Kilowattstunde ist nicht gleich Kilowattstunde

Energie

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).

  • kWhel für elektrische Energie (z.B. Ertrag einer Photovoltaikanlage, Leistung eines Kraftwerks)
  • kWhth 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 kWhth hernehmen und das Ganze durch eine Elektrodirektheizung mit gleichem Verbrauch in kWhel 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 kWhel und zeigen direkt den Endverbrauch von Strom im Haushalt auf.
  • Bei Gasrechnung wird meist eine Gasmenge in m³ angegeben und in kWhth 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 kWhth 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 kWhel und kWhth 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.

Primärenergiebedarf verschiedener Heizsysteme. Der Primärenergiefaktor für Strom gemäß EnEV beträgt mittlerweile 2,4 – doch die Relationen stimmen.

Primärenergiebedarf verschiedener Heizsysteme. Der Primärenergiefaktor für Strom gemäß EnEV beträgt mittlerweile 2,4 – doch die Relationen stimmen

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: kWhel entstehen unter Verlust von vielen kWhth.

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

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21 Kommentare zu “Kilowattstunde ist nicht gleich Kilowattstunde”

  1. ruedi

    D.h. ST und PV ist sinnvoll und ergänzen kann man mit einer (Öko)Stromdirektheizung (konkret Ölradiator zu je ca 50 Euro).
    Ich kann mir nicht vorstellen dass in einem gut gedämmten Haus eine konventionelle WP oder sonstige Zentralheizung rentabel ist. Noch dazu nur als backup zur ST.

    1. corneliadaniel

      @Ruedi bitte einfach entsprechende Links posten, die ihre Meinung untermauern. Wir machen gerne Ergänzungen. Wir können die Studien aber nicht neu erfinden.

    2. ruedi

      Ihre Rechnung mit dem Primärenergiefaktor ist falsch weil diese Zahl nicht der Realität entspricht.
      Links zum Primärenergiefaktor werden Sie wohl haben. Ab 1.1.16 ist der plötzlich bei 1,8. Heute bei 2,4.
      Aber hat sich bis dahin der Kraftwerkspark so sehr im Wirkungsgrad verbessert? Nein, die 1,8 haben wir bereits jetzt – mind.

  2. Roger Corradini

    Zwei Ergänzungen:

    Mal losgelöst von der Investition macht eine Wärmeppume aus einer kWh Strom zwischen 2,5 (Luft-WP) und 4 (Erd-WP) kWh Wärme (ohne Speicher- und Verteilverluste im Gebäude).

    Der Primär-Energiefaktor für Strom von 2,4 gilt nur in der Jahresbilanz.
    Betrachtet man hoch aufgelöst nur die Zeiten in denen der Strom z.B. für eine Stromdirektheizung bezogen wird, liegt der Faktor höher, da zu diesen Zeiten am Strommix deutlich weniger regenerative Erzeuger beteiligt sind.
    siehe: https://www.ffe.de/publikationen/tools/538

    D.h. für die Stromheizung wird eigentlich noch mehr Primärenergie benötigt.
    Ob das, selbst bei in der Jahresbilanz steigenden regenerativen Anteilen, wesentlich besser wird, bleibt abzuwarten.

    1. ruedi

      Ach, gilt der Primärenergiefaktor denn auch für Wasser- oder Windkraft? Eben nein! Dieser geht 1:1 in die Rechnung ein.

    2. Roger Corradini

      Wenn Sie sicherstellen können, dass die Stromheizung ausschließlich mit Wasser- oder Windkraft-Strom betreiben wird, gilt natürlich der PE-Faktor von 1.

      Die Realität sieht aber anders aus…
      Ist eigentlich in der verlinkten Seite umfassend beschrieben.

    3. ruedi

      Der Primärenergiefaktor verfälscht die tatsächlichen Zahlen sowieso, vermutlich um die Bedeutung der fossilen Kraftwerke zu überhöhen.
      Seit Mai 2014 gelten 2,4 – ab 2016 sind es nur noch 1,8. Das dürfte dann schon eher den Fakten entsprechen.
      Lt Fraunhofers Aktuelle Fakten zur PV in D, Abb 35
      http://www.ise.fraunhofer.de/de/daten-zu-erneuerbaren-energien
      sind die Erträge bei PV und Windkraft auch im Dez und Jan ähnlich hoch wie im Sommer.
      Bezug von echtem Ökostrom, zB Naturstrom, fördert zudem auch den Ausbau von EE in D.
      Bei geringem Heizwärmebedarf sollte man eine Direktheizung jedenfalls nicht schlechtreden. Es gibt nämlich auch eine ökonomische Sichtweise.

    4. corneliadaniel

      Ahh, jetzt versteh ich Ihren Standpunkt. Es geht um jene Häuser mit geringem HWB. Bei 30 kWh/m2 brauchen wir nicht diskutieren. Bei billigem Strom ist das natürlich ein Argument aus ökonomischer Sicht.

      Wir reden aber vom Gesamtsystem und auch der ökologisch konsequenten Sicht, ich denke daraus ergeben sich die Meinungsverschiedenheiten.

    5. ruedi

      Ich hatte schon weiter oben von “rentabel” geschrieben, klar ist das eine ökonomische Sichtweise. Man darf nicht annehmen dass jeder Verbraucher im Lotto gewonnen hat.
      Es geht hier nicht nur um billigen Ökostrom sondern um teure Vollkosten einer WP, Pelletheizung usw.
      Mir gehts um eine Gesamtrechnung und der ökologisch konsequenten Sicht mit Ökostrom.

  3. Roger Corradini

    Wenn Sie sicherstellen können, dass die Stromheizung ausschließlich mit Wasser- oder Windkraft-Strom betreiben wird, gilt natürlich der PE-Faktor von 1.

    Die Realität sieht aber anders aus…
    Ist eigentlich in der verlinkten Seite umfassend beschrieben.

    1. Roger Corradini

      ist eigentlich die Antwort auf den Kommentar von ruedi oben
      kann man hier auch wieder löschen

    2. ruedi

      Sie müssten eigentlich nur den Kommentar lesen den ich schrieb. Dort hab ich zu einer Studie des Fraunhofer Instituts verlinkt. Oder meinen Sie diese Fakten sind auch falsch?

    3. tom

      @roger @cornelia Dieser link ist nicht geeignet um das zu beweisen was ihr wollt. Euer Denkfehler ist daß in dieser Grafik auch Stromexporte nach Holland, Polen, Österreich, Italien usw enthalten sind und damit die Grössenverhältnisse zu Erneuerbaren verfälschen.
      Der link @ruedi’s zu Fraunhofer zeigt dagegen die absolute Menge an PV und Wind der Wintermonate die oft sogar deutlich mehr Ertrag ausweisen als im Sommer. Übrigens ein link wie ich ihn lange gesucht habe, danke!

  4. Sonnenplaner

    Vielen Dank für den Artikel! Wir sind ein Solarunternehmen (Sonnenplaner) und haben oft die Aufgabe eine Abwägung zwischen PV-Anlage und z.B. Solarthermie / Gasheizungen / Wärmepumpen etc. zu treffen. Verständlicherweise ist es so, dass unsere Kunden möglichst unabhängig sein wollen. Daher bauen sich viele eine schöne PV-Anlage aufs Dach und möchten mit “überschüssigem” Strom auch gleich noch Wärme erzeugen. Prinzipiell gut gedacht, aber teilweise wirtschaftlicher Unsinn.
    Thema Gaskunde: wenn ein Kunde z.B. mit Gas heizt und für die kWh 5-7 Cent zahlt, aber für den “überschüssigen” Strom im Verkauf derzeit 12,3 Cent erhält, ergibt sich ein Verlust von ca. 6 Cent, wenn man mit seinem eigenen PV-Strom z.B. einen Heizstab betreiben würde, der extra dafür noch installiert werden müsste (zusätzliche Kosten für Ansteuerung und Montage ca. 800-1000 Euro netto). Anders ist es natürlich, wenn der Kunde sowieso bereits eine Stromheizung installiert hat (Wärmepumpe, Infrarotheizung) – hier ist eigener PV-Strom natürlich sinnvoll und wirtschaftlich.
    Sonnige Grüße!

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