Energiewissen

Der Begriff der Energie wird in unterschiedlichem Kontext verwendet. fokus.energie beschäftigt sich im Wesentlichen mit thermischer und elektrischer Energie, die wir im Alltag und in der Industrie einsetzen.

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fokus.energie möchte Ihnen aktuelle Informationen und Berichte zum Thema Energie leicht zugänglich machen. Hierzu sammeln wir Berichte und interessante Websites.
Wo immer möglich versuchen wir eine kurze Erläuterung zum jeweiligen Inhalt zu geben. fokus.energie vertritt hierbei keinen eigenen Standpunkt zu den Energiethemen, sondern ist um Neutralität bemüht. Jede Erläuterung wird jedoch subjektiv sein und kann die Meinung des jeweiligen Redakteurs wiedergeben.

Erzeugung

Streng genommen müsste man statt von einer „Energie-Erzeugung“ von einer Energiewandlung sprechen. Naturwissenschaftlich betrachtet ist „Energie“ eine physikalische Größe, die durch unterschiedliche Prozesse zwischen einem System und der Umgebung in mindestens zwei Energieformen ausgetauscht wird. Da insbesondere für Wandlung elektrische Energie umgangssprachlich meist der Begriff „Energieerzeugung“ verwendet wird, verwenden wir zur allgemeinen Verständlichkeit auch hier diesen Begriff um Themen zu beschreiben, die in unmittelbarem Zusammenhang mit der Nutzung von Energie im privaten sowie industriellen Umfeld stehen.

Erneuerbare Energien

Mit dem Begriff „erneuerbare Energie“ werden Energieträger bezeichnet, die nach heutiger Einschätzung nahezu unerschöpflich zur Verfügung stehen, oder die sich verhältnismäßig schnell erneuern lassen. Erneuerbare Energien sind eine zentrale Säule bei der Reduzierung von Treibhausgasemissionen und senken zudem die Abhängigkeit von begrenzten Ressourcen wie Kohle, Erdöl und Erdgas.
Die mangelnde Kontinuität der Verfügbarkeit von solaren und windbasierten Energien stellt jedoch eine bedeutende Herausforderung dar. Die Lösung dieses Problems erfordert die Entwicklung zuverlässiger Energiespeichertechnologien wie Batterien und Wasserstoffsysteme sowie den Ausbau eines flexiblen, intelligenten Stromnetzes. 

Der Energieatlas Baden-Württemberg ist das gemeinsame Internet-Portal der LUBW und des Umweltministeriums zum Thema erneuerbare Energien in Baden-Württemberg. Er bietet Daten und Karten zum Anlagenbestand und dem Potenzial erneuerbarer Energien. Über den Themenbereich Praxisbeispiele bietet er zudem Beispiele effizienter Energieverwendung, die zum Nachahmen anregen.

Windkraft

Windenergie ist eine vom Menschen am längsten genutzte Energieform. Während zuerst die Nutzung des Windes zur Fortbewegung und später zum Antrieb von Geräten und Maschinen im Vordergrund stand, wird die Windenergie heute vor allem zur Erzeugung von Elektrizität verwendet. Auch zur mechanischen Nutzung in Form von Windpumpen oder Windmühlen wird die Kraft von Luftströmen weiterhin eingesetzt.
Der Anteil an Windenergie soll bis zum Jahr 2035 auf bis zu 60 % gesteigert werden. Bereits heute (2022) beträgt der Anteil von Windenergie 22 % an der deutschen Stromversorgung und innerhalb der Erneuerbaren Energien insgesamt knapp 50 % des Stroms. Um dieses Ziel zu erreichen, wird die Windenergienutzung weiter ausgebaut und u.a. ältere, kleinere Anlagen durch neue leistungsstärkere Anlagen ersetzt (sog. Repowering). Neben dem Ausbau von Windenergienutzung an Land wird auch die Windenergie auf See (sog. Offshore-Windenergienutzung) weiterentwickelt.

Wasserkraft

Wasserkraft gilt als eine regenerative Energiequelle. In Wasserkraftwerken wird die potenzielle bzw. kinetische Energie des Wassers mittels einer Maschine in mechanische Arbeit umgesetzt. Zunächst wurde die Wasserkraft meist zum Antrieb von Mühlen eingesetzt. Heute wird die Wasserkraft zumeist zur Erzeugung elektrischer Energie durch Antrieb von Generatoren verwendet. In Deutschland wird mit Wasserkraft fast ausschließlich elektrischer Strom hergestellt.

Biomasse

Biomasse ist eine erneuerbare Energiequelle, die organische Materialien aus der Natur nutzt, um Wärme, Strom und Biokraftstoffe zu erzeugen. Holz, Agrarabfälle, Reststoffe aus der Lebensmittelproduktion und tierische Exkremente sind einige Beispiele für Biomasse. Bei der Verbrennung von Biomasse werden Kohlendioxidemissionen freigesetzt, die jedoch durch nachhaltige Anbaumethoden und Wiederaufforstung reduziert werden können. Ein wichtiger Vorteil der Biomasse ist ihre Speicherfähigkeit: Biomasse kann gesammelt und gelagert werden, um Energie nach Bedarf zu erzeugen.

Photovoltaik

Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland - Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, Veröffentlicht 19.12.2020
Deutschland lässt das fossil-nukleare Energiezeitalter hinter sich. Photovoltaik wird in unserer nachhaltigen Energiezukunft eine bedeutende Rolle spielen. Die vorliegende Zusammenstellung aktuellster Fakten, Zahlen und Erkenntnisse soll eine gesamtheitliche Bewertung des Photovoltaik-Ausbaus in Deutschland unterstützen.
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Biogas

Biogas ist ein erneuerbares Gas, das aus der anaeroben Vergärung von organischen Materialien gewonnen wird. Dieser Prozess erfolgt in Biogasanlagen und erzeugt hauptsächlich Methan (CH4) und Kohlendioxid (CO2). Biogas kann vielfältig genutzt werden: als umweltfreundlicher Kraftstoff für Fahrzeuge, zur Stromerzeugung in Blockheizkraftwerken oder zur Bereitstellung von Wärme in Haushalten. Der Einsatz von Biogas trägt zur Verringerung von Treibhausgasemissionen bei, da Methan, ein potenzielles Treibhausgas, in Biogasanlagen aufgefangen wird.

Solarthermie

Solarthermie ist eine erneuerbare Energiequelle, die die Wärme der Sonne nutzt. Mithilfe von Solarthermieanlagen, die aus Solarkollektoren bestehen, werden Sonnenstrahlen absorbiert und die gewonnene Wärme in Form von Wasser oder einer Wärmeträgerflüssigkeit gespeichert. Diese erwärmte Flüssigkeit kann dann zur Erzeugung von Warmwasser, Raumheizung oder industrieller Prozesswärme verwendet werden. 
Da die Verfügbarkeit von Sonnenenergie mit den Wetterbedingungen und der Tageszeit schwankt, sind effiziente Wärmespeicherungssysteme und eine gute Integration in das bestehende Energiemanagement notwendig.

(Grüner) Wasserstoff

Wasserstoff gilt als vielversprechende Energiequelle für eine nachhaltige Zukunft. Er kann emissionsfrei erzeugt und gespeichert werden, was ihn für den Einsatz in verschiedenen Energiesektoren interessant macht.
Bei der Herstellung von grünem Wasserstoff wird Wasser durch Elektrolyse in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Da die für die Elektrolyse verwendete Energie ausschließlich aus erneuerbaren Quellen wie Wind- oder Solarenergie stammt, ist die Produktion von grünem Wasserstoff emissionsfrei und umweltfreundlich. Gleichzeitig kann in Zeiten überschüssiger Energieaufkommen die Wasserstoffproduktion zur Energiespeicherung genutzt werden.
Im Gegensatz dazu wird sogenannter grauer und blauer Wasserstoff aus Erdgas gewonnen, was mit Kohlenstoffemissionen verbunden ist.
Für den Ausbau einer nachhaltigen Wasserstoffproduktion müssen die Kapazitäten erneuerbarer Energien massiv wachsen, damit eine tatsächliche Wirkung für den Klimaschutz erzielt wird. Dabei ist der Einsatz von Wasserstoff nur in jenen Sektoren und Anwendungen sinnvoll, die keine Alternative zu fossilen Energieträgern haben. Neben energieintensiven Industriezweigen wie beispielsweise die Chemie- und Stahlindustrie werden auch im Verkehrssektor (Luft- und Seeverkehr) potenzielle Anwendungen für Wasserstoffprodukte gesehen.
fokus.energie hat Experten im Rahmen der Veranstaltungsreihe BRENNPUNKTE eine Plattform gegeben, über Grundlagen, den aktuellen Stand, Erforschung und Nutzung, zentrale Prozesse zur nachhaltigen Bereitstellung und mobile und dezentrale Anwendungen zu informieren. Die Vorträge finden Sie hier >> zum Download.

Fossile Brennstoffe

Bei den fossilen Brennstoffen handelt es sich um organische Materialien, die über Millionen von Jahren in der Erdkruste unter Druck und Hitze entstanden sind und somit nicht unendlich zur Verfügung stehen. Zu den wichtigsten fossilen Brennstoffen gehören Kohle, Erdöl und Erdgas, wobei jedes dieser Materialien unterschiedliche Eigenschaften und Anwendungen aufweist.
Fossile Brennstoffe sind aktuell noch eine Hauptquelle für die weltweite Energieerzeugung und dienen als wichtige Energieträger für die Stromerzeugung, den Verkehr und Heizung.
Die Industrialisierung und das Wachstum der modernen Gesellschaften wurde durch die Nutzung fossiler Brennstoffe maßgeblich unterstützt, jedoch sind sie auch Hauptverursacher von Treibhausgasemissionen und tragen maßgeblich zur globalen Erwärmung bei. Aufgrund dieser Umweltauswirkungen wird weltweit verstärkt nach Alternativen wie erneuerbaren Energien und Energieeffizienzmaßnahmen gesucht, um den Einsatz fossiler Brennstoffe zu reduzieren und die Abhängigkeit von diesen Energieträgern zu verringern.

Erdgas

Erdgas ist eine vielseitige Energiequelle, die hauptsächlich aus Methan besteht. Es ist farb- und geruchlos, hochenergetisch und weist eine geringere CO2-Intensität auf als Kohle oder Erdöl, was es zu einer Übergangsquelle in Richtung saubererer Energie macht. 
Erdgas wird für die Stromerzeugung, Heizung, als Treibstoff in Fahrzeugen und in industriellen Prozessen eingesetzt, die hohe Temperaturen erfordern. Durch die Kraft-Wärme-Kopplung wird die erzeugte Wärme außerdem in das Fernwärmenetz eingespeist. Um eine Unterdeckung der Stromversorgung zu verhindern, wird das Stromsystem in angespannten Lastsituationen unter anderem von Gas-Kraftwerken abgesichert.
Die Gewinnung, der Transport und die Speicherung von Erdgas erfordern spezielle Infrastruktur, darunter Pipelines und Gasspeicher, die in Zukunft vergleichsweise unkompliziert für die Nutzung von Wasserstoff umgerüstet werden kann.
Nach aktuellen Schätzungen werden die weltweiten Erdgasreserven bis zum Jahr 2069 ausreichen. (Quelle: OurWorldInData.org/fossil-fuels)

Erdöl

Erdöl, auch als Rohöl bezeichnet, ist ein flüssiger fossiler Brennstoff, der in Raffinerien in verschiedene Produkte wie Benzin, Dieselkraftstoff und Heizöl umgewandelt wird.
Trotz Bemühungen zur Diversifizierung der Energiequellen bleibt Erdöl aktuell noch ein Schlüsselrohstoff, wobei Fragen der Versorgungssicherheit und Nachhaltigkeit hier von zentraler Bedeutung sind. 
Die Förderung, Verarbeitung und der Transport von Erdöl sind mit erheblichen Umweltauswirkungen verbunden: Ölkatastrophen, wie die Exxon Valdez und Deepwater Horizon, haben aufgezeigt, wie verheerend Ölkatastrophen für die Umwelt sein können.
Darüber hinaus trägt die Verbrennung von Erdöl zur Luftverschmutzung und zu CO2-Emissionen bei, die den Klimawandel vorantreiben.
Die weltweiten Erdölreserven werden nach aktuellen Schätzungen bis zum Jahr 2077 reichen. (Quelle: OurWorldInData.org/fossil-fuels)

Kohle

Kohle ist ein fester fossiler Brennstoff, der überwiegend aus Kohlenstoff besteht. Obwohl ihre Bedeutung in vielen Teilen der Welt abnimmt, wird Kohle immer noch für die Stromerzeugung und Wärmeerzeugung genutzt. 
Bei der Kohleverstromung wird Kohle verbrannt, um Dampf zu erzeugen, der Turbinen antreibt und so elektrische Energie erzeugt. Das Ende der Kohleverstromung in Deutschland ist bis spätestens 2038 festgelegt.
Zudem ist die überwiegend mit Kohle und Gas gespeiste Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) das Rückgrat der Fernwärme in Deutschland, gefördert über das Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz. 
Kohlekraftwerke sind bekannt für hohe CO2-Emissionen und Umweltauswirkungen wie Luft- und Wasserverschmutzung.
Nach aktuellen Schätzungen werden die weltweiten Kohlereserven bis zum Jahr 2160 ausreichen. (Quelle: OurWorldInData.org/fossil-fuels)

Atomkraft

Atomkraft ist eine Technologie zur Erzeugung von Energie, bei der die Freisetzung von Energie aus den Prozessen der Kernspaltung oder Kernfusion von Atomen genutzt wird. Bei der Kernspaltung werden schwere Atomkerne in leichtere Kerne aufgespalten, wodurch große Mengen an Energie in Form von Wärme freigesetzt werden. Diese Wärmeenergie wird verwendet, um Wasser zu erhitzen und Dampf zu erzeugen, der Turbinen antreibt und schließlich Elektrizität erzeugt. Kernfusion hingegen ist der Prozess, bei dem leichte Atomkerne miteinander verschmelzen und dabei ebenfalls enorme Energiemengen erzeugen. Obwohl Kernfusion theoretisch eine noch sauberere und sicherere Form der Atomenergie sein könnte, ist sie bisher schwer zu kontrollieren und wird noch erforscht.
Atomkraftwerke haben den Vorteil, dass sie eine kontinuierliche und große Menge an elektrischer Energie erzeugen können, ohne die gleiche Menge an Treibhausgasen wie fossile Brennstoffe zu erzeugen. Allerdings sind Sicherheitsprobleme und die Endlagerung von radioaktivem Abfall wichtige und schwierige Herausforderungen im Zusammenhang mit der Nutzung von Atomkraft.

Kernspaltung

Kernspaltung ist der Prozess, bei dem ein schwerer Atomkern in zwei oder mehr leichtere Kerne aufgespalten wird, wobei Neutronen und eine erhebliche Menge Energie freigesetzt werden. Diese Freisetzung von Energie kann zur Erzeugung von Elektrizität in Kernkraftwerken genutzt werden. Ein bekanntes Beispiel für Kernspaltung ist die Spaltung von Uran-235.

Kernfusion

Kernfusion ist der Prozess, bei dem zwei leichte Atomkerne miteinander verschmelzen und dabei eine große Menge Energie freisetzen. Diese Art der Energieerzeugung ist das grundlegende Funktionsprinzip der Sonne und anderer Sterne. In menschengemachten Fusionsreaktoren wird versucht, die Bedingungen der Kernfusion zu reproduzieren, um saubere und nahezu unbegrenzte Energie zu erzeugen. Ein bekanntes Beispiel für Fusion ist die Verschmelzung von Wasserstoff-Isotopen wie Deuterium und Tritium.

Verteilung

Die Verteilung von Energie ist ein entscheidender Aspekt in unserer modernen Welt. Die Art und Weise, wie Energie produziert, transportiert und genutzt wird, hat erhebliche Auswirkungen auf Umwelt, Wirtschaft und soziale Strukturen.
In vielen Ländern erfolgt die Verteilung von Energie über ein komplexes Netzwerk von Stromleitungen und Pipelines. Eine zuverlässige Energieversorgung ist entscheidend für die Industrie, die Haushalte und die Mobilität. Gleichzeitig stehen wir vor der Herausforderung, den Energieverbrauch nachhaltiger zu gestalten, um Umweltauswirkungen wie den Klimawandel zu reduzieren.
Die Förderung erneuerbarer Energien und die Verbesserung der Energieeffizienz sind wichtige Schritte zur Bewältigung dieser Herausforderung. Darüber hinaus erfordert die dezentrale Energieerzeugung durch Solarenergie, Windkraft und andere erneuerbare Quellen eine Anpassung der Energieverteilungssysteme, um die Stromversorgung zuverlässiger und widerstandsfähiger gegen Störungen zu machen.
Insgesamt ist die Verteilung von Energie ein Schlüsselfaktor für die Gestaltung unserer nachhaltigen Energiezukunft.

Elektrische Netze

Diese Definitionen sollen einen allgemeinen Überblick über die verschiedenen Spannungsebenen in elektrischen Verteilungsnetzen bieten und wie sie in verschiedenen Kontexten genutzt werden. Bitte beachten: Die genauen Spannungsniveaus können je nach Land und Region variieren.

Hochspannung

Hochspannung bezieht sich auf die höchste Spannungsebene in einem elektrischen Verteilungsnetz.
Sie liegt typischerweise im Bereich von 110 kV (Kilovolt) bis 800 kV oder mehr.
Hochspannung wird verwendet, um elektrische Energie über große Entfernungen zu transportieren, da sie Verluste in den Leitungen minimiert.

Mittelspannung

Mittelspannung ist die Spannungsebene, die zwischen Hochspannung und Niederspannung liegt.
Sie liegt normalerweise im Bereich von 1 kV (Kilovolt) bis 69 kV und wird häufig auf 12 kV, 24 kV oder 36 kV eingestellt.
Mittelspannung wird verwendet, um elektrische Energie von Hochspannungsübertragungsleitungen auf regionale Verteilungsnetze und schließlich zu Industrie- und Wohngebäuden zu übertragen.

Niederspannung

Niederspannung ist die niedrigste Spannungsebene in einem elektrischen Verteilungsnetz.
Sie liegt normalerweise bei 110 V (Volt) oder 230 V (abhängig von der Region) für den Haushaltsgebrauch.
Niederspannung wird verwendet, um elektrische Energie in Gebäuden für Beleuchtung, Haushaltsgeräte und andere Verbraucher zur Verfügung zu stellen.

Gas-Netze

Die Gas-Netze beziehen sich auf das Transport- und Verteilsystem, das genutzt wird, um Erdgas oder andere gasförmige Energieträger von Produktionsstätten zu Endverbrauchern zu transportieren und zu verteilen. Dieses Netzwerk besteht aus Pipelines, Speicheranlagen und Regulierungseinrichtungen.

Thermische Netze

Thermischen Netzwerke dienen dazu, Wärme oder Kälte effizient zu erzeugen und zu transportieren, um den Energieverbrauch und die Umweltauswirkungen zu minimieren. Sie spielen eine wichtige Rolle bei der Versorgung von Wohn- und Geschäftsgebäuden sowie bei industriellen Prozessen mit Heiz- oder Kälteenergie.

Nahwärme

Nahwärme bezieht sich auf ein System zur Verteilung von Wärmeenergie, bei dem die Wärme in der Nähe der Erzeugungsquelle erzeugt und an nahegelegene Verbraucher geliefert wird. Dies geschieht oft über ein Netzwerk von Rohrleitungen, das Wärme von einem Heizwerk, einer Wärmepumpe oder einer anderen Wärmequelle zu Wohn- und Gewerbegebieten transportiert.

Fernwärme

Fernwärme ist ein System zur Verteilung von Wärmeenergie über große Entfernungen zu verschiedenen Verbrauchern in einer Stadt oder Region. Die Wärme wird normalerweise zentral in einem Heizwerk erzeugt und über ein gut isoliertes Rohrnetzwerk zu den Verbrauchern transportiert. Dies ermöglicht eine effiziente Nutzung von Abwärme aus Industrieprozessen oder Kraftwerken.

Kältenetze

Kältenetze, auch Fernkälte genannt, sind ähnlich wie Fernwärmenetze, jedoch wird in diesem Fall Kälteenergie anstatt Wärmeenergie verteilt. Kältenetze werden oft in städtischen Gebieten eingesetzt, um Kälte für Klimaanlagen, Kühlung und industrielle Prozesse bereitzustellen. Die Kälte wird zentral erzeugt und über ein Leitungsnetzwerk verteilt.

Speicherung

Strom-Speicher

Strom-Speichertechnologien dienen dazu, überschüssige elektrische Energie zu speichern und bei Bedarf wieder freizugeben, um die Versorgungssicherheit im Stromnetz zu gewährleisten und die Nutzung erneuerbarer Energiequellen zu optimieren.

Batterie

Eine Batterie ist eine elektrische Vorrichtung, die elektrische Energie durch chemische Reaktionen zwischen verschiedenen Materialien speichert und bei Bedarf in elektrische Energie umwandelt. Batterien sind in verschiedenen Größen und Arten erhältlich und werden häufig in tragbaren Geräten und Elektrofahrzeugen eingesetzt.

Wasser-Speicher

Ein Wasser-Speicher, auch bekannt als Pumpspeicherkraftwerk, ist eine Einrichtung zur Speicherung elektrischer Energie durch das Pumpen von Wasser in ein erhöht gelegenes Reservoir, wenn überschüssige elektrische Energie verfügbar ist. Bei Bedarf kann das Wasser wieder abgelassen werden, um durch Turbinen elektrische Energie zu erzeugen.

Druckluft-Speicher

Ein Druckluft-Speicher, auch Druckluftspeicherkraftwerk genannt, ist ein System zur Speicherung von elektrischer Energie durch Kompression von Luft und deren Speicherung in unterirdischen Kavernen oder Tanks. Die gespeicherte Luft kann später expandiert werden, um über Turbinen Strom zu erzeugen.

Gas-Speicher

Gasspeicher spielen eine wichtige Rolle bei der Sicherstellung einer kontinuierlichen und zuverlässigen Energieversorgung sowie bei der Bewältigung von Spitzenlasten und Schwankungen in der Gasnachfrage. Sie sind auch von großer Bedeutung für die Integration erneuerbarer Energien in das Energiesystem, da sie überschüssige Energie speichern können, um sie zu einem späteren Zeitpunkt zu nutzen.
Es gibt verschiedene Arten von Gasspeichern, die je nach Bedarf und Art des gespeicherten Gases variieren: 

Oberirdische Erdgas-Speicher

Oberirdische Erdgasspeicher werden häufig für die kurzfristige Lagerung von Erdgas verwendet. Sie ermöglichen die Pufferung von Gasschwankungen in der Versorgung und können dazu beitragen, die Versorgungssicherheit zu gewährleisten., daher sind sie oft in der Nähe von Endverbrauchern oder an strategischen Standorten platziert.
Oberirdische Erdgasspeicher bestehen in der Regel aus großen, oberirdischen Tanks aus verschiedenen Materialien wie Stahl oder Beton, die das Erdgas bei Atmosphärendruck und Raumtemperatur speichern.

Kavernen-Speicher

Kavernenspeicher sind unterirdische Hohlräume, die in Salzstöcken oder porösen Gesteinsschichten geschaffen wurden. Unterirdische Erdgasspeicher bieten die Möglichkeit, große Mengen Erdgas über längere Zeiträume zu speichern. Sie dienen als strategische Reserven und ermöglichen es, Erdgas zu speichern, wenn die Nachfrage gering ist, und es wieder abzurufen, wenn die Nachfrage steigt.

Flüssiggas-Speicher

Flüssiggasspeicher, zu denen auch LNG-Terminals gehören, werden verwendet, um Flüssiggase wie Propan und Butan bei niedrigen Temperaturen und hohem Druck zu lagern. Dieser Prozess reduziert das Volumen des Gases erheblich, was es effizienter für den Transport über lange Strecken und die Speicherung macht.
Die flüssigen Gase können dann bei Bedarf in gasförmigen Zustand umgewandelt werden.

Chemische Gas-Speicher

In einigen Industrien werden Gase chemisch gespeichert, um sie in ihren chemischen Verbindungen zu halten. Ein Beispiel hierfür sind Wasserstoffspeicher, in denen Wasserstoffgas als flüssiger Wasserstoff oder in Form von chemischen Verbindungen wie Ammoniak gespeichert wird.

Wärme-Speicher

Wärmespeicher sind Geräte oder Systeme, die Wärmeenergie aufnehmen, speichern und zu einem späteren Zeitpunkt abgeben können. Dies geschieht in verschiedenen Anwendungen, darunter Heizung, Warmwasserbereitung und die Integration erneuerbarer Energien in die Energieversorgung. Es gibt verschiedene Arten von Wärmespeichern, die je nach Bedarf und Anwendung ausgewählt werden können. Hier sind einige der gängigsten Arten von Wärmespeichern:

• Sensible Wärmespeicher speichern Wärme durch Temperaturänderungen in Wasser oder Luft. Beispiele sind Warmwasserspeicher und -heizungen.
• Latente Wärmespeicher verwenden Phasenwechselmaterialien, die bei konstanter Temperatur Wärme speichern und freisetzen, wie Paraffine und Salze.
• Thermochemische Wärmespeicher nutzen chemische Reaktionen zur Wärmespeicherung, wie Sorptions- und Reaktionswärmespeicher.
• Pumpwärmespeicher nehmen Wärme auf, erhöhen ihre Temperatur mit Wärmepumpen und speichern sie.

Effizienz

Keine Energiewende ohne Energieeffizienz! 
Unter Energieeffizienz versteht man das Verhältnis eines bestimmten Nutzens (Wärme, Kälte, Licht ...) zu dessen Energieeinsatz (Strom, Wärme, Kraftstoffe ...). Dies bedeutet, je weniger Energie eingesetzt werden muss, desto energieeffizienter ist ein Produkt oder eine Dienstleistung. 
Deutschland setzt bei seiner Klimapolitik vor allem auf den zunehmenden Einsatz von erneuerbaren Energien und eine Steigerung der Energieeffizienz. 
Das ehrgeizige Ziel der Bundesregierung: Treibhausgasneutralität bis 2045.
Für die Energieeffizienzpolitik in Deutschland haben sich nach Auswertung der Daten des Berichtsjahres 2021 inzwischen folgende Änderungen ergeben:
Aktuell (2023) ergibt sich die Vorgabe, den Endenergieverbrauch bis 2030 um 26% und den Primärenergieverbrauch um 39% (jeweils gegenüber dem Jahr 2008) zu reduzieren. Diese sowie weitere Vorgaben werden im Energieeffizienzgesetz in nationales Recht umgesetzt. (Quelle: BMWK)

Industrie

Viele industrielle Prozesse erfordern große Mengen Wärme und mechanische Energie. Diese werden zum überwiegenden Teil mittels Brennstoffen und Elektrizität bereitgestellt. In einigen Bereichen (z.B. Zementherstellung) werden sogenannte Sekundärbrennstoffe eingesetzt. Aufgrund der Vielfältigkeit industrieller Prozesse gibt es zahlreiche Möglichkeiten zur Effizienzsteigerung. Oft handelt es sich dabei um speziell angepasste Prozesse und Technologien.

Verfahrenstechnik

In der Verfahrenstechnik geht es meist darum, Rohstoffe zu verarbeiten, Produkte herzustellen oder Chemikalien umzuwandeln. Dabei wird Energie auf verschiedene Arten eingesetzt und umgewandelt:

• Wärmeenergie: Die meisten verfahrenstechnischen Prozesse erfordern die Bereitstellung von Wärmeenergie, sei es durch Verbrennung von Brennstoffen, Elektroheizungen oder andere Methoden. Diese Wärmeenergie kann verwendet werden, um Stoffe zu erwärmen, chemische Reaktionen zu beschleunigen oder Druck- und Temperaturbedingungen zu kontrollieren.
• Mechanische Energie: In einigen Prozessen wird mechanische Energie benötigt, um beispielsweise Materialien zu zerkleinern, zu mischen oder zu fördern. Dies kann durch Pumpen, Rührwerke, Förderbänder oder andere Geräte bereitgestellt werden.
• Elektrische Energie: Elektrische Energie wird für die Steuerung von Prozessen, Mess- und Regelungssysteme sowie den Betrieb von Elektromotoren und anderen elektrischen Geräten verwendet.
• Chemische Energie: In chemischen Reaktionen wird oft Energie freigesetzt oder aufgenommen. In der Verfahrenstechnik kann dies genutzt werden, um Produkte herzustellen, beispielsweise in der chemischen Synthese.

Maschinentechnik

Gebäude und Städte

Energieeffizienz in Gebäuden und Städten bezieht sich auf Maßnahmen und Technologien, die darauf abzielen, den Energieverbrauch in Wohn- und Geschäftsgebäuden sowie in städtischen Infrastrukturen zu reduzieren. Dies wird erreicht, indem energiesparende Bau- und Sanierungsmaßnahmen durchgeführt, erneuerbare Energiequellen integriert und intelligente Technologien zur Energieüberwachung und -steuerung implementiert werden. Das Ziel ist es, den Energieverbrauch zu minimieren, Umweltauswirkungen zu reduzieren und die Nachhaltigkeit von Städten und Gebäuden zu verbessern.

Im Alltag

Der Stromverbrauch der privaten Haushalte beträgt mehr als ein Viertel der erzeugten Strommenge. Zwei Drittel des Endenergieverbrauchs wird alleine fürs Heizen verwendet. Das Einsparpotenzial in Haushalten ist hoch. Jede eingesparte Kilowattstunde Strom reduziert Brennstoffe, CO2-Emissionen, fossile und erneuerbare Kraftwerksinvestitionen sowie Netzausbau.
Eine Übersicht über den Energieverbrauch privater Haushalte gibt es auf der Webseite des Umweltbundesamtes.
Energiesparen am Arbeitsplatz: Tipps zum Energiesparen am Arbeitsplatz gibt es auf der Webseite "3 Grad Jetzt", der Initiative von IHK Karlsruhe, Handwerksammer Karlsruhe und fokus.energie e.V.

Konzepte

Der Ausbau der erneuerbaren Energien und damit die Energiewende können nur erfolgreich sein, wenn neben dem Ausbau der Netze auch die technischen Voraussetzungen geschaffen werden um überschüssige Energie in ausreichendem Maße zu speichern, und Marktmechanismen hinsichtlich der neuen Technologien und Nutzungsverhalten angepasst werden. 
fokus.energie möchte mit aktuellen Informationen den jeweiligen Stand der Entwicklungen aufzeigen, um so zu konstruktiven Diskussionen innerhalb des Netzwerks anzuregen.

Förderprogramme

Eine Übersicht der Förderprogramme des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie finden Sie hier>>
Jedes Bundesland hat weitere Förderprogramme aufgelegt. Das Land Baden-Württemberg fördert im Bereich Energieeffizienz Gebäudeeigentümer, Kommunen und Unternehmen mit zahlreichen Fördermöglichkeiten. 

Energie-Mix

Als Energiemix, bzw. oft auch auf den „Strom-Mix“ reduziert, wird die Verwendung verschiedener Primärenergieformen zur gesamten Energieversorgung bezeichnet. Der Einsatz einer einzigen Energiequelle, z. B. Erdöl, zur Wärme- und Stromversorgung ist aufgrund der daraus resultierend Abhängigkeit von ihrem Preis und von ihrer (oft auch politisch bestimmten) Verfügbarkeit für größere Menschen- und Gewerbezahlen problematisch, so dass es bei der Energieversorgung einer ganzen Gesellschaft in der Regel zu einem Energiemix kommt.
Zahlreiche Grafiken und Statistiken zur Energiegewinnung und -verbrauch, Energiepreise und -kosten sowie Energieflussbilder finden Sie in der Ausgabe "Energiedaten: Gesamtausgabe" zum Download auf der Seite des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie.

Flexibilität

Der Erfolg der Energiewende hängt von flexiblen thermischen Kraftwerken ab, denn nur sie sind derzeit in der Lage, kurz- und längerfristige Kapazitätsmängel bei Netzen, Speichern und erneuerbaren Energien auszugleichen. 

Versorgungssicherheit

Die Versorgungssicherheit bezieht sich auf die Gewährleistung einer kontinuierlichen Energieversorgung, um den Bedarf der Bevölkerung und der Industrie zu decken. Eine zuverlässige Energieversorgung ist essenziell, um wirtschaftliche Stabilität und Wohlstand zu sichern. Die Energiewende strebt an, die Versorgungssicherheit zu erhöhen, indem sie auf erneuerbare Energien und dezentrale Energieerzeugung setzt. Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen kann die Versorgungssicherheit gefährden, da sie von geopolitischen Konflikten und Preisschwankungen beeinflusst wird. Stromausfälle können erhebliche Auswirkungen auf die Gesellschaft haben und betonen die Wichtigkeit von Maßnahmen zur Sicherung der Energieversorgung. Energiespeicherung spielt eine Schlüsselrolle bei der Verbesserung der Versorgungssicherheit, da sie Energie bei Überproduktion speichern und bei Bedarf freisetzen kann. Eine diversifizierte Energiequelle ist ein Ansatz zur Verbesserung der Versorgungssicherheit, da sie das Risiko von Ausfällen einzelner Energiequellen verringert. Die Integration von Smart Grids und digitalen Technologien trägt dazu bei, die Stabilität des Energieversorgungssystems zu erhöhen und Ausfälle zu minimieren. Politische Maßnahmen und internationale Zusammenarbeit sind notwendig, um die Energieversorgung in Zeiten von Krisen sicherzustellen und die Abhängigkeit von instabilen Energiemärkten zu reduzieren. Die Versorgungssicherheit bleibt ein zentrales Thema in der Diskussion um die Zukunft der Energie, da sie die Grundlage für nachhaltiges Wachstum und eine erfolgreiche Energiewende bildet.

Kraftwärmekopplung

Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) ist die gleichzeitige Umwandlung von eingesetzter Energie in mechanische oder elektrische Energie und Nutzwärme. Sie ist ein effizientes Prinzip zur energetischen Nutzung von Brennstoffen, gleich ob fossil oder erneuerbar. Ihre wesentlich erweiterte Anwendung ist für Klimaschutz und Ressourcenschonung wichtig, denn Kraft-Wärme-Kopplung bedeutet zugleich eine Dezentralisierung der Stromerzeugung hin zu Fernwärme-, Nahwärme- und Objektversorgungssystemen. Die damit verbundene Verlagerung der Wertschöpfung zu örtlichen Unternehmen aus den Bereichen Planung, Errichtung, Betrieb und Instandhaltung der Anlagen führt zur Einbindung des Handwerks und zur Stärkung des Mittelstandes. Dies sichert und schafft Arbeitsplätze.