Energie
• Kraftwerksmanagement
• Straße der Energie
• Elektrizität/Tabellen und Grafiken

Literatur

• Ernst Huenges: Energie aus der Tiefe: Geothermische Stromerzeugung. In: Physik in unserer Zeit. 35(6), 2004, ISSN 0031-9252, S. 282–286

Weblinks

 Wiktionary: Stromerzeugung – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien und fossilen Brennstoffen
• bine.info Portal zur Energieforschung: Thema Energieerzeugung
• Daten, Statistiken, Infografiken Agenda 21 Treffpunkt: Stromerzeugung, - verteilung, -verbrauch
• Stromrechner: Berechnung der Umweltbelastung Ihres Strommixes

Einzelnachweise und Anmerkungen

1. ↑ Die Geschichte der Energieversorgung in Deutschland. Abgerufen am 29. März 2011. 
2. ↑ http://www.tagesschau.de/wirtschaft/meldung100028.html (nicht mehr online verfügbar)
3. ↑ BP-Review
4. ↑ [1]
5. ↑ Summarische Darstellung der verschiedenen Bilanzen von World Nuclear Association (WNA) und Ökoinstitut nach CO₂-Bilanzen verschiedener Energieträger im Vergleich (PDF-Datei, 1,01 MB), Wissenschaftliche Dienste des Deutschen Bundestages, 2007
6. ↑ Stromerzeugung nach Energieträgern von 1990 bis 2010 (in TWh) Deutschland insgesamt (AG Energiebilanzen)
7. ↑ ^{a b c} [2] Universität Stuttgart
8. ↑ Europäische Kommission
9. ↑ [3] Verträglichkeit von erneuerbaren Energien und Kernenergie
10. ↑ [4]BMWi
11. ↑ [5]Herausforderung Energie: Sind wir auf dem Weg zu einer klimaverträglichen und nachhaltigen Energieversorgung? Seite 28
12. ↑ [http://www.nirs.org/climate/background/sovacool_nuclear_ghg.pdf Valuing the greenhouse gas emissions from nuclear power: A critical survey Benjamin K. Sovacool, Elsevier, Energy Policy 36 (2008) 2940– 2953]
13. ↑ Leistungsabhängige Fördersätze für Photovoltaikanlagen seit 1. Januar 2011, siehe Erneuerbare-Energien-Gesetz#Photovoltaikanlagen
14. ↑ [http://www.clca.columbia.edu/papers/Photovoltaic_Energy_Payback_Times.pdf Photovoltaics Energy Payback Times, Greenhouse Gas Emissions and External Costs: 2004–early 2005 Status]
15. ↑ Vergütungssätze pro Kilowattstunde in Cent ab 1. Januar 2011
16. ↑ Energiestatistiken, BMWi
17. ↑ [6]Kassel kündigt Eon
18. ↑ MHKW Kassel
19. ↑ [7]
20. ↑ Blockheizkraftwerk in Kassel
21. ↑ [8]Alternative Energie: Illusion Ökostrom
22. ↑ Anil Markandya, Paul Wilkinson (2007): Electricity generation and health. Lancet, Band 370, S. 979–90.