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(Gestaltung der Stromversorgung vor der Energiewende)
 
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Wie man hier sehr schön sieht, wird der tägliche Strombedarf nach Grund-, Mittel- und Spitzenlast durch unterschiedliche Kraftwerkstypen abgedeckt.<br/>
 
Wie man hier sehr schön sieht, wird der tägliche Strombedarf nach Grund-, Mittel- und Spitzenlast durch unterschiedliche Kraftwerkstypen abgedeckt.<br/>
Zur Grundlastversorgung werden träge thermische Kraftwerke (Kohle- und Kernkraft) eingesetzt. Da deren Turbinen mit 500 – 550°C heißem Wasserdampf betrieben werden, unterliegen die Zuleitungen einer extrem hohen Belastung durch Temperaturschwankungen. Das Problem liegt also nicht darin, einfach ein Druckventil zu öffnen oder wieder zu schließen, sondern Spannungsrisse in den Rohrleitungen zu verhindern. Mit einer geringen Leistungsschwankung von etwa 10% decken sie den täglichen Grundbedarf (ca. 45 Gigawatt) über 24Stunden/365Tage ab.<br/>
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Zur Grundlastversorgung werden träge thermische Kraftwerke (Kohle- und Kernkraft) eingesetzt. Da deren Turbinen mit 500 – 550°C heißem Wasserdampf betrieben werden, würden die Materialien extrem hohen Belastungen durch Temperaturschwankungen unterliegen. Das Problem liegt also nicht darin, einfach ein Druckventil zu öffnen oder wieder zu schließen, sondern Spannungsrisse in den Bauteilen zu verhindern. Mit einer geringen, gesteuerten Leistungsschwankung von etwa 10% decken sie den täglichen Grundbedarf (ca. 45 Gigawatt) über 24Stunden/365Tage ab.<br/>
 
Die blaue Linie für Laufwasserkraftwerke bildet hier allerdings eine Ausnahme. Sie sind einerseits sehr schnell regelbar, nutzen andererseits aber einen kostenlosen und permanent vorhandenen Energieträger. <br/>
 
Die blaue Linie für Laufwasserkraftwerke bildet hier allerdings eine Ausnahme. Sie sind einerseits sehr schnell regelbar, nutzen andererseits aber einen kostenlosen und permanent vorhandenen Energieträger. <br/>
 
Im Bereich Mittel- und Spitzenlast sind schnell regelbare Gaskraftwerke für etwa 15-17 Stunden täglich erforderlich. Wobei diese ca. 6 Stunden (Lastspitzen) durch Pumpspeicherkraftwerke unterstützt werden. Diese haben den Vorteil, daß deren Speicherseen in den Nacht- bis frühen Morgenstunden durch Überschüsse aus der Grundlast gefüllt werden und am selben Tag die gespeicherte Energie wieder abgeben.<br/>
 
Im Bereich Mittel- und Spitzenlast sind schnell regelbare Gaskraftwerke für etwa 15-17 Stunden täglich erforderlich. Wobei diese ca. 6 Stunden (Lastspitzen) durch Pumpspeicherkraftwerke unterstützt werden. Diese haben den Vorteil, daß deren Speicherseen in den Nacht- bis frühen Morgenstunden durch Überschüsse aus der Grundlast gefüllt werden und am selben Tag die gespeicherte Energie wieder abgeben.<br/>
Was macht Gasturbinenkraftwerke so schnell regelbar? Einfach ausgedrückt arbeiten sie wie überdimensionale Flugzeugdüsen. Statt der Schaufelräder für den Vorwärtstrieb hängt hier allerdings an der Ausgangswelle ein dicker Dynamo zur Stromerzeugung.<br/>
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Was macht Gasturbinenkraftwerke so schnell regelbar? Einfach ausgedrückt arbeiten sie wie überdimensionale Flugzeugdüsen. Statt die Schubkraft für den Vorwärtstrieb eines Flugzeuges zu nutzen, treibt hier eine Welle mit Schaufelrädern einen Stromgenerator an.<br/>
 
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Die Kraftwerke wurden möglichst nahe an den Verbrauchszentren gebaut und zusätzlich mit den benachbarten Anlagen vernetzt (Verteilung der Großkraftwerke > 100MW in Deutschland http://www.spiegel.de/flash/flash-26080.html ). So konnten kurze und verlustarme Leitungsnetze mit hoher Ausfallsicherheit zu den Verbrauchern realisiert werden. Im Oktober 2011 waren in Deutschland 573 konventionelle Kraftwerke der Leistungsklasse >= 20MW in Betrieb. http://www.udo-leuschner.de/energie-chronik/111014.htm <br/>
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[[Datei:Kraftwerkvernetzung.jpg|miniatur|300px| Graphisches Beispiel von 3 Kraftwerken mit seinen Quervernetzungen]]<br/>
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'''Sternförmige Leitungsnetze mit Anbindung zu den benachbarten Kraftwerken'''<br/>
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Die Kraftwerke wurden möglichst nahe an den Verbrauchszentren gebaut und zusätzlich mit den benachbarten Anlagen vernetzt.<br/>
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( http://www.spiegel.de/flash/flash-26080.html zeigt die Verteilung der Großkraftwerke > 100MW in Deutschland mit den bereits vorhandenen Querverbindungen aus 380 und 220 kV (KiloVolt) -Hochspannungsleitungen)<br/>
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So konnten kurze und verlustarme Leitungsnetze mit hoher Ausfallsicherheit zu den Verbrauchern realisiert werden. Im Oktober 2011 waren in Deutschland 573 konventionelle Kraftwerke der Leistungsklasse >= 20MW in Betrieb. http://www.udo-leuschner.de/energie-chronik/111014.htm <br/>
 
Diese Kraftwerke waren mit einer durchschnittlichen Auslastung von 80% (= 7.000 Betriebstunden/a) in der Lage, den gesamten deutschen Strombedarf zu decken. Die durchschnittliche Auslastung ergibt sich aus den Grundlastkraftwerken (ca. 95%), die nur in Revisions- bzw. Reparaturfällen abgeschaltet werden, und den Mittel- und Spitzenlastkraftwerken (ca. 55%), die nur nach Bedarf ihre Leistung erbringen.<br/>
 
Diese Kraftwerke waren mit einer durchschnittlichen Auslastung von 80% (= 7.000 Betriebstunden/a) in der Lage, den gesamten deutschen Strombedarf zu decken. Die durchschnittliche Auslastung ergibt sich aus den Grundlastkraftwerken (ca. 95%), die nur in Revisions- bzw. Reparaturfällen abgeschaltet werden, und den Mittel- und Spitzenlastkraftwerken (ca. 55%), die nur nach Bedarf ihre Leistung erbringen.<br/>
 
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Bild: graphisches Beispiel von 3 Energiezentren mit seinen Quervernetzungen<br/>
 
 
 
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Die Betriebskosten (incl. Energieträger) der Grundlastkraftwerke werden nach heutigem Stand (2012) mit 3,5 - 4 Cent / kWh angegeben. Zu diesem Preis kaufen auch die Pumpspeicherbetreiber den überschüssigen Nachtstrom ein, um ihre oberen Speicherbecken zu füllen.<br/>
 
Die Betriebskosten (incl. Energieträger) der Grundlastkraftwerke werden nach heutigem Stand (2012) mit 3,5 - 4 Cent / kWh angegeben. Zu diesem Preis kaufen auch die Pumpspeicherbetreiber den überschüssigen Nachtstrom ein, um ihre oberen Speicherbecken zu füllen.<br/>

Aktuelle Version vom 12. Februar 2013, 15:44 Uhr




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Ich denke, ein kleines Vorwort an dieser Stelle sollte nicht schaden.

Was versteht man unter Energiewende?

Politische Wortschöpfungen entwickeln in der Phantasie ja oftmals ein absonderliches Eigenleben. Mit Sicherheit ist nicht eine Kehrtwendung zurück in die Steinzeit oder zumindest in das Mittelalter gemeint. Auch wenn manche Aktivitäten den Schluß nahe legen.
Der Begriff „Energiewende“ ist gewissermaßen abstrakt (vom Dinglichen gelöst), und steht nach meiner Deutung lediglich als allgemeiner Begriff für eine Richtungsänderung zur Gewinnung von Nutzenergie und hierzu insbesondere der Stromerzeugung.

Was versteht man unter erneuerbare Energie?

Auch hier haben sich unsere „öffentlichen Sprachrohre“ eine eigentümliche Bezeichnung einfallen lassen. Für die Physik ist Energie eine der zentralen Begriffe! Sie ist in unterschiedlicher Form vorhanden, aber nicht erneuerbar. Die Energieformen sind zumindest zum Teil ineinander überführbar: Aus chemischer Energie wird im Verbrennungsmotor Bewegungsenergie, aus Sonnenlicht wird in der Photovoltaikanlage elektrischer Strom. Energie kann von einer Energieform in eine andere umgewandelt werden, sie kann gespeichert und transportiert werden. Und dennoch ist sie kein Stoff. Als Wärme ist die Energie die ungeordnete Bewegung molekularer Teilchen, als elektrischer Strom die gerichtete Bewegung geladener Teilchen, als Strahlung elektromagnetische Wellen. Man kann Energie weder erzeugen noch verbrauchen, nur eine Energieform in eine andere überführen. In der Summe bleibt die Energiemenge gleich.

Ich werde den Begriff „erneuerbare Energie“ in meinen weiteren Ausführungen meiden (soweit es nicht zur Verfälschung offizieller Meldungen führt), da er in seiner Aussagekraft nur zu Verwirrungen dienlich ist.

Und was ist nachhaltige Energieproduktion?

Unter der Bezeichnung nachhaltiger Ressourcen zur Energiegewinnung (Umwandlung in Nutzenergie) werden uns heute Sonne, Wind, Wasser, Geothermie und nachwachsende Stoffe (Biomasse) dargeboten. Es ist also eine Rohenergie gemeint, die uns durch die natürlichen Abläufe mehr oder weniger immer zur Verfügung stehen. Allein der Aspekt der gebotenen Nachhaltigkeit sollte nicht zu wörtlich genommen werden, da die derzeit verfügbaren Techniken bei genauerer Beleuchtung den Kriterien nicht auf allen Ebenen standhalten können.

Zielsetzung?

Die politischen und medialen Aussagen ergeben kein klares Bild der Bedeutung und Zielsetzung zur Energiewende. Alle reden/schreiben darüber, aber jede Gruppierung hat so seine eigene Vorstellung über den Weg, den zeitlichen Rahmen und das Ziel unserer zukünftigen Energieversorgung. Immerhin hat man sich mit einigen Bauchschmerzen auf folgendes Szenario geeinigt: Bis zum Jahr 2020 sollen 30%, und bis 2050 80% unseres Energiebedarfes aus „erneuerbarer Energie“ gedeckt werden. Konzentriert man sich allerdings auf die Kernaussagen, überkommen einen Zweifel ob denn tatsächlich der Gesamtenergiebedarf von rund 3.900 TWh/a (2010) gemeint ist. Ich werde also im ersten Schritt nur die Stromproduktion in Höhe von rund 628 TWh/a abarbeiten.

Warum oder Wie?

Üblicherweise wird ein Sammelsurium von Umwelt-, Natur- und Klimaschutz neben zu Ende gehender Ressourcen und Importabhängigkeit von Energieträgern in den Vordergrund gestellt. Die daraus abgeleiteten Vorschriften und Aktivitäten widersprechen den vorgegebenen Zielen jedoch allzu häufig in einer offenkundigen Weise, so daß sich für den unvoreingenommenen Beobachter die Frage der Ernsthaftigkeit stellt.

Machen wir es uns also etwas einfacher, indem wir die Frage des Warum ignorieren und uns voll auf das Wie konzentrieren. Das dürfte schon schwierig genug sein. Wir wissen nicht, welche technischen Innovationen bereits in den Schubladen schlummern und welche Möglichkeiten uns die Zukunft noch eröffnen wird. Der menschliche Erfindungsgeist hat die zeitgenössische Vorstellungskraft schon oft genug weit übertroffen. Diese Tatsache dürfen wir aber nicht als selbstverständlich in unseren Wunschvorstellungen voraussetzen.
Ich werde mich im ersten Teil meiner Ausführungen also auf die bekannten Techniken der Stromproduktion und Speicherung beschränken und deren Möglichkeiten bis an ihre Grenzen ausloten.

Gestaltung der Stromversorgung vor der Energiewende

Das Diagramm aus Wikipedia http://de.wikipedia.org/wiki/Mittellast zeigt in verständlicher Form den täglichen Strombedarf mit seinen Lastspitzen und die bedarfsgerechte Produktion.

Tagesverlauf des Stromverbrauchs.svg


Wie man hier sehr schön sieht, wird der tägliche Strombedarf nach Grund-, Mittel- und Spitzenlast durch unterschiedliche Kraftwerkstypen abgedeckt.
Zur Grundlastversorgung werden träge thermische Kraftwerke (Kohle- und Kernkraft) eingesetzt. Da deren Turbinen mit 500 – 550°C heißem Wasserdampf betrieben werden, würden die Materialien extrem hohen Belastungen durch Temperaturschwankungen unterliegen. Das Problem liegt also nicht darin, einfach ein Druckventil zu öffnen oder wieder zu schließen, sondern Spannungsrisse in den Bauteilen zu verhindern. Mit einer geringen, gesteuerten Leistungsschwankung von etwa 10% decken sie den täglichen Grundbedarf (ca. 45 Gigawatt) über 24Stunden/365Tage ab.
Die blaue Linie für Laufwasserkraftwerke bildet hier allerdings eine Ausnahme. Sie sind einerseits sehr schnell regelbar, nutzen andererseits aber einen kostenlosen und permanent vorhandenen Energieträger.
Im Bereich Mittel- und Spitzenlast sind schnell regelbare Gaskraftwerke für etwa 15-17 Stunden täglich erforderlich. Wobei diese ca. 6 Stunden (Lastspitzen) durch Pumpspeicherkraftwerke unterstützt werden. Diese haben den Vorteil, daß deren Speicherseen in den Nacht- bis frühen Morgenstunden durch Überschüsse aus der Grundlast gefüllt werden und am selben Tag die gespeicherte Energie wieder abgeben.
Was macht Gasturbinenkraftwerke so schnell regelbar? Einfach ausgedrückt arbeiten sie wie überdimensionale Flugzeugdüsen. Statt die Schubkraft für den Vorwärtstrieb eines Flugzeuges zu nutzen, treibt hier eine Welle mit Schaufelrädern einen Stromgenerator an.

Graphisches Beispiel von 3 Kraftwerken mit seinen Quervernetzungen

Sternförmige Leitungsnetze mit Anbindung zu den benachbarten Kraftwerken
Die Kraftwerke wurden möglichst nahe an den Verbrauchszentren gebaut und zusätzlich mit den benachbarten Anlagen vernetzt.
( http://www.spiegel.de/flash/flash-26080.html zeigt die Verteilung der Großkraftwerke > 100MW in Deutschland mit den bereits vorhandenen Querverbindungen aus 380 und 220 kV (KiloVolt) -Hochspannungsleitungen)
So konnten kurze und verlustarme Leitungsnetze mit hoher Ausfallsicherheit zu den Verbrauchern realisiert werden. Im Oktober 2011 waren in Deutschland 573 konventionelle Kraftwerke der Leistungsklasse >= 20MW in Betrieb. http://www.udo-leuschner.de/energie-chronik/111014.htm
Diese Kraftwerke waren mit einer durchschnittlichen Auslastung von 80% (= 7.000 Betriebstunden/a) in der Lage, den gesamten deutschen Strombedarf zu decken. Die durchschnittliche Auslastung ergibt sich aus den Grundlastkraftwerken (ca. 95%), die nur in Revisions- bzw. Reparaturfällen abgeschaltet werden, und den Mittel- und Spitzenlastkraftwerken (ca. 55%), die nur nach Bedarf ihre Leistung erbringen.


Die Betriebskosten (incl. Energieträger) der Grundlastkraftwerke werden nach heutigem Stand (2012) mit 3,5 - 4 Cent / kWh angegeben. Zu diesem Preis kaufen auch die Pumpspeicherbetreiber den überschüssigen Nachtstrom ein, um ihre oberen Speicherbecken zu füllen.

Die Betriebskosten der Mittel- und Spitzenlastkraftwerke liegen etwa bei 6 Cent /kWh. Dieser Preisunterschied ergibt sich zum einen aus einem höheren Gaspreis pro SKE (Steinkohleeinheit zum Brennwert), als auch den festen Anlagenkosten die auf eine kürzere und unregelmäßige tägliche Laufzeit verteilt werden müssen.

Aus den Angaben meines Stromversorgers und der Strompreiszusammensetzung 2012 nach http://www.uez.de ergibt sich für den Endverbraucher (Normalhaushalt) ein Strompreis von 7,54 Cent je kWh für Erzeugung und Vertrieb.

Falls sich jetzt jemand fragt, was denn nun den großen „Rest“ des Strompreises ausmacht:
70,66% des tatsächlichen Strompreises für den Endverbraucher bestanden 2012 aus Netznutzungsgebühren, Umlagen des EEG (ErneuerbareEnergieGesetz), Konzessionsabgabe und Steuern.