Primärenergieverbrauch

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Primärenergieverbrauch (PEV) bezeichnet den Verbrauch an Primärenergie, also des Energiegehaltes bzw. Heizwertes der ursprünglichen Energieträger, soweit es sich um Brennstoffe wie Kohle, Erdgas oder Biomasse handelt.

Da ein solcher ursprünglicher Energiegehalt bei der Strom- und Wärmeerzeugung aus Kernenergie oder Erneuerbaren Energien nicht zur Verfügung steht, gibt es in diesem Fall zwei unterschiedliche Konventionen zur Rückrechnung der Primärenergie aus der Endenergie des erzeugten Stroms:

Die AG Energiebilanzen wendet seit 1995 für die Erstellung der Energiebilanz die international übliche Wirkungsgradmethode an. Dabei wird der Kernenergie – bezogen auf die Stromerzeugung – der dreifache Einsatz an Primärenergie zugerechnet (Wirkungsgrad 33 %). Die Stromerzeugung aus erneuerbaren Quellen, denen kein Heizwert beigemessen werden kann (Wasserkraft, Wind- und Solarenergie) geht dagegen in die Primärenergiebilanz in Höhe ihrer Erzeugung ein (Wirkungsgrad 100 %). Bis 1994 wurde der durchschnittliche spezifische Brennstoffeinsatz in konventionellen Wärmekraftwerken zur primärenergetischen Bewertung dieser Energieträger verwendet (Substitutionsmethode).

Primärenergie wird oft vor dem Verbrauch unter Verlust in besser nutzbare Sekundärenergien wie Strom, Fernwärme oder Kraftstoffe gewandelt. Weil diese Umwandlungsverluste hinzuzurechnen sind, ist der Primärenergieverbrauch für eine Anwendung in der Regel höher als der Endenergieverbrauch. Der Endenergieverbrauch berücksichtigt nur den Energieverbrauch der Anwendung selbst, zum Beispiel den Stromverbrauch einer elektrischen Maschine. Der Primärenergieverbrauch berücksichtigt zusätzlich die z. B. bei der Wandlung von Erdgas oder Kohle in Strom entstehenden Energieverluste.

Für eine Volkswirtschaft ergibt sich das jährliche Primärenergieaufkommen für fossile Energieträger aus Förderung, Import und Lagerentnahmen. Der jährliche Primärenergieverbrauch ergibt sich dann nach Abzug von Export und Einlagerung in Kohlenhalden, Erdgaskavernen, Öltanklagern oder Ölkavernen. Für erneuerbare Energien und Kernenergie wird der Primärenergieverbrauch aus dem Endenergieverbrauch zurückgerechnet (siehe Verbrauchsermittlung).

Der Weg, den Primärenergie in einer Volkswirtschaft vom ursprünglichen Energieaufkommen bereinigt um Export und Einlagerung über die Wandlung in andere Energieformen bis zur Verwendung nimmt, wird in Energiebilanzen dargestellt. Die Energie, die nach teilweiser Wandlung der Primärenergie in andere Energieformen zur Verfügung steht, heißt Endenergie. Mit ihr werden Energiedienstleistungen erbracht. Hierzu gehören Produzieren, Heizen, Kühlen, Bewegen, Elektronische Datenverarbeitung, Telekommunikation oder Beleuchten.

Teilweise tritt der Staat als Bevorrater für strategische Reserven auf, zum Beispiel bei strategischen Ölreserven. Unternehmen bevorraten Primärenergieträger, um für Zeiten mit hohem Bedarf vorzusorgen.

Die eingesetzten Energieträger sind:

Fossile Energie:

• Erdöl
• Erdgas (GTL)
• Steinkohle
• Braunkohle

Kernenergie

Erneuerbare Energie:

• Wasserkraft
• Windenergie
• Solarenergie (Photovoltaik, Solarthermie)
• Biomasse
• Geothermie

Die Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen definiert den Primärenergieverbrauch wie folgt:^[1]

Primärenergieverbrauch im Inland = Energieaufkommen im Inland - Ausfuhr - Hochseebunkerungen - Bestandsaufstockungen.

Dabei ergibt sich das Energieaufkommen im Inland aus:

Energieaufkommen im Inland = Energiegewinnung im Inland + Einfuhr + Bestandsentnahmen

Der inländische Primärenergieverbrauch ergibt sich also aus dem inländischen Energieaufkommen, bereinigt um das Handelssaldo mit dem Ausland und Veränderungen von Speicherfüllständen.

Wird Strom oder Wärme aus erneuerbaren Energien, Kernenergie oder Müll erzeugt, so ist zwar die erzeugte Endenergie (Energiewert von Strom und Wärme) messbar, es lässt sich aber nicht ohne Weiteres ein Energiewert der Primärenergie zuordnen, aus der diese Endenergie erzeugt worden wäre. In diesen Fällen wird der zugehörige Primärenergieverbrauch (und das zugehörige Energieaufkommen im Inland) aus der erzeugten Endenergie zurückgerechnet. Dafür kommt entweder das Wirkungsgradprinzip oder die Substitutionsmethode zur Anwendung.

Zur Berechnung des Primärenergieverbrauchs wird für die deutsche Energiebilanz von der Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen (AGEB) seit 1995 das Wirkungsgradprinzip benutzt. Es wird auch von den internationalen Organisationen IEA, EUROSTAT und ECE angewendet.^[1]

Bei den Energieträgern, die durch Verbrennen ihre Energie umwandeln und deren Heizwert bekannt ist (hauptsächlich fossile Energieträger), wird der jeweilige Heizwert mit der jeweiligen eingesetzten Menge multipliziert. Bei den Energieträgern Biomasse, Müll und Klärschlamm wird, wenn kein Heizwert bekannt ist, das im nachfolgend beschriebene Substitutionsverfahren zur Ermittlung der in den Primärenergieverbrauch einfließenden Energien angewandt.

Bei der Bewertung der Kernenergie wird ein Wirkungsgrad von 33 % bei der Energieumwandlung zu Strom zugrunde gelegt. In den Primärenergieverbrauch fließt die Kernkraft also mit über der dreifachen Energie des durch die Kernkraft entstehenden Stromes ein. Die Wirkungsgradmethode führt im Vergleich zur Substitutionsmethode bei Kernenergie zu einem höheren, bei den anderen Energiequellen zu einem niedrigeren Primärenergieanteil.

Bei der international dominierenden Wirkungsgradmethode wird bei Wasserkraft, Windenergie und Photovoltaik, die keinen Brennwert aufweisen, ein Umwandlungswirkungsgrad von 100 % angenommen und somit die Endenergie gleich der Primärenergie gesetzt. Bei konventionellen Energieträgern wird hingegen der Wirkungsgrad herangezogen, mit dem die Primärenergie in Endenergie gewandelt wird. Eine Ausnahme bildet die Kernenergie, bei der pauschal ein Wirkungsgrad von 33 % angesetzt wird. Dies bedeutet, dass dort bei gleicher Stromerzeugung dreimal so viel Primärenergie verbraucht wird wie z. B. bei Windkraft- oder Photovoltaikanlagen. Aufgrund dieser Besonderheit bei der Berechnungsmethode sind erneuerbare Energien in Primärenergiestatistiken tendenziell unterrepräsentiert.^[2] Aus dem gleichen Grund kommt es zu dem merkwürdig erscheinenden Phänomen, dass die Kernenergie in der weltweiten Primärenergiestatistik einen höheren Anteil aufweist als die Wasserkraft, obwohl Wasserkraftwerke insgesamt deutlich mehr Strom liefern als Kernkraftwerke.^[3] Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass Energiesysteme, die vorwiegend bzw. vollständig auf erneuerbaren Energien basieren, bei gleichem Endenergieverbrauch einen deutlich niedrigeren Primärenergieverbrauch aufweisen als konventionelle Energiesysteme. Für Dänemark wurde z. B. in drei unterschiedlichen Energiewende-Szenarien mit jeweils 100 % erneuerbaren Energien jeweils etwa eine knappe Halbierung des Primärenergiebedarfs gegenüber einem weitgehend fossilen Referenzszenario ermittelt.^[4]

Der Saldo des Stromaußenhandels geht ebenfalls direkt in den Primärenergieverbrauch ein, auch hier wird sozusagen bei dem Saldo des importierten Stroms ein Wirkungsgrad von 100 % angenommen. Im Jahr 2013 war Deutschland per Saldo seit zehn Jahren Stromexporteur, wobei zuletzt ein Rekordexportüberschuss von etwa 5 % der Bruttostromerzeugung erzielt wurde.<--Beleg fehlt!-->

Die so ermittelten Energien werden in dem Primärenergieverbrauch summiert.

Auch bei der Substitutionsmethode werden der Heizwert und die eingesetzten Mengen der Energieträger zugrunde gelegt.

Jedoch wird bei der Berechnung des Primärenergieverbrauches mit der Substitutionsmethode angenommen, dass der Strom aus den Energieträgern, denen kein Heizwert beigemessen werden kann (Kernkraft, Wasserkraft, Wind und Photovoltaik), und gegebenenfalls der Stromimportsaldo die entsprechende Stromerzeugung in konventionellen Wärmekraftwerken ersetzt (substituiert). Zur Berechnung wird dann die Energie der konventionellen Energieträger benutzt, die zu der Erzeugung des „ersetzten“ Stroms im Durchschnitt notwendig gewesen wäre.^[5]

Der Anteil der regenerativen Energien am Primärenergieverbrauch ist je nach Berechnung, ob nach der Substitutionsmethode oder dem Wirkungsgradprinzip unterschiedlich. Zum Beispiel betrug der Anteil der regenerativen Energien in Deutschland im Jahr 2005 nach dem Wirkungsgradprinzip 4,6 % und nach der Substitutionsmethode rund 6,6 %.^[6]

Bis 1994 wurde von der AG Energiebilanzen in Deutschland die Substitutionsmethode zur Ermittlung des Primärenergieverbrauchs angewendet. Seither wird die Stromerzeugung aus Wind- und Solarenergie mit einem Wirkungsgrad von 100 % angesetzt, das heißt der zugehörige Primärenergieverbrauch ist gleich dem erzeugten Strom.^[7]

Der Primärenergieverbrauch wird in der Regel als Energie, bezogen auf einen bestimmten Zeitraum (oft ein Jahr), angegeben. Die normgerechte Einheit der Energie ist die Wattsekunde (Joule). Weil eine Wattsekunde im Verhältnis zu typischen Primärenergieangaben recht klein ist, wird in der Praxis meist mit Wattstunden (Wh) oder deren Vielfachen (siehe Vorsätze für Maßeinheiten) gearbeitet:

• 1 kJ/Jahr (Kilojoule/Jahr) = ${\displaystyle 10^{3}}$Joule/Jahr = 31,7 µW
• 1 MJ/Jahr (Megajoule/Jahr) = ${\displaystyle 10^{6}}$ Joule/Jahr = 31,7 mW
• 1 GJ/Jahr (Gigajoule/Jahr) = ${\displaystyle 10^{9}}$ Joule/Jahr = 31,7 Watt
• 1 TJ/Jahr (Terajoule/Jahr) = ${\displaystyle 10^{12}}$ Joule/Jahr = 31,7 kW
• 1 PJ/Jahr (Petajoule/Jahr) = ${\displaystyle 10^{15}}$ Joule/Jahr = 31,7 MW
• 1 EJ/Jahr (Exajoule/Jahr) = ${\displaystyle 10^{18}}$ Joule/Jahr = 31,7 GW

Energieeinheit pro Zeiteinheit (z. B. Petajoule pro Jahr) stellt eine Leistungseinheit dar. Man kann also den Primärenergieverbrauch innerhalb eines bestimmten Zeitraums auch als durchschnittliche Leistungsaufnahme in diesem Zeitraum betrachten. Für Deutschland betrug zum Beispiel im Jahr 2004 der Primärenergieverbrauch 14.438 PJ. Dies entspricht einer mittleren Leistung von 458 GW bzw. 5,55 kW pro Kopf bei einer Bevölkerung von 82,5 Millionen Menschen.

In älterer Literatur ist auch eine Vielzahl anderer Einheiten zu finden; teilweise werden sie bis heute gebraucht. Beispiele sind:

• TWh pro Jahr
• Mio. kWh pro Jahr
• Mio. t SKE pro Jahr
• Mrd. BTU pro Jahr
• Mio. Fass Öl pro Jahr
• Gt ÖE (englisch oe) pro Jahr

Wattstunden und Vielfache davon (wie kWh oder TWh) sind keine SI-Einheiten, werden aber als Produkt aus der SI-Einheit Watt und der für den Gebrauch in Verbindung mit dem Internationalen Einheitensystem (SI) zugelassenen Stunde oft als normgerecht betrachtet. Für den Privatverbrauch ist eine übliche Angabe in kWh/Jahr, z. B.:

• 1000 kWh/Jahr = 1 MWh/Jahr = 3,600 MJ/Jahr = 114,1 W

Der Primärenergiebedarf (englisch total energy supply) lag laut Internationaler Energieagentur (IEA) im Jahr 2018 weltweit insgesamt bei 14.282 Millionen Tonnen Öleinheiten (Mtoe).^[8] Dies entspricht 598 Exajoule (EJ)^[9] bzw. etwa 166 Petawattstunden (PWh). Davon entfielen auf die einzelnen Energieträger:

Die globale Energienachfrage nahm 2017 um 2,1 % zu. Der Anstieg war mehr als doppelt so hoch wie im Schnitt der vergangenen Jahre. Er wurde laut IEA zu mehr als 70 % von Öl, Erdgas und Kohle gedeckt, der Rest nahezu von erneuerbaren Energien. Die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien kletterte um 6,3 % dank der Ausbreitung von Wind-, Solar- und Wasserkraft.^[10]

2017 lag die gesamte weltweite Produktion von Primärenergie bei rund 14.035 Megatonnen Öleinheiten (entsprechend 163.227 TWh). Darunter befand sich eine Stromerzeugung von rund 23.856 TWh. Bei der Nutzung dieser Energie wurden ca. 32,840 Milliarden Tonnen Kohlenstoffdioxid freigesetzt.^[11] Der Marktwert der weltweiten verbrauchten Energie betrug im Jahr 2015 ca. 9,1 Billionen US-Dollar.^[12]

Insgesamt stieg der Energieverbrauch von 24.500 TWh im Jahr 1950 auf rund 131.400 TWh im Jahr 2010; dabei verdoppelte sich der Pro-Kopf-Energieverbrauch. Bei gleicher Wachstumsrate des Pro-Kopf-Energieverbrauches und einem Anstieg der Weltbevölkerung auf über 9 Mrd. Menschen würde sich bis 2050 ein Energieverbrauch von über 350.400 TWh ergeben. Um diesen Energiebedarf zu decken, wären zusätzlich zum 2010 vorhandenen Energieverbrauch das Leistungsäquivalent von etwa 48.000 fossilen Kraftwerken mit je 500 MW, 24.000 Kernkraftwerken mit je 1000 MW oder 150.000 km² Photovoltaikanlagen notwendig. Aus diesen Daten wird die Notwendigkeit von Energieeinsparungen gerade in den wohlhabenden Staaten der Erde abgeleitet.^[13]

Der Energieverbrauch ist weltweit sehr ungleich verteilt. Gegen 2013 verbrauchte ein Amerikaner etwa doppelt so viel Energie wie ein Europäer, viermal so viel wie ein Chinese, vierzehn mal so viel wie ein Inder und 240 mal so viel wie ein Äthiopier.^[14]

Der Primärenergieverbrauch lag 2021 in Deutschland bei rund 12.413 Petajoule (PJ)^[1] (entsprechend 3.451 Mrd. kWh) und soll laut Umweltbundesamt 2022 voraussichtlich wie 2020 weniger als 12.000 Petajoule betragen.^[15]

Seit 2002 bedarf der Primärenergieverbrauch in Deutschland bislang eines signifikanten Stromimportes von jährlich mehr 25 Petajoule. Zwischen 2012 und 2020 betrug er deutlich über 100 Petajoule im Jahr.^[1] Seit 2017 wird wieder mehr Braunkohle als Steinkohle verbraucht, nachdem dies seit 1992 fünfzehn Jahre lang rückläufig war.^[1]

Quelle: Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen, Stand: 30. Juni 2021^[16]

Die Primärenergie für die Bundesrepublik Deutschland stammte 2020 zu rund 71 % (2018 69,9 %) aus Importen.^[19][20] Im Jahr 2018 wurden 9.176 Petajoule des Gesamtbedarfs von 13.129 Petajoule importiert, vorrangig Mineralöl und Erdgas sowie Steinkohle. Bei diesen Energieträgern liegt eine hohe Importabhängigkeit von 88 bis 97 % vor. Die inländischen Quellen Braunkohle und Erneuerbare Energien waren importunabhängig.^[16]

Im Jahr 2018 wurden in die Bundesrepublik Deutschland importiert:

• 85,205 Mio. Tonnen Rohöl,^[16]
• 126,253 Milliarden Kubikmeter Erdgas (1 m³ entspricht 35,169 MJ Heizwert)^[16]
• 46,965 Mio. Tonnen Steinkohle^[21]

Das Rohöl stammte 2018 zu 36,3 % aus der Russischen Föderation, zu 18,1 % aus Afrika (vor allem Nigeria, Algerien und Libyen) und zu 11,8 % aus Norwegen. Von den verbleibenden 33,8 % kamen größere Lieferanteile aus Großbritannien (7,8 %), aus dem Nahen Osten (6 %) und aus Venezuela mit 0,8 %.^[16]

Die Herkunft des importierten Erdgases darf nach den Vorschriften des § 16 Bundesstatistikgesetz in Verbindung mit § 11 Abs. 2 und 5 Außenwirtschaftsgesetz seit 2015 nicht mehr veröffentlicht werden. Denn die Weitergabe der Daten könnte einzelne Unternehmen in ihrem Betriebs- und Geschäftsgeheimnis berühren.^[22]

Der letzte verfügbare Stand des Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aus dem Jahr 2015 setzt sich wie folgt zusammen:

Das importierte Erdgas kam zu 34,7 % aus der Russischen Föderation, zu 34,1 % aus Norwegen und zu 28,8 % aus den Niederlanden. Die übrigen 2,5 % stammen aus „sonstigen Ländern“.^[16] Dabei handelt es sich um die Übergabeländer aus denen das Erdgas nach Deutschland kommt und nicht das Förderland. So kommt das Erdgas aus den Niederlanden zum teil aus den Vereinigten Königreich als Flüssiggaslieferungen, bevor es nach Deutschland geleitet wird.^[23]

Die Steinkohle-Importe stammten 2018 zu 40 % aus der Russischen Föderation, 21,2 % aus den USA und 11,1 % aus Australien. Von den übrigen 28 % kamen größere Lieferanteile aus Kolumbien mit 8,3 % und aus EU-Ländern 10,4 % (vor allem Polen).^[21]

Die Einfuhrpreise und Erzeugungspreise für Primärenergie ausgenommen vom Erdgas sind im Zeitraum von 2015 bis 2019 gestiegen. Mit beginn der Covid-19-Pandemie haben sich die Preise Teilweise mehr als Halbiert. Die Verbraucherpreise für die wichtigsten Endenergieträger Heiz- und Kraftstoffe sowie für Strom sind bis 2019 stärker als der allgemeine Verbraucherpreisindex angestiegen, am stärksten bei Heizöl um 14,5 %, bei den Kraftstoffen um 3 bzw. 8,4 %, bei Strom um 6,8 % gestiegen, Erdgas und Fernwärme haben sich im selben Zeitraum um 4,2 % und 1,9 % vergünstigt bezogen auf 2015.^[24]

Der Anteil verschiedener Energieträger am Primärenergiebedarf einer Volkswirtschaft wird als Energiemix des Landes bezeichnet. Im Allgemeinen sind die wichtigsten Energieträger Mineralöl und Erdgas.

• Energiewirtschaft
• Liste der Staaten mit dem höchsten Energieverbrauch
• Liste der Länder nach Energieverbrauch pro Kopf

• Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen: Aktuelle Primärenergieverbräuche von Deutschland
• Länderarbeitskreis Energiebilanzen

Primärenergieverbrauch nach Energieträgern in anderen Ländern

• Weltregionen, aus: Zahlen und Fakten: Globalisierung, www.bpb.de
• 43 Staaten Europas, aus: Zahlen und Fakten: Europa, www.bpb.de
• EU – USA – China, aus: Zahlen und Fakten: Europa, www.bpb.de