12 Energiefluss

Elektrizität macht nur 18% des Energieeinsatzes aus, nimmt jedoch den ersten Platz in öffentlichen Diskursen übers Energiesparen ein. Der mit Abstand bedeutendste Energieträger ist Erdöl, und das fließt zum größten Teil in den Verkehr, dem größten Verbrauchssektor. Bedeutendster heimischer Energieträger ist entgegen landläufigen Meinungen nicht die Wasserkraft, sondern die Biomasse. Ein Energieflussbild zeigt deutlich, wo es am wichtigsten ist, Energie zu sparen.

Die Radiosendung

Eine Sendung von Isabella Gusenbauer, Christina Röll und Gerhard Kettler.

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Hintergrundinformation

(Virus-Umweltbureau)

Energiefluss

Kurzbeschreibung

Diese Sendung gibt einen Überblick über das Thema „Energiefluss“ und erarbeitet den Wert ihrer Darstellung in sogenannten Energieflussdiagrammen. Der mögliche Erkenntnisgewinn aus diesen Diagrammen kommt ebenso zu Wort, wie die dadurch gegebene Möglichkeit, Zusammenhänge und Relationen intuitiv zu erfassen. Primärenergie, Sekundärenergie, Endenergie und Nutzenergie werden kurz skizziert. Ausgewählte Beispiele wie der Stellenwert des Erdöls im Energiesystem, Beleuchtung versus Raumwärme, schaffen die Verbindung zum Alltag der Energieanwendungen, wie wir sie alle kennen. Es wird der Frage nachgegangen, welcher erneuerbare Energieträger nun wirklich mengenmäßig die größte Bedeutung hat, was durchaus zu Überraschungen führen könnte. In diesem Bereich gilt es vielleicht, so manchen Alltagsmythos auszuräumen.

Der Energiefluss und seine Darstellung

„Alles fließt“ ist eine stehende Redewendung, die sicher in mehrfacher Weise auch für Energie zutrifft. Zum einen ist unser Energiesystem vielfach so aufgebaut, dass Energie von der „Erzeugung“ bzw. Gewinnung zum Ort des Verbrauches transportiert werden muss (Biomasse, Holz, Öl Gas, Elektrizität). Andererseits ist unabhängig von diesen räumlichen Distanzen unser Umgang mit Energie im Gesamten mit seinen zahlreichen Umwandlungsstufen als ein Fluss mit vielen Verzweigungen vorstellbar und darstellbar. Für Techniker_innen ist diese Darstellung als Energiefluss eine wesentliche Hilfe und Orientierung zur Schwerpunktsetzung, die auch in der Energiepolitik und durch Energiepolitiker_innen verstärkt genutzt werden sollte. Das Prinzip eines solchen Energieflussdiagramms (in der Fachsprache „Sankey-Diagramm“ genannt) ist, dass die verschiedenen Stationen des Energiesystems mit Pfeilen unterschiedlicher Stärke verbunden sind. Die Stärke dieser Pfeile ist direkt proportional zur Menge der Energie der jeweiligen Verzweigung. Aus einem Energieflussdiagramm lassen sich so bereits „intuitiv“ Relationen ableiten (zusätzlich geben Zahlenwerte im Detail Auskunft).

Aus der Vielzahl von existierenden Diagrammen wollen wir vor allem jenes herausgreifen, das von der Energieagentur AEA (früher Energieverwertungagentur E.V.A.) jährlich herausgegeben wird bzw. wurde. Eine gewisse Verzögerung entsteht dadurch, dass die zugrunde liegenden statistischen Daten für ein bestimmtes Jahr erst im Nachhinein in ihrer endgültigen Form verfügbar sind.

Die angegebenen Zahlenwerte beziehen sich, wenn nicht anders angegeben, auf das Jahr 2005. Für die Folgejahre sind bisher keine Diagramme erschienen. Warum dies so ist, und ob diese Reihe mittlerweile eingestellt wurde, konnte bis dato noch nicht geklärt werden.

Dem Auge der Betrachter_in bietet sich nur auf den ersten Blick ein verwirrendes Bild von bunten Pfeilen unterschiedlicher Dicke.

>>Download von www.energyagency.at: Energieflussbild Österreich als PDF-Datei

Alle Angaben sind in PetaJoule (1015J , neuerdings in Tera Joule (1012J), wobei gilt:

1 PJ = 1000 TJ entspricht umgewandelt in Wattstunden rd. 277 GWh (Gigawattstunden =109 Wh also 277 Millionen Kilowattstunden

Dieses Energieflussdiagramm durchläuft vier Stationen

1. Die Energieaufbringung von Primärenergie (auch Rohenergie genannt)

Hier kann die Energieaufbringung nach Energieträgern aufgeschlüsselt abgelesen werden bzw. der Beitrag der inländischen Erzeugung mit den Importen in Beziehung gesetzt werden (Öl, Kohle, Gas, Biomasse, Wasser - sonstige Erneuerbare werden aufgrund ihres immer noch vergleichsweise geringen Beitrags subsumiert und nicht extra ausgewiesen)

2. Der Bereich Energieumwandlung

Primärenergie steht meist noch nicht in der Form zur Verfügung, in der sie ihrem endgültigen Bestimmungszweck zugeführt wird. Sie muss daher (manchmal in mehreren Stufen) umgewandelt werden, das Produkt heißt dann Sekundärenergie (manchmal werden dann weitere Stufen auch mit Tertiärenergie bezeichnet).

Ein klassisches Beispiel dafür ist die Umwandlung von z.B. Kohle oder Gas in Elektrizität in Kraftwerken.

Neben Kraft- und Heizwerken sind hier auch die Kraft-Wärme-Kopplung, sowie Raffinerien, Kokereien und Hochöfen dargestellt. Auch der Eigenverbrauch all dieser Anlagen ist hier abgebildet bzw. lassen sich auch Umwandlungs- und Transportverluste sowie Exporte ablesen.

3. Der Endenergieeinsatz

Endenergie ist die Energie, die beim Endenergieverbraucher (Haushalte, Industrie,…) eingesetzt wird.

Hier ist - aufgeschlüsselt nach verschiedenen Verbrauchssektoren / Nutzenergiekategorien vom Verkehr bis zu Standmotoren in der Industrie - die eingesetzte Energie insgesamt angegeben sowie auch das jeweilige Verhältnis der zum Einsatz kommenden Energieformen.

4. Die Nutzenergie

Bei den Endverbraucher_innen erfolgt eine weitere Umwandlung in Nutzenergie, mit der dann die nachgefragte Energiedienstleistung (etwa Warmwasser) erbracht wird. Diese Umwandlung ist mit Verlusten verbunden, die sich sowohl gesamt, als auch nach den erwähnten Sektoren aufgeschlüsselt auf einen Blick erfassen bzw. auch im Detail ablesen lassen.

Was kann man nun beispielsweise aus dem genannten Energieflussdiagramm lernen?

1. Österreich importiert mit 1241 PJ ca. dreimal soviel Primärenergie, als es im Inland erzeugt (412 PJ).

Abb 1.: AEA Energieflussdiagramm 2005 (Ausschnitt)

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2. Der mengenmäßig bedeutendste Primärenergieträger ist Erdöl mit 687 PJ . Der Löwenanteil des Erdöls wird in Form von Treibstoffen dem Verkehr zugeführt: 331 von 495 PJ bei der Endenergie.

Abb.2.: AEA Energieflussdiagramm 2005 (Ausschnitt)

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3. Der mit Abstand bedeutendste heimische erneuerbare Energieträger ist entgegen allen - offensichtlich wahrheitswidrigen - politischen Erklärungen NICHT die Wasserkraft, sondern die Biomasse. Mit 178 PJ liegt sie mit Abstand vor den 134 PJ Wasserkraft. Dies ist insofern bemerkenswert, als in der erkennbar stark ideologisch gefärbten öffentlichen Diskussion das Gegenteil behauptet wird (Umweltminister, Verband der E-Werke, Nationaler Gewässerschutzplan des Bundesministers für Land und Forstwirtschaft, Umwelt- und Wasserwirtschaft). Teilweise ist dies wohl damit erklärbar, dass v.a. Politik und Medien entweder überhaupt nicht bzw. nicht konsequent zwischen Gesamtenergie und Elektrizität unterscheiden (können?), siehe Punkt 5.

Abb.: 3 AEA Energieflussdiagramm 2005 (Ausschnitt)

Abb.: 3 AEA Energieflussdiagramm 2005 (Ausschnitt) ->zum Vergrößern draufklicken<-

4. Erdgas wird zum überwiegenden Teil zu Heizzwecken eingesetzt - direkt bzw. über ausgekoppelte Wärme bei „Cogeneration“ (Kraft-Wärme bzw. Wärme-Kraft-Kopplung). Dies wäre bei einer angemessenen Reaktion auf Versorgungskrisen zu berücksichtigen. (siehe Sendung und Text zu Gaskrise)

5. Die Umwandlungsverluste zwischen Primärenergieeinsatz und Endenergieeinsatz sind mit 117 PJ deutlich geringer als die Verluste bei der Umwandlung von Endenergie in Nutzenergie mit 439 PJ. Wenn es darum geht, Verluste zu minimieren ist dementsprechend im zweiten Umwandlungsbereich mehr zu holen. Dies wäre bei der energiepolitische Schwerpunktsetzung zu berücksichtigen.

6. Der Sekundärenergieträger Elektrizität macht nur 18% des Endenergieeinsatzes aus. Die öffentliche Aufmerksamkeit ist jedoch nicht proportional der tatsächlichen Bedeutung, sondern weit höher.

7. Beleuchtung und EDV machen mit 35 TWh nur einen verschwindenden Bruchteil des gesamten Endenergieverbrauches aus (wieder diametral der Häufigkeit entgegengesetzt, in der diese Fragestellungen in der öffentlichen Diskussion vorkommen). Konsequenz: Diskussionen um effizientere Beleuchtung (Energiesparlampen) bzw. Standby–Verbrauch gehen am Kern des Problems vorbei, und Maßnahmen in diesem Bereich können keinesfalls ausreichend sein, um eine Energiewende einzuleiten. Bei aller Wichtigkeit jeglicher Einsparung, ist auf die Gefahr falscher Schwerpunktsetzung hinzuweisen. (Siehe Abb.)

8. Beim Endenergieverbrauch wäre an und für sich „die Industrie“ stärkste Kategorie, sie ist aber hier auf die Nutzkategorien Elektrochemische Zwecke, Dampferzeugung, Industrieöfen und Standmotoren verteilt dargestellt.

9. Der größte Endenergieverbrauchssektor ist (in dieser Darstellung) der Verkehr mit 353 PJ. Es ist auch ein Sektor, in dem Energie sehr ineffizient eingesetzt wird. Mit 230 PJ ist die Verlustenergie allein des Verkehrs größer als der gesamte Elektrizitätseinsatz in Österreich mit 203 PJ. Kein anderer Sektor weist bei der Umwandlung in Nutzenergie derart hohe Verluste auf. Anteilsmäßig liegt nur der Bereich Beleuchtung/EDV noch höher, macht aber trotzdem absolut nur 32 PJ Verlustenergie aus.

Abb.4: AEA Energieflussdiagramm 2005 (Ausschnitt)

Abb.4: AEA Energieflussdiagramm 2005 (Ausschnitt) ->zum Vergrößern draufklicken<-

10. Was aus einer Jahresaufstellung nicht ablesbar ist, sondern erst mit einer zeitlichen Entwicklung darstellbar ist, ist die ungeheure Wachstumsdynamik gerade im Verkehrsbereich wie der Vergleich der Jahre 1993 und 2005 zeigt. Aus deutlich zurückliegender Position gestartet, hat sich der Verkehr mittlerweile an die Spitze gesetzt. (Wie eine Analyse der Statistik Austria „Energetischer Endverbrauch 2005 bis 2008 nach Energieträgern und Nutzenergiekategorien für Österreich“

zeigt hält dieser Trend weiter an und verlief nur im Jahr 2008 – wirtschaftskrisenbedingt – (vorübergehend?) rückläufig.

Abb.5: EVA/AEA Energieflussdiagramme 1993 und 2005 (Ausschnitte)

Abb.5: EVA/AEA Energieflussdiagramme 1993 und 2005 (Ausschnitte) ->zum Vergrößern draufklicken<-

11. Der Bereich Raumwärme ist immer noch ein sehr großer Sektor. Dementsprechend bieten hier Effizienzsteigerungen (Heizungstechnologie, vor allem aber Wärmedämmung -> reduzierter Nutzenergieaufwand zur Erbringung der Energiedienstleistung: angenehm temperierter Raum) sehr großes Sparpotenzial. Beim Bereich Raumwärme (incl. Warmwasser und Klimaanlagen) ist zu beachten, dass hier Schwankungen zwischen verschiedenen Jahren in Abhängigkeit von den meteorologischen Gegebenheiten auftreten.

12. Bei den beiden größten Sektoren ist der Beitrag der Elektrizität jeweils äußerst gering (Verkehr: 12 von 353 PJ = im Wesentlichen elektrische Bahn, Raumwärme: 15 von 331 PJ). Umso unverständlicher sind zu stromlastige Maßnahmenkonzepte, die sich dort konzentrieren, wo jetzt Strom verbraucht wird. Der Anteil der Elektrizität an diesen Sektoren lässt sich auch nicht in kurzer Zeit und beliebig steigern. Dies ist auch gar nicht sinnvoll. Einen hochwertigen Energieträger Elektrizität zur Bereitstellung von sogenannter Niedertemperaturwärme (unter 100 Grad) für Heizungszwecke zu verwenden, ist kontraproduktiv, weil Verschwendung. Der Verkehr wäre zwar „elektroaffin“ und Elektrofahrzeuge (eigene Sendung) effizienter als solche mit Verbrennungsmotor, kann aber sein volles Potenzial nur im oberleitungsgebundenen Verkehr entfalten (Bahn, Trolleybus (in Österreich: O-Bus oder Oberleitungs-Omnibus wie z.B. auf einzelnen Linien von StadtBus Salzburg und Linz Linien)). Beim Elektroauto entsteht durch die erforderliche Speicherung zusätzliches mitzuführendes Gewicht (Batterie). Unterstellt man dem Elektrofahrzeug Serienreife, so ist es schwer, hinsichtlich Markteinführung und der Bereitstellung der zusätzlichen (erneuerbaren) „Erzeugungskapazität“ auch nur mit dem Zuwachs (Wirtschaftskrise einmal ausgeblendet) mitzuhalten. Auch darf nicht vergessen werden, dass es zum Güterverkehr keine vergleichbare Lösung gibt, wie es das Elektrofahrzeug unter günstigen Prämissen für den (kurzreichweitigen) Personenverkehr sein kann. Der Güterverkehr weist aber größere Wachstumsraten auf.

13. Energieverbräuche lassen sich nicht direkt auf Treibhausgasemissionen umlegen. Aufgrund der gegebenen Korrelation lässt sich aber bereits auf Basis einer Energieflussanalyse eine grobe Einschätzung treffen, an welchen Schwerpunkten eine Emissionsreduktionsstrategie im Bereich des Energiesystems ansetzen müsste.

Energieverteilung

Die im vorigen Abschnitt beschriebenen Energieflüsse stellen sozusagen die organisatorische Seite des Energieversorgungssystems dar, können also als eine Art „Organigramm“ aufgefasst werden.

Daneben gibt es, wie eingangs erwähnt, so etwas wie einen geographischen Energiefluss. Energie wird vom Ort der „Gewinnung“ mitunter über mehrere Stationen der „Weiterverarbeitung“ bzw. Umwandlung zu den Orten des Verbrauches transportiert. Neben den Mitteln des Güterverkehrs - betrifft speziell feste bzw. teilweise auch flüssige oder verflüssigte Brennstoffe (Flüssiggas) - ist es vor allem der leitungsgebundene Teil des Transports (Erdöl, Erdgas, Elektrizität), der wesentlich die Struktur eines Energieversorgungssystems mit bedingt. Es handelt sich dabei um langfristig gebundene Investionen. Fehlplanungen lassen sich daher besonders schwierig beheben. Die Lage von Gasleitungen etwa bestimmt, wer die Kontrolle über den Transport ausübt, und schafft Abhängigkeiten.

Elektrizitätsnetze tragen stark zum Zentralisationsgrad des Versorgungssystems bei und sind mindestens im selben Ausmaß für die Gesamtkosten veranwortlich wie die „Erzeugung“. Eine bereits geschaffene langfristig wirksame Struktur, die Großkraftwerke begünstigt, wirkt strukturkonservierend und so der „Energiewende“ entgegen.

Schlussfolgerung

Es ist also durchaus lohnend, einen Blick auf Energieflüsse zu werfen, um gezielt die Hauptproblemzonen erkennen zu können und in Sachen Einsparungen/Effizienzsteigerung bzw. allgemeiner energiepolitischen Schwerpunksetzungen gezielter Verbesserungen vornehmen zu können. Interessant an einer solchen Betrachtungsweise ist die systemische Gesamtsicht – natürlich auch von Qualität der jeweiligen Darstellungsweise abhängig.

Es wäre begrüßenswert, wenn Diagramme nach dem bewährten Muster, wie es die Energieagentur erstellt hat, weiter zu Verfügung stünden, und verstärkt als Grundlage zum Einsatz kommen, um zielgerichteter vorgehen bzw. gesetzte Maßnahmen auf ihre Wirksamkeit auf das Gesamtsystem evaluieren zu können.

Literatur / Weblinks

AEA 2005 „Energieflussbild Österreich 2005 – in TJ auf Basis Energiebilanz 2005“ Austrian Energy Agency/Energieagentur, BMWA

http://www.energyagency.at/fileadmin/aea/pdf/Energie_in_Zahlen/energiefluss-2005.pdf

EVA 1993 „Energiefluss Österreichs 1993“ Energieverwertungsagentur, BMWA

Statistik Austria

Energetischer Endverbrauch 2005 bis 2008 nach Energieträgern und Nutzenergiekategorien für Österreich“ Q.: STATISTIK AUSTRIA, Energiestatistik: Energiebilanzen Österreich 1970 bis 2008, Stand 17.11.2009. Erstellt am: 9.12.2009. - Aufgliederung nach der Struktur der Nutzenergieanalyse (NEA) 2005.

http://www.statistik.at/web_de/statistiken/energie_und_umwelt/energie/nutzenergieanalyse/index.html

Energiebilanzen

http://www.statistik.at/web_de/statistiken/energie_und_umwelt/energie/energiebilanzen/022712.html

Fußnoten

Streng physikalisch genommen, wird Energie ja nicht erzeugt, sondern nur umgewandelt.

Aufgrund des schwankenden Heizenergiebedarfs ist auch der Anteil der Elektrizität Schwankungen unterworfen. Generell kann von einem Richtwert von ca. 20 % ausgegangen werden

Eine TWh , sprich: Terawattstunde = 1 Milliarde Kilowattstunden (kWh); mehr zur Einheit Wh im Text der Sendung Thermodynamo / Grundlegendes, Energie begreifen

Interviewpartner_innen

in der Sendung

Wolfgang Rehm
Wolfgang Rehm
Umweltorganisation VIRUS
http://www.wuk.at/virus/