Energie & Energieeffizienz

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2023 - Was ist Energie und Energieeffizienz?

Physikalische Einheiten für Energie

Energie E

Was-ist-Energie--Erklärt-von-Wiki-Battery-auf-wikibattery.org
  • Joule (J):  1 Watt während 1 Sekunde
  • Wattstunde (Wh): 1 Watt Leistung während 1 Stunde
  • Elektronenvolt (eV): kinetische Energie eines Elektrons, welches mit 1 V Spannung beschleunigt wird
  • Kilokalorie (kcal): Energie zur Erwärmung von 1 kg Wasser von 14.5 auf 15.5 °C

Was ist Energie im physikalischen Sinne?

Energie ist eine fundamentale physikalische Grösse, die in allen Teilgebieten der Physik sowie in der Technik, Chemie, Biologie und der Wirtschaft eine zentrale Rolle spielt.

 

Energie kann nicht produziert, verbraucht oder vernichtet werden. Energie kann jedoch umgewandelt, transportiert und gespeichert werden.

Bei der Umwandlung von Energie gibt es den Begriff Leistung, welcher ein Mass für die Veränderung der Energie pro Zeit ist. Abgeleitet vom Begriff Leistung, kann man die Energie auch als Leistungsvermögen bezeichnen.

Verschiedene Formen von Energie​

Energie ist aber nicht gleich Energie – Energie besitzt eine Qualität, kann also mehr oder weniger hochwertig sein. Die höchste Qualität hat die elektrische Energie, denn sie kann einfach umgewandelt werden in andere Energieformen wie in Licht, chemischer Energie (z.B. in Batterien), Wärme, mechanische Energie und Strahlungsenergie. 

Diesen Umwandlungsprozess nennt man auch Energieentwertung, da elektrische Energie in alle anderen Energieformen umgewandelt werden kann aber z.B. Wärme nur schlecht in elektrische Energie umgewandelt werden kann.

Potenzielle Energie und kinetische Energie

Energie kann auch in kinetische Energie oder potenzielle Energie unterteilt werden. Kinetische Energie kann bei elastischen Stössen und vielen anderen mechanischen Vorgängen erhalten bleiben. 

Potenzielle Energie beschreibt die Energie eines Körpers in einem physikalischen System, in einer bestimmten Lage und Kraftfeld (z.B. Schwerkraft). 

 

Beispielsweise ist in der Schwerkraft (Gravitation) die „potentielle Energie“ jene Energie, die ein Körper durch seine Höhenlage hat:

 

Potentielle-Energie-Wiki-Battery-Batterien-Einfach-erklaert-Energieeffizienz WikiBattery.org
Potenzielle Energie erklärt am Beispiel eines Energiespeicher-Kraftwerkes - Wiki Battery Wikibattery.org

Energieeffizienz - Einführung

Was ist Energieeffizienz?

Was-ist-Energieeffizienz---erklärt-von-Wiki-Battery-auf-wikibattery.org

Was ist Energieeffizienz? Energieeffizienz ist der Einsatz von weniger Energie für die gleiche Tätigkeit oder das gleiche Ergebnis. Energieeffiziente Häuser und Gebäude verbrauchen weniger Energie zum Heizen, Kühlen und zum Betrieb von Geräten und Elektronik, und energieeffiziente Produktionsanlagen verbrauchen weniger Energie zur Herstellung von Waren.

Energieeffizienz ist einfach und billig

Energieeffizienz ist eine der einfachsten und kostengünstigsten Möglichkeiten, den Klimawandel zu bekämpfen, die Energiekosten für die Verbraucher zu senken und die Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen zu verbessern. Energieeffizienz ist auch eine wichtige Komponente, um durch Dekarbonisierung eine Netto-Null-Emission von Kohlendioxid zu erreichen.

Energie-Wirkungsgrad

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Umwandlung von Energie ist nie 100 %. Der Grad der Umsetzung wird mit der Energieeffizienz oder Energie-Wirkungsgrad beschrieben.

Als Beispiel: Wenn man ein Handy-Akku lädt, erwärmt sich der Akku. Die Wärme entsteht, weil der Umwandlungsprozess von elektrischer Energie (Strom) in chemische Energie in der Batterie nur 95 % beträgt und nicht 100 %.

Die Energieeffizienz (EE) ist daher 95 % und 5 % Energie wird als Wärme abgegeben rsp. 5% Energie gehen verloren. Für die Netto-Null Ziele sind Technologien mit hoher Energieeffizienz wesentlich.

Vorteile von hoher Energieeffizienz

Energieeffizienz spart Geld, erhöht die Widerstandsfähigkeit und Zuverlässigkeit des Stromnetzes und bietet Vorteile für Umwelt, Gesellschaft und Gesundheit.

Kosten senken

Zu Hause können Sie durch energieeffiziente und witterungsangepasste Massnahmen wie Dämmung, LED-Beleuchtung und die Installation einer Wärmepumpe, die Ihren Energieverbrauch senken und den Komfort verbessern, Geld bei der Stromrechnung sparen.

 

Energieeffiziente Gebäude verursachen geringere Heiz-, Kühl- und Betriebskosten, während Industrie- und Fertigungsanlagen Produkte zu niedrigeren Kosten herstellen können. Energieeffiziente Verkehrsmittel führen zu Kraftstoffeinsparungen.

 

Energieeffizienz-von-erneuerbaren-Kraftstoffen--erklärt-von-Wiki-Battery-auf-wikibattery.org

VORTEILE FÜR DIE UMWELT

Die Verringerung des Energieverbrauchs ist für den Kampf gegen den Klimawandel von entscheidender Bedeutung, da alte Kraftwerke fossile Brennstoffe verbrennen, die Treibhausgase freisetzen und zur Luftverschmutzung beitragen. 

Energieeffiziente Häuser und Gebäude sind auch besser für die Umstellung auf erneuerbare Energien geeignet, die keine schädlichen Emissionen erzeugen.

Resilienz UND ZUVERLÄSSIGKEIT

Verbesserungen der Energieeffizienz verringern die Strommenge, die gleichzeitig im Netz ist, die sogenannte Netzlast, und minimieren so Engpässe und Belastungen im Stromnetz. Weniger Last verhindert Stromunterbrechungen.

Die Verringerung des Verbrauchs fossiler Brennstoffe führt zu sauberer Luft, sauberem Wasser und sauberem Boden, was sich direkt auf die Gesundheit der Menschen auswirkt. Insbesondere auf die Gesundheit von Menschen in marginalisierten Gemeinschaften und von Menschen mit Erkrankungen, die durch Umweltverschmutzung verschlimmert werden.

NUTZEN FÜR DIE Kommunen und GEMEINDEN

Energieeffizienzprogramme verbessern die Widerstandsfähigkeit von Gemeinden und tragen zur Energiegerechtigkeit bei, indem sie effiziente, kostengünstige Technologien und Infrastrukturen in unterversorgte Gemeinden bringen.

Diese Gemeinschaften sind z.T. unverhältnismässig stark von Luftverschmutzung betroffen und haben eine höhere Energiebelastung, d. h. den Prozentsatz des Bruttohaushaltseinkommens, der für Energiekosten ausgegeben wird.

 

Energieeffizienz-von-erneuerbaren-Energieträgern---erklärt-von-Wiki-Battery-auf-wikibattery.org

Energieeffizienz bei neuen (erneuerbaren) Energieträgern

Eine hohe Energieeffizienz hat viele Vorteile und ist in der Technik essenziell! 

Z.B ist der Wasserstoffeinsatz in elektrischen Autos im Jahr 2022 immer noch nicht sinnvoll, da die Energieeffizienz tief ist. Hinweise von Wissenschaftlern, dass grüner billiger Strom bald im Überfluss vorhanden sei, um damit solche momentan ineffiziente Technologien wie Wasserstoff zu betreiben, dürfte eine nicht nachhaltige Fantasie bleiben.

 Je nach Ladegeschwindigkeit ist Energieeffizienz beim Lithium-Akkumulator sehr hoch, >90 %  und damit ideal zu Strom sparen. 

  1. Senkt den Energieverbrauch
  2. Vermindert die Treibhausgasemissionen 
  3. Führt zu tieferen Energiekosten
  4. Tiefer Energieverbrauch führt zu tieferen Investitionskosten
  5. Ermöglicht unabhängig von ausländischen Stromproduzenten
  6. Eingesparte Energie benötigt auch weniger Energiespeicher 
 
Insbesondere für die anspruchsvolle elektrische Luftfahrt ist eine hohe Energieeffizient nicht nur wünschenswert, sondern Voraussetzung, um lange Strecken fliegen zu können.

Weitere Begriffe im Zusammenhang mit Energieeffizienz

Energieeffizienz deckt ein breites Spektrum an Themen ab, die mit Energieeffizienz, Energieeinsparungen, Energieverbrauch, Energiesuffizienz und Energiewende in allen Sektoren weltweit zusammenhängen. Der Themenbereich umfasst Energieeffizienzstrategien auf allen Verwaltungsebenen, die soziale, organisatorische und wirtschaftliche Faktoren für ausreichendes und effizientes Verhalten und Entscheidungen ermöglichen; Analyse und Modellierung von Energieeffizienzleistungen

 Energieeffizienzmassnahmen, Energieeffizienzstrategien, Energieeffizienzergebnissen und -auswirkungen; Energiemanagementsysteme und Energiedienstleistungen; die Rolle von Energieeffizienz und Nachfragesteuerung in der Energieplanung, auf den Energiemärkten und bei der Risikobewertung; lokale nachhaltige Energieplanung; Energieverhalten; Akzeptanz von Politik, Technologie und neuen Energiesystemen sowie neue Technologien und Ansätze zur Verbesserung der Energieeffizienz.

Politische Ziele in der EU bezüglich Energieeffizienz

"Energieeffizienz zuerst" (Energy efficiency first) - Energieeffizienz als oberstes Prinzip in der EU

Das Prinzip «Energieeffizienz zuerst» (energy efficiency first) bedeutet, dass kosteneffiziente Energieeffizienzmassnahmen bei der Gestaltung der Energiepolitik und den entsprechenden Investitionsentscheidungen weitestgehend berücksichtigt werden. Es ist ein weitreichendes Leitprinzip, das andere EU-Ziele ergänzen kann, insbesondere in den Bereichen Nachhaltigkeit, Klimaneutralität und grünes Wachstum.

Energieeffizienz ist eine der wichtigsten Säulen, nicht nur um die Klimaziele der EU zu erreichen, sondern auch um die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen aus dem Ausland zu verringern und die Versorgungssicherheit sowie die Nutzung erneuerbarer Energien zu erhöhen. 

In den bestehenden Planungs- und Investitionsprogrammen in der EU und darüber hinaus wird sie jedoch häufig unterschätzt. Um dieses Problem anzugehen, hat die Kommission reagiert und in der im Juli 2021 angenommenen Neufassung der Energieeffizienz-Richtlinie eine klarere Priorität für den Grundsatz «Energieeffizienz an erster Stelle» vorgeschlagen. Begleitet von einer förmlichen Empfehlung an die EU-Länder zu diesem Thema und detaillierten Leitlinien für seine Anwendung, die im September 2021 angenommen wurden.

Unter voller Berücksichtigung der Versorgungssicherheit und der Marktintegration sollte dieser Grundsatz auch sicherstellen, dass

  1. nur die wirklich benötigte Energie erzeugt wird
  2. Investitionen in «Stranded Assets» vermieden werden
  3. die Energienachfrage auf kosteneffiziente Weise reduziert und gesteuert wird
Energy-Efficiency-First----erklärt-von-Wiki-Battery-auf-wikibattery.org

Was ist das Ziel mit Energy efficiency first?

Der Grundsatz zielt darauf ab, Energieeffizienz als eigenständige Energiequelle zu behandeln, in die der öffentliche und der private Sektor vor anderen komplexeren oder teureren Energiequellen investieren kann. Dazu gehört, dass Lösungen auf der Nachfrageseite immer dann Vorrang haben, wenn sie zur Erreichung der politischen Ziele kostengünstiger sind als Investitionen in die Energieinfrastruktur.

 

 

Dieser Grundsatz trägt nicht nur zur Verringerung des Verbrauchs fossiler Brennstoffe und zur Erhöhung der Unabhängigkeit und Versorgungssicherheit bei, sondern unterstreicht auch die Bedeutung einer Verringerung der Energieerzeugung. 

 

Eine geringere Energienachfrage kann dazu beitragen, die Höhe der für den Übergang zu erneuerbaren Energien erforderlichen Investitionen zu steuern. Ausserdem unterstützt sie einen nachhaltigeren Ansatz für die Nutzung begrenzter Ressourcen und erhöht die Widerstandsfähigkeit des Energiesystems der EU.

Verankert in der EU-Gesetzgebung

Energieeffizienz ist eine der Säulen der EU-Energieunion. Der erste Grundsatz der Energieeffizienz ist in der Verordnung über die Governance der Energieunion und Klimaschutz (2018/1999) und in der Energieeffizienzrichtlinie (2018/2002) verankert. Mit der laufenden Neufassung der Richtlinie, die im Rahmen des europäischen Green-Deal-Pakets im Juli 2021 vorgeschlagen wird, beabsichtigt die Kommission, eine stärkere und breitere Rechtsgrundlage für die Anwendung des Grundsatzes zu schaffen.

 

Artikel 3 des Kommissionsvorschlags zur Neufassung verpflichtet die EU-Länder, dafür zu sorgen, dass Energieeffizienzlösungen bei der Planung von Energiesystemen und anderen Sektoren sowie bei politischen und Investitionsentscheidungen berücksichtigt werden. Diese Verpflichtung ist mit der Forderung an die EU-Länder gekoppelt, dass sie Methoden zur Kosten-Nutzen-Bewertung zu entwickeln und deren Anwendung sicherzustellen, die eine angemessene Bewertung des allgemeinen Nutzens von Energieeffizienzlösungen aus gesellschaftlicher Sicht ermöglichen.

Politische Ziele in der EU bezüglich Energieeffizienz

Die EU hat sich für 2020 und 2030 ehrgeizige Energieeffizienzziele gesetzt, um den Primär- und Endenergieverbrauch zu senken.

Indem sie Energie effizienter nutzen und dadurch weniger verbrauchen, können die Europäer ihre Energierechnungen senken, zum Umweltschutz beitragen, den Klimawandel eindämmen, ihre Lebensqualität verbessern und die Abhängigkeit der EU von externen Öl- und Gaslieferanten verringern.

Um diese Vorteile zu erreichen, müssen wir die Energieeffizienz über die gesamte Energiekette hinweg verbessern, von der Erzeugung bis zum Endverbrauch.

Gleichzeitig muss der Nutzen der Energieeinsparungen die Kosten überwiegen, die beispielsweise durch die Durchführung von Renovierungsarbeiten entstehen. Die EU-Massnahmen konzentrieren sich daher auf Sektoren, in denen das Einsparpotenzial am grössten ist, wie Gebäude, oder in denen ein harmonisierter Ansatz in allen EU-Ländern erforderlich ist, wie die Energiekennzeichnung.

The 2030 Ziele der EU

Im Dezember 2018 trat die geänderte Energieeffizienz-Richtlinie (EU) 2018/2002 in Kraft, mit der einige spezifische Bestimmungen der vorherigen Richtlinie aktualisiert und mehrere neue Elemente eingeführt wurden. 

Vor allem legt sie ein EU-Energieeffizienzziel von mindestens 32,5 % für 2030 fest (im Vergleich zu den Projektionen des erwarteten Energieverbrauchs im Jahr 2030), mit einer Klausel für eine mögliche Korrektur nach oben bis 2023. Das 32,5 %-Ziel für 2030 bedeutet einen Endenergieverbrauch von 956 Mio. tRÖE und/oder einen Primärenergieverbrauch von 1 273 Mio. tRÖE in der EU-28 im Jahr 2030.

Gemäss der Verordnung über die Steuerung der Energieunion und des Klimaschutzes (EU) 2018/1999 muss jedes EU-Land einen integrierten nationalen Energie- und Klimaplan (NECP) mit einer Laufzeit von zehn Jahren für den Zeitraum 2021-2030 aufstellen, in dem dargelegt wird, wie es zu den 2030-Zielen für Energieeffizienz, erneuerbare Energien und Treibhausgasemissionen beitragen will.

Forschung-zu-Energieeffizienz---erklärt-von-Wiki-Battery-auf-wikibattery.org

Aktuelle Forschung im Bereich Energieeffizienz (weltweit)

  • Bewertung und Modellierung von Energieeffizienzmassnahmen und Programmen zur Nachfragesteuerung
  • Auswirkungen der Energieeffizienz auf die gesamte Wirtschaft über verschiedene Regierungsebenen hinweg
  • Beitrag der Energieeffizienz zu den Zielen der Eindämmung des Klimawandels
  • Co-Vorteile oder Mehrfachnutzen von Energieeffizienz und Energieeinsparungen, insbesondere gesundheitliche Vorteile und Produktivität
  • Politische Massnahmen und Anreize für Energieeffizienz- und Nachfragesteuerungsprogramme in zukünftigen Strommärkten mit einem hohen Anteil an erneuerbaren Energien und Prosumers*
  • Innovative Ansätze zur Verbesserung der Energienutzung durch Anwendung neuer Geschäftsmodelle und neuester Fortschritte in der digitalen Informations- und Kommunikationstechnologie Auswirkungen von Verhaltensansätzen und sozialen Praktiken auf die Energienachfrage und -effizienz
 
  • Managementprogramme für Energieeffizienz und Energieeinsparungen in Unternehmen, Investitionsentscheidungen, Finanzierung; Energieeffizienz und Energieeinsparungen als soziale Verantwortung von Unternehmen
  • Energieeffizienz im Verkehr, in Gebäuden und Gemeinden, die die Vorteile eines integrierten Ansatzes aufzeigen.
  • Die Rolle der Energieeffizienz und der Nachfragesteuerung bei der Energiewende
 

Weiterführende Literatur​

 
  1. Paul A. Tipler, Gene Mosca, «Physik für Wissenschaftler und Ingenieure», 7. Auflage, 2014, Springer. 
  2. Matthias Bartelmann, Björn Feuerbacher, Timm, Dieter Lüst, Anton Rebhan, Andreas Wipf, «Theoretische Physik», 2014, Springer
  3. Energieeffizienz in Wikipedia >> link
  4. Act-Cleantech-Agentur Schweiz >> link
  5. Energieeffizienz-Ziele der Europäische Union 

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