Kalkulation ElektroEnergieVerbrauch für Wärme

Man liest oft große Zahlen, 1250 TWh, darunter kann man sich wenig vorstellen. Andererseits wird mit Zahlen argumentiert, ohne genau zu wissen was dahinter steht.

Ich möchte hier mit einfachen Rechnungen das Ganze auf verständliche Art herunterbringen.

Die zur Wärmeerzeugung benötigte Energie kann man nur in Kilowattstunden kWh oder beispielsweise deutschlandweit in Terrawattstunden TWh angegeben. Die kWh bezahlt man beim Stromlieferer mit dem kWh-Preis.

Jedoch, die Zahl ist wenig aussagekräftig, insbesondere in stark multiplizierter Form (TWh).

Was sich jeder wahrscheinlich vorstellen kann: Ein Teekocher hat die Heizleistung von ca. 2 kW. Der Staubsauger auch, in der Werbung mit "starke 2 kW" angegeben. Beim Kochen braucht man 0.5..3..4 kW je nachdem wieviel auf dem Herd steht. Auf meinem Ölheizungskesses steht 19 kW drauf, dass ist die Heizleistung wenn er voll läuft. Mein Auto hat auch "starke" 110 kW, viel zu viel (es ist aber ein Kleinbus auch für gewerbliche Nutzung). Das sind vorstellbare Zahlen im kleinen Bereich.

Der Jahresverbrauch bei meinem Stromzähler liegt bei ca. 3100 kWh, der Schnitt eines 2-Personen Haushalts liegt bei 2150 kWh laut Angabe auf der Stromrechnung. Rechnen wir mit dieser Zahl, ich muss sparen. Diese Zahl kann man sich weniger gut vorstellen, sie ist nicht bezogen auf die W und kW der Verbraucher. Wenn man sie durch 8760 dividiert, das sind 24 Stunden pro Tag und 365 Tage, dann kommt man auf 0.245 kW oder 245 W. Die Stunde in der Maßeinheit entfällt, denn wir haben durch Stunden (h) dividiert.

0.25 kW sind also weniger als der Teekocher, es ist die Durchschnittsleistung des ganzen Tages. Wenn ich für 3 Stunden den Teekocher anhabe und sonst nichts, dann komme ich auf 0.25 kW im Tagesdurchschnitt. So viel Tee kann ich aber nicht trinken. Wer erzeugt diese Leistung? Naja vielleicht 10 min am Tag Teekocher, ab und zu Waschmaschine, Herd für mehr als 10 min/Tag, Mikrowelle, Licht, was versehentlich auch mal über Nacht anbleibt im Keller ('tschluldigung'), Fernseher, Computer, Standby-Verbrauch auch für das Telefon (der DSL-Router), summiert sich halt.

Wichtig ist die Spitzenleistung, weil diese vom E-Anschluss erbracht werden muss. Bei größer 16 kW gleichmäüig über alle drei Phasen verteilt kommt die Hauptsicherung, bei mir 3 x 25 A. Mehr geht also keinesfalls. Bei der Spitzenleistung muss man berücksichtigen, dass sie für den E-Zulieferer nur relevant ist als Mittelwert über alle benachbarten Haushalte. Nur gesetzt dem Fall, dass alle Haushalte gleichzeitig ihre Spitzenleistung abverlangen, muss diese erbracht werden. Das ist nach allgemeiner Darstellung am Vormittag des 25. Dezember, weil dann alle ihre Gans im Herd haben. Da es aber mittlerweile nicht wenige Vegetarier gibt, stimmt das wohl nicht. Aber es stimmt zu bestimmten Abendstunden, oder morgens im Winter. Dort nehmen aber Industriebetriebe weniger ab. Also kann ich hier nur Schätzwerte abgeben. Die Energieversorger sollten genaue Angaben für jedes Umspannwerk machen können, die liegen mir aber nicht vor.

Die Spitzenleistung im 2-Personen Haushalt dürfte max. bei 5..6 kW liegen, das sind also Teekocher, Herd, Bügeleisen, Mikrowelle, alles parallel. Bei 16 kW gleichverteilt auf allen drei Phasen kommt die Haussicherung. Wenn man aber berücksichtigt, dass Haushalte meist nicht gleichzeitig die Spitzenleistung abnehmen, könnte man mit 2 kW pro Haushalt durchschnittliche Spitzenleistung rechnen.

Rechnet man das hoch auf ganz Deutschland, 40 Mio Haushalte á 2 Personen (Single, MehrFamilien- mittelt sich wiederum, Singles bügeln nicht so oft), dann kommt man auf 80 GW Summe. Das könnte hinkommen, als Schätzung. Die installierte Erzeugerleistung in Deutschland liegt bei 60 GW oder 0.75 kW pro Person, 1.5 kW pro Haushalt. Beachtet werden muss dabei, wenn die Spitzenleistung in allen Haushalten auftreten sollte, dann wird Strom zugekauft oder in der Industrie abgeschaltet, bzw. Pumpspeicher- und Gaskraftwerke zusätzlich hochgefahren. Also 1.5..2 kW mittlere Spitzenleistung pro Haushalt kann Deutschland bereitstellen.

Die Menge des CO₂ -Ausstoßes in die Umwelt oder den Verbrauch an Braunkohle kann man nur mit kWh bzw. TWh genau berechnet, als Energiemenge. Für die Versorgungssicherheit mit E-Energie ist aber eher der Bezug auf kW oder GW besser. Es rechnet sich leichter. Man muss sowieso eine Mittelung über Zeit und Verbraucher berücksichtigen. Damit hier in paar Eckdaten, gerechnet mit 40 Mio 2-Personen-Haushalte

Heizen mit Strom ist sehr einfach. Man kaufe für unter 100 € einen Ölradiator oder Plattenheizkörper, Steckdose rein, fertig. Auch eine feste Installation - schnell erledigt. Selbst in der alten DDR mit seiner Stromknappheit gab es Nachtspeicheröfen, die vom Nachtstrom der Grundlast profitierten. Dann war es früh sehr warm, aber abends kalt in der Wohnung. Solche Heizsysteme sind immer präsent gewesen dort wo man nicht immer heizen muss, Ferienhäuser, Bungalow, …​ Das Problem beim Stromheizen früher war meist: Teurer als Öl oder Gas. Also ungeeignet für den ständigen Wohnsitz. Das zweite Argument: Übertragungsleistung und Wirkungsgrad. Die verbrannte Braunkohle oder das Öl in der Heizung wirkt direkt, Verbrennung im Kraftwerk, Übertragung ist ineffektiver im Wirkungsgrad, denn die Übertragung hat Verluste (im Prozentbereich), abgesehen von der notwendigen Infrastrukur für Übertragung. Also hat sich die direkte Verfeuerung von Brennstoffen durchgesetzt, bis jetzt.

Nun aber kommt die Energiewende. Direkte Verfeuerung erzeugt CO₂. Heizen mit E-Energie hat zumindestens die Chance, dass dort ein Anteil erneuerbare Energie dabei ist.

Auf meinem Ölkessel im Einfamilienhaus steht "19 kW". Unterstellt, der ist zu reichlich, außerdem ist das seine Spitzenleistung, der Brenner schaltet ein/aus, dann könnten 5..10 kW, für mein Einfamilienhaus reichen. Ein Einfamilienhaus ist energetisch uneffektiv. Nehmen wir an, wir haben Deutschlandweit 1/4 der Haushalte in Einfamilien- oder energetisch schlechten adäquaten Wohnungen, 3/4 sind Mehrfamilienhäuser mit Innenwänden zum Nachbar, die schätzungsweise mit 2..5 kW auskommen, im Winter, dann sind das in Summe

10 Mio * 7.5 kW + 30 Mio * 3.5 kW = 180 GW.

Also brauchten wir Erneuerbare Energien etwa 6 mal mehr als heute installiert (30 GW). Außerdem eine etwa Verdreifachung des Ausbaus des Stromnetzes, denn auch in den Niederspannungsnetzen muss die Energie umgespannt werden zwischen der Mittelspannung 1..30 kV auf die 230/400 V Hausanschluss. Möglicherweise ist die Fläche für erneuerbare Energien damit ausgeschöpft. Es geht also gar nicht.

Doch zum Glück gibt es eine andere Möglichkeit: Erdwärme. Die Erdwärme braucht Elektroenergie, damit sie zum laufen kommt. Genaue Werte liegen mir leider auch nicht vor, man hört aber, ca. 25% sind als Elektroenergie notwendig. Damit ergeben sich nicht 180 GW sondern nur 45 GW zusätzlich an Netzausbau und Erzeugung, das hört sich schon eher machbar an. Ich habe eine Vergleichszahl irgendwo gelesen: 1500 TWh. (im Moment fehlen mir Links, kommt vielleicht später). Verglichen mit meiner Rechnung: Man braucht nicht die Spitzenleistung ständig, sagen wir die Hälfte, und dies natürlich nur das halbe Jahr. Damit ergebem sich 50% * 45 GW * 4000 h/Jahr Betrieb = 90`000 TWh, also viel mehr als diese Vergleichszahl. Die Stromerzeugung derzeit in Deutschland mit 60 GW im Mittel * 8760h = 525`000 TWh. Also brauchten wir mit 90`000 TWh gar nicht so viel extrem mehr, aber wir brauchen fast eine Verdoppelung der Anschlussleistung (derzeit 60 GW zu verteilen, dann 105 GW). Die Zahl 1500 TWh scheint nicht zu stimmen, das wäre fast nichts.

Hier nochmal die Zusammenfassung:

Reines Heizen mit Strom

Alle Häuser benutzen Erdwärme:

Eine Gasinfrastruktur ist seit über 100 Jahren in Städten vorhanden. Folglich sind viele Stadtwohnungen gasbeheizt. Es geht dabei nicht um den einzelnen Gasheizkörper in der Wohnung an der Wand, der hat keine gute Leistung, sondern den Gasheizkessel im Keller des Mehrfamilienhauses.

Die Frage ist nun, ist Gas eine CO₂-Quelle. Chemisch gesehen, bei Verbrennung von Methan…​Butan ja freilich. Aber weniger als bei Öl oder Holzpellets.

Zweite Frage: Reiner Wasserstoff als Gas? Antwort könnte schwierig sein. Wasserstoff in bestehenden Gasleitungen hat andere Eigenschaften. Es erscheint sinnvoll, Grünen Wasserstoff (aus Erneuerbarer ElektroEnergie) umzuwandeln in die bekannten Kohlenwasserstoffe (Methan…​Butan) und diese in das vorhandene Gasnetz einzuspeisen. Dazu braucht man Kohlenstoff, am besten aus der Luft entzogen, nicht aus abgebaggerter Braunkohle. Solche Technologien sind im Kommen.

Es ist damit ein weiteres Problem gelöst: Die Übertragung von Elektroenergie über längere Leitungen (beispielsweise OffShore an der Nordsee nach dem stark besiedelten Süden, oder aus Solarkraftwerken im Süden Europas nach dem bevölkerten kalten Norden) ist mit Verlusten im zweistelligen Prozentbereich behaftet, nicht wenig. Die Übertragung von Gas ist jedoch kaum verlustbehaftet, Lecks sollten schon wegen der damit verbundenen Gefahr aufgespürt werden.

Dem Wirkungsgrad bei der Gaserzeugung selbst (Elektrolyse) soll keine so wesentliche Bedeutung beigemessen werden, wenn man davon ausgeht, dass es genug Sonne gibt. Lediglich die Anlageninvestitionskosten hängen davon ab. Es sollten keine schädlichen Abgase entstehen, das ist wichtig.

Folglich ist eine europäische Gasinfrastruktur auch für die Zukunft sinnvoll und möglich.

Gas braucht jedoch auch eine lokale Infrastruktur, diese ist derzeit auf dem lande meist nicht vorhanden. Einfamilienhäuser auf dem Dorf haben derzeit meist Ölheizung und Strom zum Kochen, niemand hat dort Gas.

Folglich ist ohne Zusatzaufwand ein Mix machbar. In der Stadt, wo sowieso Gas vorhanden ist, wird dies auch benutzt. Auf dem Land, wo der Aufwand für Erdwärmeanlagen möglich ist, wird auf Strom + Erdwärme umgestellt. Gegebenenfalls kann man auch Flüssiggastanks haben (gibt es schon). Damit verringert sicht der Bedarf an Elektroenergieausbau für Ersatz von Ölheizungen beträchtlich. Wenn dann noch berücksichtigt wird, dass auf dem lande Fläche für Solar und Wind vorhanden ist, sind die Leitungswege kurz, mit einem lokalen Netz versorgbar. Der Rest, was fehlt an Erneuerbaren Energien, kommt aus dem überregionalem Netz, das gegebenenfalls mit Gaskraftwerken gespeist wird, Gas/Wasserstoff-Technologie auf der Basis von Erneuerbaren Energien aus südlichen Gebieten.

Diese Logik scheint aufzugehen. Man müsste sie nur recht schnell umsetzen.

Das Heizen mit dem Kamin ist auf dem Lande sehr verbreitet. In der Stadt gibt es die Pelletheizungen. Holz gilt als nachwachsender Rohstoff. Also ökologisch grün? Nein.

Verfeuert man am kleinen Schwedenofen mal zusätzlich Bruchholz, dann könnte die ökologische Rechnung aufgehen, denn das Holz ist gewachsen und hat das CO₂ vorher der Luft entnommen. Die Rechnung geht aber nicht auf, wenn man komplett auf Holz setzt. Denn:

Bäume brauchen Zeit zum Wachsen. Verfeuern wir heute Bäume in großem Maße, d ann ist das CO₂ durch die nachwachsenden Bäume in ca. 50 Jahren wieder aus der Atmosphäre raus. Zunächst kommt es rein. Holzverfeuerung erzeugt viel mehr CO₂ pro Wärmemenge als beispielsweise Erdgas. Stellen wir also heute von Erdgas auf Holz um, weil es ökologischer sei, dann ist das eine starke Fehlrechnung. Für die Mittelung über die nächsten 50 Jahre ist derzeit kein Spielraum.

Das gilt genauso für Pellets, entscheidend ist hier die Menge. Außerdem noch die Wirtschaftlichkeit der Herstellung oder, so ist es, der Profit für die kapitalistisch agierenden Produzenten. Es ist eben billiger, Holz massenhaft einzuschlagen, am besten dort wo man es international billig herbekommt, beispielsweise aus dem brasilianischen Urwald.

Für den kaminfeuernden Endverbraucher ist das schöne Stück Buchen- oder nicht geklariertes Tropenholz im Sonderangebot für attraktiver als das Bruchholz, das schlecht brennt und man noch aufbereiten muss.

So ist das, daher Vorsicht mit Holzverfeuerung und Ökologie.

Die Erde wird gerettet wenn es natürlichen Wald gibt. Die Abholzung von Wald für eine Autobahn (derzeit A66) mit dem Nebeneffekt, das Holz im Sonderangebot günstig zu vermarkten, ist ein Umweltverbrechen.