Elektrik – Energieumsatz in Deutschland
Schlagwörter: elektrische Leistung, Energie, Energieumsatz, Energieübertragung, Strom, Stromverbrauch, elektrische Leistung
Nach den Angaben des Umweltbundesamts hatten wir in Deutschland (2021) einen Bedarf an Primärenergie von ca. 12.000 PetaJoule pro Jahr Der Einheitenpräfix P (Peta) steht dabei für 1015, also das Billiardenfache eines Joules.
Der Primärenergieumsatz ist „die benötigte Energiemenge, die mit den natürlich vorkommenden Energieformen bzw. Energiequellen – etwa aus Kohle, Gas, Öl oder von Sonne, Wind etc. – zur Verfügung steht. Mit einem oder mehreren Umwandlungsschritten werden aus der Primärenergie die Sekundärenergieträger wie Strom, Heizöl und Benzin gewonnen.“ //Quelle: Umweltbundesamt
12.000 PJ = 12.000.000.000.000.000.000 J
Diese Zahl ist unvorstellbar groß. Also werden wir sie zunächst auf eine Person reduzieren. Dabei gehen wir von ca. 80 Mio. Einwohnern aus.
{ 12.000\cdot {{10}^{15}}\,\frac{J}{a}\,\,\,\,\,\,\overset{:80\cdot {{10}^{6}}\,Personen}{\mathop{=}}\,\,\,\,\,\,\,1,5\,\cdot {{10}^{11}}\frac{J}{a\,\,\,und\,\,Person} }
Einheiten:
- 1 Jahr = 1 a
- 1 Tag = 1 d
- 1 Stunde = 1 h
{ 1,5\,\cdot {{10}^{11}}\frac{J}{a\,\,\,und\,\,Person}\,\,\,\overset{:\,\,365}{\mathop{=}}\,\,411.000.000\,\frac{J}{d\,\,\,und\,\,\,Person} }
{ \displaystyle 411.000.000\frac{J}{d\,\,\,und\,\,Person}\,\,\,\overset{:\,24}{\mathop{=}}\,\,17.000.000\,\frac{J}{h\,\,\,und\,\,\,Person} }
Um die umgesetzte Energie pro Stunde und Person zu erhalten, teilen wir durch 365 Tage und 24 Stunden.
Uns stehen also pro Person 17.000.000 J bzw. 17 MJ pro Stunde zur Verfügung.
{ \displaystyle 17.000.000\frac{J}{h\,\,\,und\,\,Person}\,\,\,\overset{:\,3600}{\mathop{=}}\,\,4756\,\frac{J}{s\,\,\,und\,\,\,Person} }
Zum Abschluss teilen wir durch 3600 (60·60) für die 60min pro Stunde und die 60 s pro Minute.
In jeder Sekunde des Tages steht die Energie von 4756 J bzw. 4756 Ws zur Verfügung. Die menschliche Dauerleistung beträgt ca. 100 W. Das bedeutet, dass die Energie, die uns rund um die Energie zur Verfügung steht, von ca. 47 Menschen im körperlichen Dauereinsatz erbracht werden würde. Dabei sind natürlich alle Energieumsätze in Deutschland einberechnet, also auch die Energie für die Industrie, den Transport und das Heizen.
Vergleiche – elektrische und mechanische Energie im Alltag
Gesamtmenge der eingespeisten elektrischen Energie
Im Folgenden beschränken wir uns auf die elektrische Energie, die in das deutsche Stromnetz eingespeist wird. Im Jahr 2020 wurden in Deutschland 490 TWh = 490·1012 Wh elektrische Energie in das Netz eingespeist. // Quelle: destatis-Statistisches Bundesamt
Das entspricht:
- pro Person: 6125000 Wh/a
- pro Tag: 16781 Wh/d
- pro Stunde: 700 Wh/h =0,7 kWh/h
Rund um die Uhr steht pro Einwohner in Deutschland eine Leistung von 700 W bereit.
Die menschliche Dauerleistung beträgt ca. 100 W. Das könnt ihr auf dem Hometrainer, mit einer App, … oder mit ein paar einfachen Experimenten selber ermitteln.
Was kostet der Strom?
Die Preise für elektrische Energie sind in den letzten Jahren stark gestiegen. Die Grafik ►02 zeigt die Entwicklung der Stromkosten seit 2004. Dabei sind hier die Durchschnittswerte gegeben, die sowohl regional, als auch in Abhängigkeit von den Tarifen variieren können.
Laut statistischem Bundesamt (Feb. 2022) sind die Durchschnittspreise in Deutschland für die verschiedenen Energieformen:
- Strompreis Haushalt => 32,62 ct/kWh
- Gaspreis => 6,41 ct/kWh
- Strompreis „Nichthaushalte“ => 17,9 ct/kWh
Was ist unsere körperliche Arbeit wert?
Wir wollen unsere körperliche Leistung mit der elektrischen Leistung und dem aktuellen Strompreis vergleichen. Dabei gehen wir von einem Strompreis von 30 ct/kWh aus.
Welche körperliche Energie kannst du in einer Stunde umsetzen?
Die menschliche Dauerleistung liegt bei ca. 100 W. In einer Stunde setzen wir dann die Energie von 360.000 Ws bzw. 360.000 J um. Diese Energie rechnen wir in die Einheit 1 kWh um.
{ \displaystyle \begin{array}{l}1\,kWh=\,1000\,Wh\,=\,1000\,Ws\cdot 3600=3.\underbrace{600.\underbrace{000}_{kilo}}_{Mega}\,Ws=3,6\,MWs\\1\,Ws\,=\,1\,J\end{array} }
{ \large\displaystyle 360.000\,J\,\,\,\,\,\overset{:\,3.600.000}{\mathop{=}}\,\,\,\,\,0,1\,kWh }
{ \text{Stromkosten}:\,0,1\,kWh\cdot 30\frac{ct}{kWh}=3\,ct }
Damit hat der körperliche Anteil unserer Arbeit im Vergleich zu den Kosten für elektrische Energie einen Wert von 3 ct pro Stunde.
Der Mindestlohn liegt bei ca. 12 €. Das ist das 400-Fache!!! Wie kommt es zu dieser Preisdifferenz?
Die Preisdifferenz ergibt sich aus unserem knoff-how, also dem Fachwissen, der Erfahrung und der Kreativität, mit der wir Aufgaben über den reinen Energieumsatz hinaus lösen.