Kilowattstunde ist nicht gleich Kilowattstunde

oder welchen energetischen Wert besitzt ein Schokoriegel?

Ein alter Werbeslogan verspricht uns einen Schokoriegel, der Energie zurückbringt – die Energie, die bei Arbeit, Sport und Spiel verbraucht wird. Tatsächlich wandeln unsere Muskeln beim Sport chemische Energie aus der Nahrung in Bewegung und Wärme um. Für das Spielen am Computer hingegen benötigen wir elektrischen Strom. Und der kommt nicht aus Schokolade 🙂

Genauso wenig wie Wärme für die Raumheizung. Auch wenn anderthalb Tafeln Schokolade einen Brennwert von etwa 860 Kilokalorien haben, was in etwa einer Kilowattstunde entspricht.

Gleiche Einheit – andere Energieform

Es ist also nicht egal, in welcher Form die Energie vorliegt. Die Schokoladenenergie ist nicht in gleichem Maße nutzbar wie ein Braunkohlebrikett, und aus Wärme lässt sich nicht ohne Weiteres wieder Strom herstellen. Und das ist auch der Grund, warum wir bei Wärme und Strom unterscheiden, ob es sich um thermische oder elektrische Kilowattstunden handelt.

Kenntlich gemacht wird diese Unterscheidung mit einem Index th (thermisch) bwz. el (elektrisch) hinter der Bezeichnung kWh (Kilowattstunde).

• kWh_el für elektrische Energie (z.B. Ertrag einer Photovoltaikanlage, Leistung eines Kraftwerks)
• kWh_th für Wärmeenergie (z.B. Ertrag einer Solarthermieanlage oder Gasverbrauch)
  

Sind die Kilowattstunden für Strom die gleichen wie beim Gas? JA und NEIN!

JA, weil…?

Ja, weil ich (mit kleinen Einschränkungen) den Gasverbrauch in Kilowattstunden kWh_th hernehmen und das Ganze durch eine Elektrodirektheizung mit gleichem Verbrauch in kWh_el ersetzen könnte.

Doch sowohl ökologisch als auch ökonomisch wäre das der totale Wahnsinn. Lasst es uns zunächst mal von der Endverbraucherseite her betrachten:

• Die in der Stromrechnung ausgewiesenen Kilowattstunden sind kWh_el und zeigen direkt den Endverbrauch von Strom im Haushalt auf.
• Bei Gasrechnung wird meist eine Gasmenge in m³ angegeben und in kWh_th umgerechnet. Darin liegt eine gewisse Ungenauigkeit, weil der Energieinhalt eines Kubikmeters Gas abhängig von Druck und Temperatur schwankt. Deshalb werden Normbedingungen zugrunde gelegt. Das nennt sich thermische Abrechnung. Wie viel von den so errechneten Kilowattstunden dann tatsächlich in der Wohnung ankommt, hängt von der Effizienz der Heizanlage ab – u.a. vom Wirkungsgrad des Heizkessels und von Verlusten beim Speicher und der Wärmeverteilung. Zwischen den abgerechneten kWh_th und der in der Wohnung verbrauchten Wärme besteht eine Differenz.

Eine Elektrodirektheizung hingegen kann fast 100 Prozent des Stroms in Wärme umwandeln – das wär schon mal ein kleines Plus für die Elektroheizung. Doch bei einem Gaspreis von 6 ct/kWh und einem Strompreis von 25 ct/kWh fällt das kaum ins Gewicht.

… also doch NEIN!

Eine mit konventionellem Strom betriebene Heizung würde rund vier Mal so hohe Heizkosten erzeugen wie eine Gasheizung. Also allein von der Kostenseite her gesehen sind kWh_el und kWh_th schon mal nicht vergleichbar. Doch Preise können sich ändern – also Obacht:

Wer hier zu lesen aufhört, verpasst den wesentlichen Unterschied zwischen Strom und Wärme

Denn energetisch sind Strom und Wärme alles andere als gleichwertig. Bis eine bestimmte Menge an Nutzenergie beim Verbraucher ankommt, wird je nach Energieform und Erzeugungsart unterschiedlich viel Primärenergie hineingesteckt – abhängig vom Wirkungsgrad der beteiligten Energiewandler (Kraftwerke, Heizkessel…) und den sonstigen Verlusten z.B. beim Energietransport.

Wenn ich Verluste sage, meine ich Verluste an Exergie durch Umwandlung in Anergie. Die Stromerzeugung ist mit hohen Exergieverlusten im Kraftwerk verbunden, d.h. bei der Umwandlung von Wärme in Strom wird nur ein Teil zu nutzbarem Strom. Der Rest wird u.a. als Abwärme an die Umgebung abgegeben. Wenn der Strom bei unserer Elektroheizung ankommt, steckt schon ein Vielfaches an Primärenergie in ihm – beim gegenwärtigen Strommix in Deutschland das etwa 2,4fache (Primärenergiefaktor gemäß aktueller Energieeinsparverordnung EnEV).

Etwas ketzerischer ausgedrückt: kWh_el entstehen unter Verlust von vielen kWh_th.

Strom und Wärme richtig nutzen

Der Knackpunkt ist also: Wie kann ich die jeweils benötigte Energieform – sei es Wärme, sei es Strom – mit möglichst geringen Exergieverlusten bereitstellen? Zum einen natürlich, indem ich die Energieform, die ich benötige, möglichst an Ort und Stelle erzeuge bzw. dort nutze, wo sie anfällt. Das heißt, Wärme als Wärme erzeugen – am besten erneuerbar mit Solarthermie und Biomasse. Und auch eine Gasheizung ist immer noch besser als der “höherwertige” Strom. Trotz aller Optimierungsmaßnahmen gibt es bei seiner Herstellung aus Wärme immer Verluste.

Anlagen zur Kraft-Wärme-Kopplung beispielsweise versuchen das zu optimieren. Hier wird die Abwärme, die bei der Stromerzeugung entsteht, auch genutzt – d.h. ein Teil der Wärme, die früher u.a als Rauchgas wertlos “verpuffte”, steht nun noch weiter zur Verfügung.

Und wenn ich meinen Strom selber mache?

Der Strom aus der eigenen PV-Anlage hat zwar eine bessere Primärenergiebilanz, allerdings ist der Wirkungsgrad von PV-Modulen ca. 4 – 5 mal geringer als der von Solarkollektoren, die die Wärme direkt liefern. Und ohne geeignete Nachheizung z.B. in Form eines Pelletofens muss man im Winter den Heizstrom aus dem Netz ziehen – Stichwort Thermosensitivität. Wer das vor hat, sollte sich über diese Folgen im Klaren sein. Im Winter dreckigen Strom vom Netz zu beziehen, kann sogar soweit führen, dass ich meine positive Umweltbilanz vom Sommer zerstöre, wenn man sich den Primärenergieeinsatz ansieht.

Dazu gäbe es jetzt noch einiges zu sagen – aber ich will auch noch für Kommentare Raum lassen und bin gespannt, was kommt. Nur noch so viel aus meiner Sicht: Echte Stromüberschüsse aus einer Photovoltaikanlage zu verheizen ist in Ordnung, ersetzt aber keine vollwertige Heizung – genau wie Schokolade nicht die Basis einer gesunden Ernährung bildet 🙂

Foto: stop-sells / photocase.de

Grafik: asue.de / Uni Essen