1 IER IER Endenergieverbrauch nach Anwendungsbereichen 2007
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IER Energie und Umwelt Prof. Dr.-Ing. Rainer Friedrich 1 Einführung, Grundlagen IER Energie und Umwelt Prof. Dr.-Ing. Rainer Friedrich Endenergieverbrauch nach Anwendungsbereichen 2007 in Deutschland: benötigte Energieformen sind mechanische Energie, Raum- und Prozesswärme, Warmwasser, Kälte, Licht, Informationsbereitstellung gesamter Endenergieverbrauch: 2,3 % 8 585 PJ 26,2 % 43,3 % 5,0 % 23,2 % Raumwärme mechanische Energie Warmwasser Beleuchtung sonstige Prozesswärme 1 IER Energie und Umwelt Prof. Dr.-Ing. Rainer Friedrich Endenergieverbrauch der Sektoren 2007 in Deutschland nach Verwendungszwecken 9000 Endenergieverbrauch in PJ 8000 * inkl. Information/Kommunikation ** inkl. Militär 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 Industrie Verkehr Prozesswärme Haushalte Raumwärme GHD** mech. Energie* gesamt Beleuchtung IER Energie und Umwelt Prof. Dr.-Ing. Rainer Friedrich Verfügbare Energieformen Energieformen Energieform Gleichungen (Beispiele) Energieträger (Beispiele) chemische Energie C + O2 CO2 + m hu fossile (Kohle, Öl, Gas) kinetische Energie E = /2 m v potentielle Energie E=mgh Wasser elektromagnetische Wellen 1 W = ( E D H B) , E = h 2 Sonnenstrahlung Kernenergie E=mc elektrische Energie E=UIt Strom thermische Energie Q=mcT Erdwärme 1 2 2 Wind Spaltmaterial (Uran) 2 IER Energie und Umwelt Prof. Dr.-Ing. Rainer Friedrich Energiebereitstellung bedeutet Umwandlung der verfügbaren in die benötigten Energieformen und Transport chemische Energie (fossile Brennstoffe, Biomasse) Kernenergie (Kernbrennstoffe) elektromagn. Energie (Sonne) Verbrennung Spaltung Kollektor kinet. Energie (Wind) potent. Energie (Wasser) Heizung, Prozeßwärme thermische Energie Wärme-Kraft-Maschine Rotor mechanische Energie Turbine Nutzarbeit Generator elektrische Energie Photozelle Wärme, Licht, Nutzarbeit Energieformen und Energieumwandlung Energie und Umwelt Prof. Dr.-Ing. Rainer Friedrich IER Übersicht zum Energieverbrauch in Deutschland 2007 Primärenergieverbrauch in PJ 13 844 Steinkohle (in %) 14,3 Braunkohle (in %) 11,6 Mineralöl (in %) 33,4 Naturgas (in %) 22,6 Kernenergie (in %) 11,1 Wasser- u. Windkraft (in %) 1,6 Sonstige (in %) 5,4 Endenergieverbrauch in PJ 8 585 feste Brennstoffe (in %) 11,7 Mineralölprodukte (in %) 37,8 Gas (in %) 25,2 Strom (in %) 22,2 Fernwärme (in %) 3,1 Energieträger-Nettoimportanteil (in %) 71,2 3 IER Energie und Umwelt Prof. Dr.-Ing. Rainer Friedrich Energiefluß von der Primärenergie zur Nutzenergie Verluste Eigenbedarf Energiegewinnung Energievorräte Energiequellen (Bergbau, Ölfeld) Primärenergie Zentrale Energieumwandlung Verluste Eigenbedarf (Kraftwerke, Raffinerien) Sekundärenergie Transport, Verteilung, Speicherung (Gaspipeline, Hochspannungsnetz) Bezugsenergie Verluste Eigenbedarf Betriebliche Energieumwandlung Stofflicher Einsatz (Gas, Strom) Endenergie Betriebliche Energieumwandlung Verluste Eigenbedarf (Wärme, Dampf) Gebrauchsenergie Energieverbraucher Verluste (Mechanische Energie, Wärme) Nutzenergie an Umgebung abgegebene Energie IER Energie und Umwelt Prof. Dr.-Ing. Rainer Friedrich Hauptsätze der Thermodynamik 1. Hauptsatz der Thermodynamik: Der Energieinhalt eines abgeschlossenen Systems ist konstant 2. Hauptsatz der Thermodynamik: Bei allen irreversiblen Prozessen verwandelt sich Exergie in Anergie, nur bei reversiblen Prozessen in einem abgeschlossenen System bleibt die Exergie konstant. Es ist unmöglich, Anergie in Exergie zu verwandeln Wärme ist eine beschränkt wandelbare Energie, eine Mischung aus Exergie und Anergie. Exergie von Wärme: mit EQ Q hC TU Tzu T U ) Q E Q = C Q = (1 T zu Exergiestrom Wärmestrom Carnot-Wirkungsgrad Umgebungstemperatur (Temperatur der abgeführten Wärme) Temperatur der zugeführten Wärme 4 IER Energie und Umwelt Prof. Dr.-Ing. Rainer Friedrich Energiebilanz eines fossil gefeuerten Kraftwerks mit Durchflußkühlung Brutto- 100 % 89-90 % 42-43 % Netto-Stromerzeugung 41-42 % 39-40 % Eigenbedarf 2 % (steigt mit REA 1% und DeNox) mechanische und elektrische Verluste 47 % Kondensator-Verlust 10-11 % Rauchgas- und Kesselverluste Energie und Umwelt Prof. Dr.-Ing. Rainer Friedrich IER Weltweiter Primärenergieverbrauch Weltweiter Primärenergieverbrauch nach Energieträgern 400,00 350,00 300,00 250,00 200,00 150,00 Holz Kernenerg. Wasserkr. Gase Mineralöl Kohle 100,00 50,00 18 60 18 64 18 68 18 72 18 76 18 80 18 84 18 88 18 92 18 96 19 00 19 04 19 08 19 12 19 16 19 20 19 24 19 28 19 32 19 36 19 40 19 44 19 48 19 52 19 56 19 60 19 64 19 68 19 72 19 76 19 80 19 84 19 88 19 92 0,00 5 IER Energie und Umwelt Prof. Dr.-Ing. Rainer Friedrich Energieverbrauch der Entwicklungs- und Schwellenländer* und der OECD-Staaten Primärenergieverbrauch in PJ 250 OECD-Staaten Enwicklungs- und Schwellenländer 200 150 100 50 0 1995 2000 Öl 2005 Erdgas 2008 Kohle 1995 Wasserkraft 2000 2005 2008 Kernenergie * Süd- u. Zentralamerika, Afrika, Mittlerer Osten, Nicht-OECD-Staaten in Asien und Europa IER Energie und Umwelt Prof. Dr.-Ing. Rainer Friedrich Primärenergieverbrauch pro Kopf [kgoe/capital] 9000 8000 1980 7000 6000 1990 5000 4000 2005 3000 2000 1000 0 USA EU Japan ehemalige Sovietunion Mittel- und Osteuropa Mittlerer Osten Lateinamerika China 6 IER Energie und Umwelt Prof. Dr.-Ing. Rainer Friedrich Klassifizierung von Ressourcen Ökonomische und geologische Ressourcen (McKelvey-Box) Totale Ressourcen effektive Reserven B sub- potentielle ökonomisch Reserven C unentdeckt hypothetische noch zu und spekulative findende Ressourcen Ressourcen in absehbarer Zukunft D un- nicht wirtschaftliche Ressourcen ökonomisch mit heutiger Technik nicht abbaubare Ressourcen der Wirtschaftlichkeit ökonomisch zunehmender Grad A bekannte Res. entdeckt zunehmender Grad geologischer Gewißheit A: Ressourcen auf Grund heutiger Preise (heute abbauwürdig) B: Ressourcen, die bei Preissteigerung abbauwürdig werden können (potentiell abbauwürdig) C: heutige technische Ressourcen (heute abbaufähig) D: geologische (maximale) Ressourcen IER Energie und Umwelt Prof. Dr.-Ing. Rainer Friedrich Zeitliche Entwicklung der sicher gewinnbaren Erdölreserven in der Welt Jahr 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1987 1988 1989 1990 1993 1997 2001 2004 sicher gewinnbare Reserven in 106 t 10 600 21 600 41 000 47 600 77 908 88 822 88 292 95 471 Ölförderung (weltweit) in 106 t/a 521 771 1 085 1 547 2 336 2 708 3 086 2 737 statische Reichweite in Jahren 20 36 38 31 33 33 29 35 121 042 123 940 2 978 3 106 42 42 136 800 136 500 3 149 3 168 44 43 136 000 151 409 151 795 159 664 3 495 2 880 3 524 3 847 43 43 43 41 7 IER Energie und Umwelt Prof. Dr.-Ing. Rainer Friedrich Wirkungskette von Umwelteinwirkungen Umwelteinwirkungen z.B. Emissionen Beispiele für Umwelteinwirkungen: direkte Beeinträchtigung der natürlichen Faktoren indirekte Beeinträchtigung der natürlichen Faktoren durch Vernetzung im Ökosystem - Schadstoffe in der Abluft - Schadstoffe im Abwasser Beispiele für natürliche Faktoren - Schadstoffeintrag in den Boden (Ressourcen): - Abwärme in der Luft - Abwärme im Abwasser/Kühlwasser - feste Abfälle - Oberflächengewässer - Grundwasserabsenkung durch Bau-- Grundwasser maßnahmen und Wasserentnahme - Klima/Luft - Lärm - Boden - Flächen’verbrauch’ - Flora - visuelle Belästigung - Fauna Beeinträchtigung menschlicher Nutzungsansprüche Beispiele für Nutzungsansprüche: - Atemluft - Nahrung - Wohnen - Erholung - Forstwirtschaft - Landwirtschaft - Trinkwasser - Brauchwasser - Existenzwert - Optionswert - Vermächtniswert Wirkungskette: Aktivität -> Umwelteinwirkung -> Ausbreitung und Umwandlung -> Exposition -> Wirkung -> Schaden/Nutzenverlust 8
