Energiewandlung (Kraftwerke, etc.)

Kraftwerke sind technische Anlagen, die „Strom erzeugen“. Das heisst, sie wandeln Primärenergie in Sekundärenergie um und sind somit „Energiewandler“. (Zur Repetition: Physikalisch korrekt kann man keine Energie erzeugen, sondern nur aus einer anderen Energieform umwandeln.)

Energiewandler sind technische Systeme, die Energie von einer Energieform in eine andere umwandeln. (z.B. Elektromotor: Strom -> Bewegung)

Primärenergien sind Naturvorkommen, wie Kohle, Erdgas, Uran, Sonne, Erdwärme, etc. Primärenergien stehen in der Natur zur Verfügung und sind (noch) nicht umgewandelt.

Sekundärenergie sind umgewandelte Primärenergien. Man kann umgangssprachlich sagen, dass sie veredelte/ „höherwertige“ Energien sind. (Mit Blick auf unsere Nutzungsabsichten) Beispiele für Sekundärenergien sind unter anderem: Kohlebrickets, aufbereitetes Erdgas, Fernwärme, Strom und Benzin.

Nutzenergien (selten auch Tertiärenergien genannt) sind die Energien, die am Ende vom Verbraucher gewünscht und genutzt werden. Sie werden aus den Sekundärenergien umgewandelt. Beispiele für Nutzenergien sind unter anderem: Wärme, Kälte, Licht, Mechanische Arbeit, Schall und Fortbewegung.

In der folgenden Grafik ist der Verlauf dieser Energien am Beispiel von einem Wasserkraftwerk und einem Mixer erklärt. Die Sonnenstrahlung als Primärenergiequelle bringt Wasser zum Verdunsten und ermöglicht somit Regen. Dieser Regen summiert sich zu Bächen und Flüssen, aus deren Energiepotenzial man dann Strom als Sekundärenergie „gewinnen“ kann. Dieser Strom wird dann im Haushalt in einem Mixer über den Elektromotor in mechanische Nutzenergie umgewandelt.

(Die Grafik kann durch einen Klick vergrössert werden.)

Die Umwandlungen von Primärenergie zur Nutzenergie am Beispiel der Wassserkraft und eines Mixers erklärt

Die Umwandlungen von Primärenergie zur Nutzenergie am Beispiel der Wassserkraft und eines Mixers erklärt

Die nächste Grafik ist genau gleich aufgebaut, wie die vorherige, bildet aber (fast) alle grundsätzlichen Möglichkeiten und Umwandlungswege ab.

(Durch einen Klick auf die Grafik vergrössern!)

Umwandlungen von den Primärenergiequellen zu den Sekundärenergien und Nutzenergien

Umwandlungen von den erneuerbaren oder nicht erneuerbaren Primärenergiequellen zu den Sekundär- und Nutzenergien

Wie in dieser Grafik ersichtlich ist, gibt es fünf „Primärenergiequellen“: Die Sonne, der Mond, die Erde, die fossilen Energieträger und die Kernbrennstoffe. Diese Primärenergiequellen werden in die zwei Gruppen „erneuerbare-“ und „nicht erneuerbare Energien“ eingeteilt. Diese Grafik zeigt eindrücklich, was es alles für verschiedene Möglichkeiten gibt Energie zu „erzeugen“.

Nach Umwandlungen in der Natur und in technischen Anlagen erhält man die „Premium-“ bzw. Sekundärenergien. Diese lassen sich zum Grossteil auch wieder ineinander umwandeln. (z.B. Durch Power-To-Gas von Elektrischer zur Chemischen Energie.)

Am Ende dieser Energieabläufe und Umwandlungen erhält man die Nutzenergien. (z.B. Wärme, Fortbewegung, Licht,…)

Die Grafik und Aufzählung ist nicht vollständig und es gibt noch viel mehr Möglichkeiten. Diese Webseite ist nicht in der Lage jede einzelne Technologie und diese auch noch im Detail vorzustellen, aber es ist mir ein Anliegen, einen möglichst guten Überblick zu ermöglichen und aufzuzeigen, dass es ganz viele unterschiedliche Varianten gibt, die wir vielleicht intelligenter und zielführender nutzen könnten. 🙂

Zu den Vor- und Nachteilen der verschiedenen Kraftwerkstypen und damit ihren Energieträgern verweise ich gerne auf die folgende Webseite des Bayerischen-Staates: http://www.energieatlas.bayern.de/thema_energie/vergleich.html

Meine Meinung:

Ich bin überzeugt, dass durch die Kreativität und den Forschungsdrang der Menschen weitere Möglichkeiten geschaffen und die bisherigen verbessert werden. Es gibt so viele verschiedene Wege Energie zu „erzeugen“. Letzten Endes ist es egal, wie man das macht, solange es auf erneuerbaren Primärenergiequellen basiert. Alleine die Sonnenstrahlung, die die Erde jedes Jahr erreicht, könnte rein rechnerisch den Energiebedarf der ganzen Menschheit für über 10’000 Jahre decken. (Quelle: Wikipedia „Sonnenenergie“) Ich bin deshalb guter Dinge und überzeugt, dass die Energiewende möglich ist und funktioniert!

 

Weiterführende Infos unter:

http://de.wikipedia.org/wiki/Kraftwerk

http://de.wikipedia.org/wiki/Energieversorgung#Energiequellen

-> Weitere Links folgen.

 

Anmerkung zur vernünftigen Nutzung von Biomasse (Für speziell Interessierte):

Die Nutzung von Biomasse und von „Biofuels“ (Biokraftstoffe) ist nicht per se schlecht, sondern kann sehr sinnvoll und nachhaltig sein. Ich persönlich finde, die folgenden zwei Punkte sehr wichtig:

1. Die Nutzung von Biomasse als Energieträger darf NICHT in Konkurrenz zur Nahrung stehen, muss umweltverträglich und nachhaltig sein!

2. Am sinnvollsten ist die Nutzung von Rest- und Abfallstoffen. (z.B. Bauschutt, Kehricht, Restholz, Maisstroh, Jauche, etc.)

 

Anmerkungen zum Ursprung der Primärenergiquellen (Für speziell Interessierte):

Ich persönlich finde es äusserst interessant sich auch mit dem Ursprung der Primärenergiequellen zu beschäftigen. Deshalb habe ich diesesn Abschnitt zusätzlich eingefügt.

 

Erneuerbare Energiequellen:

Sonne -> Die Strahlungsenergie der Sonne, die die Erde erreicht stammt aus dem Sonnenkern und entsteht durch Kernfusion. (Weitere Infos zu diesem spannenden Thema findet man auf Wikipedia unter: http://de.wikipedia.org/wiki/Kernfusion#Stellare_Kernfusion)

Mond -> Die Anziehungskraft (Gravitation) von Sonne und Mond zueinander verursacht auf der Erde die Gezeiten (Wechsel zwischen Ebbe und Flut).

Erde -> Für die Erdwärme gibt es drei Gründe. Ein Teil der Wärme stammt aus der Zeit der Entstehung der Erde, ein weiterer Teil entsteht beim Zerfall von radioaktiven Stoffen im Erdinneren und der dritte Teil entsteht aus den Gezeiten. Die Gezeiten verursachen Reibung zwischen dem flüssigen Erdkern und der festen Erdkruste, was zu Wärmeentwicklung führt. (Gleiches Prinzip, wie wenn man die Hände aneinander reibt.)

 

Nicht erneuerbare Energiequellen:

Erdgas & Erdöl -> Das Erdöl und das Erdgas entsteht aus abgestorbener Biomasse unter hohem Druck und hohen Temperaturen unter Abwesenheit von Sauerstoff über einen Zeitraum von mehreren Millionen Jahren! Das heutzutage geförderte Erdöl und Erdgas stammt hauptsächlich aus abgestorbenen Meerestieren. Der grösste Anteil machen dabei Algen aus.

Das Erdöl und das Erdgas gehören neben der Kohle zu den fossilen Energieträgern, da sie aus abgestorbener Biomasse (tote Tiere & Pflanzen) entstanden sind. (Als Fossil bezeichnet man Überreste (z.B. Versteinerungen) und Zeugnisse der Aktivität (z.B. Fussspuren in inzwischen versteinerter Erde) von vor langer Zeit gesorbenen Pflanzen und Tieren.)

Kohle -> Der natürliche Prozess, bei dem Kohle entsteht, nennt man „Inkohlung“. In einem ersten Schritt entsteht aus abgestorbenen Pflanzen durch Pilze und Bakterien Torf. Dieser Prozess wird „Vertorfung“ genannt. Anschliessend entsteht unter Druck, Sauerstoffausschluss und hohen Temperaturen (Durch Erdwärme) aus Torf Kohle. Dieser ganze Vorgang dauert in der Natur mehrere Millionen Jahre!

Kernbrennstoffe -> Die Kernbrennstoffe (z.B. Uran) für die Kernspaltung entstehen bei Fusionsprozessen am Ende der Lebensdauer von gewissen speziellen Sternen, den sogenannten Supernovas. Die Sterne werden bei diesen Prozessen vernichtet und explodieren. Somit kann man sagen, dass die Kernbrennstoffe der Erde aus lange zurückliegenden Explosionen von speziellen Sternen entstanden sind.

Fusionsbrennstoffe -> Die Fusionsbrennstoffe für die Kernfusion (z.B. Deuterium und Tritium) zählen auch zu den nicht erneuerbaren Energieträgern. Vieles im Bereich Fusionsforschung ist aber noch unklar. Man hofft, dass man lange bevor das Deuterium oder Tritium ausgeht dazu übergehen kann, wie in der Sonne Wasserstoff-Atome zu Helium zu fusionieren und die dabei massiv anfallende Energie als Primeränergie nutzen zu können. Wasserstoff ist das häufigste Element im Universum und somit hätte man absolut keine Probleme genügen Brennstoff zu haben.
Wie bereits im vorherigen Unterkapitel gesagt, ist die Grafik zu den verschiedenen Energieerzeugungs-Möglichkeiten nicht komplett. So habe ich zum Beispiel absichtlich die Fusionsreaktoren weggelassen. Der Grund dafür ist, dass diese sowieso nicht vor 2050, realistischer sogar 2100, wirtschaftlich nutzbar sein werden. Es ist noch nicht mal sicher, ob das überhaupt jemals möglich sein wird. Bis dahin müssen wir unser „Energieproblem“ sowieso schon grösstenteils gelöst haben. Ich denke der Blick soweit in die Zukunft würde uns von den aktuell wichtigen Punkten ablenken. Nichtsdestotrotz soll, meiner Meinung nach, die Forschung in diesem Gebiet weitergetrieben werden! Fusionskraftwerke hätten einige ganz tolle Vorteile im Vergleich zu den heutigen Kraftwerken. Vielleicht sind in 50 oder 100 Jahren Solarzellen schon so weit verbreitet und günstig geworden, dass die technisch hochkomplexen Fusionsreaktoren gar nicht dagegen konkurrenzieren können.

 

Anmerkungen zur Endenergie (Für speziell Interessierte):

Um die Grafik zu den verschiedenen Energieerzeugungs-Möglichkeiten möglichst einfach zu gestalten, habe ich die Stufe der Endenergie absichtlich weggelassen.

Die Endenergie ist die Energie, die im Haushalt bzw. beim Konsumenten ankommt. (z.B. Der Strom aus der Steckdose oder das Benzin im Tank) Im Gegensatz dazu ist die Nutzenergie nur der Anteil der Endenergie, der effektiv genutzt werden kann. (Nutzenergie = Endenergie – Verluste) Die Nutzenergie wird häufig auch noch umgewandelt und liegt danach in einer anderen Form als die Endenergie vor. (z.B. Mixer) Da man diese ganzen Umwandlungen im Haushalt statistisch nicht mehr mitverfolgen kann, hat man den Begriff der Endenergie eingeführt. Wenn man den End- und Primärenergieverbrauch vergleicht, kann man immerhin den grössten Teil der „Verluste“ betrachten. Verlust meint in diesem Zusammenhang die Summe der für den Endverbraucher nicht mehr zielführend nutzbaren Energie (entwertete Energie).

Der Energiefluss von der Primärenergie zur Nutzenergie mit den dazwischenliegenden Umwandlungen und Wirkungsgraden

Der Weg von der Primärenergie zur Nutzenergie mit den dazwischenliegenden Umwandlungen und Wirkungsgraden

Ausserdem habe ich der Einfachheit halber bis hierher verschwiegen, dass die Endenergie teilweise auch direkt aus Primärenergie stammen kann und nicht immer über den Wandlungsschritt zur Sekundärenergie gehen muss. So wird z.B. die Strahlungsenergie (Wärme) der Sonne direkt genutzt, um das Haus aufzuwärmen. (passive Nutzung der Sonnenenergie)

 

– Letzte Änderung 10.06.2015 –

 

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