(ENT1 02) – Energieformen (Primärenergie, Sekundärenergie – Endenergie, Nutzenergie)

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Die Energieformen sind Thema dieses Kurstextes. Wir erklären dir als angehenden Techniker nun genau wie man diese in der Energieversorgung unterscheidet. 

Für ein optimales Verständnis helfen dir zahlreiche, ausführliche Videoclips und viele anschauliche Rechenbeispiele zu dem Thema.

Mehr zu diesem Thema und der Energietechnik findest du im Kurs: ENT1-Energieversorgung

 

Energieformen – Grundlegendes

Merk’s dir!

“Der Ursprung des Wortes Energie entstammt der griechischen Sprache. Die alten Griechen nannten es energeia – das bedeutet frei übersetzt wirkende Kraft oder treibende Kraft.” 

Energie ist also der “Treibstoff” um alltägliche Vorgänge überhaupt durchführen zu können. Vorgänge die ohne Energie nicht möglich wären:

  • Smartphone nutzen (Elektrischen Strom und Licht sowie Schall nutzen)
  • Auto fahren (Bewegen)
  • Burger braten (Erhitzen)
  • Schokoladeneis einfrieren (Kühlen)
  • Lebenserhaltung (Chemische Energie für den Stoffwechsel)

 

Energieformen - Primärenergie und Sekundärenergie
Energieformen – Primärenergie und Sekundärenergie

 

Energieformen – Ausprägungen

Innerhalb der Energietechnik nimmt man in den meisten Fällen eine grobe Unterteilung vor hinsichtlich Grad der Umformung oder Energiegehalt. In den fossilen Energieträgern ist die Energie zu meist als chemische Energie gebunden. Dennoch solltest du dir bereits jetzt merken, dass es noch andere Formen der Energie gibt. Hier ein erster Überblick:

  • Bewegungsenergie (kinetische Energie)
  • Ruheenergie bzw. Lageenergie (potentielle Energie)
  • Wärmeenergie.
  • Elektrische Energie.
  • Atomenergie, Kernenergie.
  • Strahlungsenergie (elektromagnetische Wellen, Sonnenenergie)
  • Chemische Energie.

 

Merk’s dir!

Das Besondere an einer Energieform ist, dass sie sich beliebig in andere Formen von Energie umwandeln lässt. 

Die Energie einfach als Energie zu bezeichnen, ist in der Energiewirtschaft zu kurz gegriffen. Obwohl es ja verlockend wäre, müssen wir die unterschiedlichen Formen unterscheiden.

 

++ Videoclip – Übersicht ++

In diesem Clip stellen wir dir die Formen der Energie vor. 

 

Merk’s dir!

Du solltest folgende die Energie nach folgenden Kriterien unterscheiden können. Wir unterteilen die Energie pauschal

  • nach dem Grad der Umformung

und

  • nach dem Energiegehalt.

 

Energieformen – Nach dem Grad der Umformung

Auf dem ersten Bild siehst du die Tertiärförderung von Rohöl. Die Tertiärförderung ist das dritte Stadium der Förderung. Mit Hilfe eines “Ölpferdes” wird über Hubbewegungen Rohöl aus der Tiefe gehoben.

Energieformen - Tertiärförderung
Energieformen – Tertiärförderung

 

Sobald das Ölfeld annähernd erschöpft ist, erfordert diese Förderungsart zusätzlich eine Pumpenstation in der Nähe. Denn Pumpenstationen pressen Wasser in den Boden um das Rohöl in die Richtung der Förderanlage zu drücken.

Diese Technik zur Gewinnung von Rohöl bezeichnet der Techniker als Drainage.

 

Das gewonnene Produkt ist Rohöl mit Begleitelementen. Rohöl zählt zu den Primärenergieträger und wird, nachdem die Förderung stattgefunden hat, anschließend in einer Raffinerie aufbereitet. 

Das Rohöl wird fraktioniert und aufgespalten

Beispiel!

Teilprodukte des Rohöls sind

  • Diesel und Benzin für Kraftfahrzeuge

oder

  • Kerosin als Flugtreibstoff,

oder

  • Bitumen und Schmierstoffe für die Industrie

sowie

  • Kunststoffe,

und

  • viele weitere Produkte unseres Alltags. 

 

Das Rohöl wird in einer Raffinerie, wie im nächsten Bild dargestellt verarbeitet.

Raffinerie zur Weiterverarbeitung von Rohöl
Energieformen – Raffinerie zur Weiterverarbeitung von Rohöl

 

Der Techniker / Ingenieur unterscheidet im Normalfall zwei Formen der Energie:

 

Primärenergie – Erklärung & Beispiele

 

Die Primärenergie ist der Energiegehalt eines Energieträgers. Er hat keine Umwandlung erfahren hat und liegt somit in seiner Ursprungsform vor.

 

Ein Transformer…?

Braunkohle-Tagebau Garzweiler
Energieformen – Braunkohle-Tagebau Garzweiler

 

Das Ungetüm auf dem Bild ist ein Fördergerät zum Abbau von Braunkohle am Tagebau Garzweiler.

Die Dimensionen dieser Maschine lassen sich am besten erahnen, wenn man den silbernen Pickup unten rechts als Vergleich nimmt.

 

Beispiele: Primärenergieträger

Primärenergieträger sind natürliche Ressourcen, die direkt aus der Umwelt gewonnen werden, bevor sie in andere Formen umgewandelt werden, um Energie für menschliche Zwecke bereitzustellen. Hier sind einige Beispiele für Primärenergieträger:

  1. Erdöl: Rohöl, das aus unterirdischen Lagerstätten gefördert wird, ist ein wichtiger Primärenergieträger, der zur Herstellung von Treibstoffen wie Benzin, Diesel und Flugzeugkerosin verwendet wird.

  2. Erdgas: Erdgas ist ein fossiler Brennstoff, der aus unterirdischen Quellen gewonnen wird und zur Stromerzeugung, Heizung und als Treibstoff für Fahrzeuge verwendet wird.

  3. Kohle: Kohle ist ein fossiler Brennstoff, der aus unterirdischen oder Tagebaulagerstätten abgebaut wird. Sie wird zur Stromerzeugung und in einigen Industrieprozessen verwendet.

  4. Kernenergie: Kernenergie wird durch die Spaltung von Atomkernen erzeugt und in Kernkraftwerken zur Stromerzeugung eingesetzt.

  5. Erneuerbare Energien: Zu den erneuerbaren Primärenergieträgern gehören Solarenergie (aus Sonnenlicht), Windenergie (aus Windbewegungen), Wasserkraft (aus fließendem Wasser), Biomasse (aus organischen Materialien) und Geothermie (aus der Erdwärme).

  6. Wasserstoff: Wasserstoff kann aus verschiedenen Quellen gewonnen werden, darunter Erdgas, Biomasse und Elektrolyse von Wasser. Er kann als Brennstoff in Brennstoffzellenfahrzeugen oder zur Speicherung erneuerbarer Energie verwendet werden.

  7. Biomasse: Biomasse umfasst organische Materialien wie Holz, Pflanzen, landwirtschaftliche Abfälle und Tierdung, die zur Erzeugung von Wärme, Strom und Biokraftstoffen genutzt werden können.

  8. Windenergie: Windkraftanlagen nutzen die Bewegung der Luft, um mechanische Energie zu erzeugen, die dann in elektrische Energie umgewandelt wird.

  9. Solarenergie: Solarzellen wandeln Sonnenlicht direkt in elektrische Energie um, die für die Stromversorgung von Gebäuden oder zur Speicherung in Batterien genutzt wird.

  10. Geothermie: Die Erdwärme aus dem Inneren der Erde kann zur Stromerzeugung und zur Bereitstellung von Heiz- und Kühlenergie in geothermischen Kraftwerken und Wärmepumpen verwendet werden.

Diese Primärenergieträger bilden die Grundlage für die Energieerzeugung und -versorgung weltweit und haben unterschiedliche Auswirkungen auf die Umwelt und das Klima. Der Übergang zu mehr erneuerbaren Energien wird zunehmend angestrebt, um die Umweltauswirkungen der Energieerzeugung zu reduzieren und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern.

 

 

Sekundärenergie – Erklärung & Beispiele

 

 Die Sekundärenergie beschreibt den Energiegehalt eines Energieträger, welcher aber bereits eine Umwandlung aus einem Primärenergieträger erfahren hat.

Die Umwandlung kann aber auch von einem Sekundärenergieträger ausgehen.

Tankstelle als Lieferant für Sekundärenergie
Energieformen – Tankstelle als Lieferant für Sekundärenergie

 

Die Tankstelle ist der bekannteste Lieferant von Sekundärenergie. Wenn der Kunde die Tankstelle besucht, so hat er normalerweise die Wahl zwischen 3 Produkten: Diesel, Benzin E5 und Benzin E10.

 

E5, E10 – Was ist das?…

Die Kennzeichnungen E5 und E10 benennen den maximalen Anteil von Bioethanol am Benzin in Prozent.

 

Beispiele: Sekundärenergieträger!

Sekundärenergieträger sind Energieformen, die aus Primärenergieträgern gewonnen und in einer für den Verbrauch geeigneten Form umgewandelt oder übertragen wurden. Sie sind diejenigen Energieformen, die wir im täglichen Leben am häufigsten nutzen. Hier sind einige Beispiele für Sekundärenergieträger:

  1. Elektrizität: Elektrizität ist einer der wichtigsten Sekundärenergieträger und wird aus verschiedenen Quellen erzeugt, darunter Kohlekraftwerke, Kernkraftwerke, Wasserkraftwerke, Windkraftanlagen und Solarzellen. Sie wird für die Stromversorgung von Gebäuden, Industrieanlagen, Haushaltsgeräten und Elektrofahrzeugen verwendet.

  2. Benzin und Diesel: Diese Treibstoffe werden aus Rohöl gewonnen und dienen als Sekundärenergieträger für den Antrieb von Fahrzeugen wie Autos, Lastwagen und Schiffen.

  3. Flüssiggas (LPG): Flüssiggas wird hauptsächlich aus Erdgas oder Erdöl gewonnen und in flüssiger Form für Heizung, Kochen und den Betrieb von Fahrzeugen verwendet.

  4. Fernwärme: Fernwärme ist eine Sekundärenergieform, die oft aus Abwärme von Industrieprozessen oder aus Heizkraftwerken erzeugt wird. Sie wird in städtischen Gebieten zur Heizung von Gebäuden genutzt.

  5. Wasserstoff: Wasserstoff kann aus verschiedenen Primärenergieträgern hergestellt werden und dient als Sekundärenergieträger für Brennstoffzellenfahrzeuge, Industrieprozesse und die Speicherung erneuerbarer Energie.

  6. Druckluft: Druckluft kann zur Energieübertragung und -speicherung verwendet werden und in Industrieanlagen für verschiedene Anwendungen eingesetzt werden, darunter Werkzeugbetrieb und pneumatische Systeme.

  7. Batterien: Batterien speichern elektrische Energie und dienen als Sekundärenergieträger für tragbare Geräte, Elektrofahrzeuge und Notstromversorgungssysteme.

  8. Biokraftstoffe: Biokraftstoffe wie Biodiesel und Bioethanol werden aus Biomasse gewonnen und als Sekundärenergieträger in Fahrzeugen und Heizanlagen eingesetzt.

  9. Dampf: Dampf wird in industriellen Prozessen zur Energieübertragung und für verschiedene Anwendungen wie Turbinen oder Heizungen verwendet.

  10. Synthetische Kraftstoffe: Diese werden mithilfe chemischer Prozesse aus verschiedenen Rohstoffen, einschließlich erneuerbarer Energiequellen, hergestellt und können als Sekundärenergieträger für Fahrzeuge dienen.

Sekundärenergieträger sind vielseitig und ermöglichen die Nutzung von Energie in verschiedenen Formen für eine breite Palette von Anwendungen in unserem täglichen Leben. Sie werden oft aus Primärenergieträgern gewonnen und in einer für den Verbrauch geeigneten Form bereitgestellt.

 

Energieformen – Nach dem Energiegehalt

Die veralteten Stromzähler siehst du auf dem nächsten Bild. Die Aufgabe eines Stromzählers besteht darin, den Verbrauch an Endenergie, als elektrischen Strom, aufzuzeichnen.

Mechanische Stromzähler
Mechanische Stromzähler

 

In den vergangenen Jahren ist man dazu übergegangen, diese alten mechanischen Stromzähler durch digitale Stromzähler zu ersetzen.

 

Die modernen Stromzähler sind angeblich genauer und lassen sich optisch über Lichtimpulse besser ablesen. Außerdem bieten diese besseren Schutz vor dem Einsatz von Dauermagneten. Denn Magneten wurden gerne dazu genutzt das mechanische Zählwerk zu verlangsamen.

 

Der Techniker / Ingenieur unterscheidet zwei Formen der Energie nach Energiegehalt.

 

Endenergie

Hierbei beziffert man den Energiegehalt aller Energieträger, die ein Endverbraucher bezieht. Der nicht energetische Verbrauch, auftretende Umwandlungsverluste und der Eigenbedarf beim Endverbraucher zur Strom- und Gaserzeugung werden abgezogen.

 

Nutzenergie

Die Nutzenergie beschreibt den Energiegehalt, der nach der letzten Transformation dem Nutzer für den gewünschten Zweck zur Verfügung steht. Der Techniker spricht auch von der technischen Form der Energie.

 

Beispiele: Nutzenergie der Verbraucher – Formen

Nutzenergie ist die Energie, die in einem System oder einer Anwendung tatsächlich verwendet wird, um eine spezifische Aufgabe zu erfüllen. Hier sind einige Beispiele für Nutzenergie in verschiedenen Anwendungen:

  1. Elektrische Energie für Beleuchtung: Die Energie, die in Form von elektrischem Strom bereitgestellt wird und in Glühlampen, Leuchtstofflampen oder LED-Lampen in Licht umgewandelt wird, ist ein Beispiel für Nutzenergie.

  2. Wärmeenergie in Heizungen: Wenn Brennstoffe wie Gas, Öl oder Biomasse verbrannt werden, um Wärme zu erzeugen, wird diese Wärmeenergie in Heizkörpern, Heizkesseln oder Wärmepumpen genutzt, um Räume zu heizen.

  3. Mechanische Energie in Motoren: In Fahrzeugen, Maschinen und Geräten werden Motoren verwendet, um mechanische Energie bereitzustellen, die zur Fortbewegung, zur Stromerzeugung oder zur Durchführung mechanischer Arbeit verwendet wird.

  4. Elektrische Energie in Elektromotoren: Elektrische Energie, die in Elektromotoren umgewandelt wird, treibt Geräte wie Ventilatoren, Förderbänder, Aufzüge und Elektrofahrzeuge an.

  5. Kinetische Energie in bewegten Objekten: Die Bewegungsenergie eines sich bewegenden Fahrzeugs, eines fallenden Objekts oder eines rotierenden Teils einer Maschine wird als Nutzenergie verwendet.

  6. Elektrische Energie in Elektronikgeräten: In Computern, Mobiltelefonen, Fernsehgeräten und anderen Elektronikgeräten wird elektrische Energie genutzt, um Daten zu verarbeiten, Anzeigen zu betreiben und Funktionalität bereitzustellen.

  7. Chemische Energie in Batterien: Batterien speichern chemische Energie und setzen sie frei, wenn sie in Geräten wie Smartphones, Laptops und elektronischen Spielzeugen verwendet werden.

  8. Solarenergie in Solaranlagen: Solarmodule wandeln Sonnenlicht in elektrische Energie um, die zur Versorgung von Gebäuden, Wasserpumpen und anderen Anwendungen verwendet wird.

  9. Windenergie in Windkraftanlagen: Windenergie wird in Windturbinen in elektrische Energie umgewandelt und in das Stromnetz eingespeist.

  10. Hydraulische Energie in Wasserkraftwerken: Wasserkraftwerke nutzen die kinetische Energie von fließendem Wasser, um Turbinen anzutreiben und elektrische Energie zu erzeugen.

Diese Beispiele zeigen, wie Energie in verschiedenen Formen genutzt wird, um unsere Bedürfnisse und Anforderungen in einer Vielzahl von Anwendungen zu erfüllen. Nutzenergie ist das, was letztendlich in einer spezifischen Anwendung verwendet wird, nachdem sie aus einer Quelle bereitgestellt wurde.

 

Was kommt als Nächstes?

Nach den Energieformen erklären wir dir die Primärenergiebedarfe und die Sekundärenergiebedarfe ausführlich im jetzt folgenden kommenden Kurstext.

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