Energieverbrauch: Geschichte, Gegenwart und Zukunft

Einleitung: Energieverbrauch im Wandel

Der Energieverbrauch ist heute dreißigmal höher als noch vor einem Jahrhundert. Dieses enorme Wachstum erfordert die Entwicklung neuer Technologien, um die Nutzung bestehender Energiequellen zu optimieren. Zudem ist ein schrittweiser Ersatz nicht erneuerbarer Energieträger durch erneuerbare Alternativen unumgänglich.

Ziel der Industrieländer sollte ein effizienter und rationeller Umgang mit Energie sein, um die zukünftige Energieversorgung zu sichern.

1. Geschichte des Energieverbrauchs

Bei der Betrachtung der Entwicklung des Energieverbrauchs sind zwei Variablen zu berücksichtigen:

• Primärenergieverbrauch: Direkter Verbrauch von Energiequellen.
• Sekundärenergieverbrauch: Verbrauch von umgewandelter Primärenergie.

Die häufigsten Primärenergiequellen sind Kohle, Erdöl, Wasserkraft, Erdgas und Kernenergie. Seit den 1950er Jahren ist der Primärenergieverbrauch durch den Einsatz von Kohle gesunken, während die Nutzung von Erdgas zugenommen hat.

1.1. Bedeutung von Erdöl, Erdgas, Wasserkraft und Kernenergie

• Erdöl: Spielt eine zentrale Rolle in der globalen Energieversorgung. Seit 1973 (Ölpreisanstieg) haben Verbraucherländer jedoch verstärkt auf Energieeinsparung und die Substitution von Erdöl gesetzt. Der Transportsektor ist fast ausschließlich von Erdöl abhängig. Der internationale Ölmarkt wird von der Organisation erdölexportierender Länder (OPEC) kontrolliert, die 70% der weltweiten Reserven besitzt.
• Erdgas: Gewinnt zunehmend an Bedeutung aufgrund seines hohen Heizwerts, der sauberen Verbrennung, der einfachen Handhabung und der Vielseitigkeit.
• Wasserkraft: Ist die einzige erneuerbare Energiequelle mit einfacher Präsenz in der Versorgung (6% der Produktion). Ihre Nutzung ist jedoch mit Schwierigkeiten verbunden, da sie ergiebige und regelmäßige Wasserressourcen erfordert, was die Produktionskosten erhöht.
• Kernenergie: Ist die jüngste Energiequelle. Im Jahr 1989 trug sie 5,4% zur Primärenergieerzeugung bei. Die Stromerzeugung aus Kernenergie erfolgt aus den oben genannten Primärenergiequellen. Aus wirtschaftlichen und ökologischen Gründen werden jedoch zunehmend weniger Kohle und Erdölderivate verwendet, während Erdgas und Kernenergie an Bedeutung gewinnen.

2. Energieverbrauch in Spanien

2.1. Entwicklung des Energiebedarfs in Spanien

Spanien hinkt im Vergleich zu entwickelten Ländern wie den USA und Großbritannien hinterher. Die Energielandschaft hat sich jedoch grundlegend verändert. Der starke Anstieg der Energienachfrage, bedingt durch die wirtschaftliche Entwicklung, und die Nutzung anderer Energiequellen wie Kernenergie, Erdgas und (in geringerem Maße) alternativer Energien, haben zu dieser Veränderung beigetragen.

2.2. Abhängigkeit von ausländischen Primärenergieträgern

Spanien ist stark energieabhängig, mit einem Abhängigkeitsgrad von über 60%. Dies bedeutet ein erhebliches Energiedefizit.

Der Grad der Abhängigkeit lässt sich wie folgt berechnen:

Abhängigkeitsgrad (%) = (CIB - BIP) / CIB * 100

Wobei:

• CIB: Bruttoinlandsverbrauch (in Mio. toe = Tonnen Rohöleinheiten, 1 toe = 41,84 * 10⁹ J)
• BIP: Bruttoinlandsprodukt (in Mio. toe)

2.2.1. Kohle

Spanien verfügt über eigene Kohlereserven für etwa 250 Jahre (1990: 1450 Mio. Tonnen). Aufgrund der hohen Kosten für die Förderung und der geringen Wärmeentwicklung eines Teils der Kohle ist Spanien jedoch auf Importe angewiesen. Die wichtigsten Kohlevorkommen befinden sich in Asturien, León, La Coruña und Teruel.

2.2.2. Erdöl

Die Erdölreserven Spaniens sind vernachlässigbar (2,6 Mio. Tonnen). Die Rohölimporte sind von 51,4 Mio. Tonnen (1993) auf 29,5 Mio. Tonnen (1998) gesunken. Dieser Rückgang ist auf die Substitution von Erdöl in der Energieerzeugung zurückzuführen. Der Hauptabnehmer von Erdöl ist die Automobilindustrie.

2.2.3. Wasserkraft

Die größte Schwierigkeit in der Anfangszeit der Wasserkraft war der Transport (Gleichstrom, der nicht über weite Strecken transportiert werden konnte). Die Einführung von Wechselstromgeneratoren ermöglichte den Transport und förderte die Entwicklung des Sektors. Die Stromerzeugung aus Wasserkraft ist jedoch in den letzten Jahren aufgrund der zunehmenden Stromerzeugung aus Kernenergie und Erdöl zurückgegangen.

Spanien verfügt über einen der am weitesten entwickelten Wasserkraftparks der Welt. Die Kraftwerke befinden sich in Einzugsgebieten mit höheren Niederschlägen und somit größerer Wassermenge (Tajo, Duero, Ebro und im Norden). Die Wasserkapazität dieser Einzugsgebiete deckt mehr als 60% der gesamten Produktionskapazität ab. Die Stromerzeugung aus Wasserkraft hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie z.B. dem Füllstand der Stauseen (abhängig von den Niederschlägen) und dem Bedarf an Wasser für den menschlichen Verbrauch und die landwirtschaftliche Bewässerung.

2.2.4. Erdgas

Die spanische Erdgasproduktion ist gering (20%). Der Rest wird hauptsächlich aus Algerien und Libyen importiert. Die Energiepolitik fördert eine verstärkte Nutzung von Erdgas. Um die Versorgung aus Algerien zu sichern, hat die Regierung ein langfristiges Abkommen unterzeichnet, das den Bau von Pipelines zwischen Algerien und Spanien (über Marokko) beinhaltet. Derzeit gibt es drei Flüssiggasanlagen in Barcelona, Cartagena und Huelva.

2.2.5. Kernenergie

Die Energieerzeugung durch Kernfusion erfordert Uran als Brennstoff. Die nachgewiesenen Uranvorkommen in Spanien belaufen sich auf 39.000 Tonnen (ausreichend für mehr als 40 Jahre Versorgung). Damit liegt Spanien in Europa an zweiter Stelle (hinter Frankreich). Kernenergie wird ausschließlich zur Stromerzeugung genutzt.

2.3. Stromerzeugung

Die Stromerzeugung ist seit den ersten Wasserkraftwerken bis heute aufgrund verschiedener Faktoren gestiegen:

• Einführung von Dampfturbinen für die thermische Stromerzeugung.
• Bau von Kernkraftwerken.
• Installation moderner Windkraft-, Solarenergie- und Biomasseanlagen.

2.3.1. Wärmekraftwerke

Wärmekraftwerke erzeugen Strom aus fossilen Brennstoffen (Kohle, Heizöl oder Gas). In Spanien gibt es über 20 Kohlekraftwerke. Die wichtigsten (mit einer Leistung von über 1000 MW) sind: As Pontes de García Rodríguez (La Coruña), Compostilla (León) und Teruel. Der größte Nachteil sind die Umweltauswirkungen (Emissionen von Schwefel-, Stickstoff- und Kohlenstoffoxiden). Moderne Kraftwerke nutzen Techniken wie die Wirbelschichtverbrennung und die Kohlevergasung, um diese Emissionen zu reduzieren und die Effizienz zu steigern. Kraftwerke, die Heizöl als Brennstoff verwenden, werden zunehmend durch Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK) ersetzt, in denen Erdgas der Hauptbrennstoff ist und Heizöl als Hilfsbrennstoff dient.

2.3.2. Wasserkraftwerke

Nutzen das Gefälle, um die potenzielle Energie des Flusswassers in elektrische Energie umzuwandeln (mittels Turbinen-Generator-Gruppen). Sie unterscheiden sich durch die Art der Wassersammlung und -nutzung. Aktuelle politische Ziele fördern den Umweltschutz und die Energieeffizienz. Daher wird weltweit verstärkt auf die Nutzung kleinerer Wasserläufe durch Kleinwasserkraftwerke gesetzt. Diese haben kaum Auswirkungen auf die Umwelt und ermöglichen die Stromversorgung abgelegener Gebiete ohne große Stromleitungen.

2.3.3. Kernkraftwerke

In Spanien gibt es neun Kernkraftwerke mit einer Gesamtkapazität von 7417 MW, die 1998 37% der Energie lieferten. In Betrieb sind:

• José Cabrera (Guadalajara, 1968)
• Santa María de Garoña (Burgos, 1971)
• Ascó II (Tarragona, 1985)
• Almaraz II (Cáceres, 1983)
• Ascó I (Tarragona, 1983)
• Almaraz I (Cáceres, 1981)
• Cofrentes (Valencia, 1984)
• Vandellós II (Tarragona, 1987)
• Trillo I (Guadalajara, 1988)

Mit Inkrafttreten des Gesetzes über das nationale Stromsystem wurde der Bau von Kernkraftwerken gestoppt.

2.3.4. Stromerzeugung aus neuen Energien

Die Stromerzeugung aus neuen Energien machte 1994 nur 2,9% der gesamten Stromerzeugung aus. Es handelt sich jedoch um einen wachsenden Sektor. Das Programm für erneuerbare Energien zielt darauf ab, die Primärenergieerzeugung aus diesen Quellen auf 1,1 Mio. toe pro Jahr zu erhöhen. Die Verteilung ist wie folgt:

• Biomasse (72%)
• Kleinwasserkraft (19,3%)
• Solarthermie (5,6%)
• Windenergie (3,1%)
• Geothermie (0,9%)
• Photovoltaik (0,4%)

2.4. Stromverbrauch

Derzeit wird ein jährlicher Anstieg von 3,4% erwartet. Schätzungen für das erste Jahrzehnt des Jahrhunderts gehen von einem Anstieg von etwa 3% aus. Im Jahr 1998 stieg der Energieverbrauch um 6,8% gegenüber dem Vorjahr. Von Januar bis August 1999 betrug der Anstieg 6,4%.

2.4.1. Verteilung nach Sektoren

• Energieintensive Industrie (43%)
• Private Haushalte (24%)
• Dienstleistungssektor (23%)
• Landwirtschaft und Sonstige (10%)

2.4.2. Geografische Verteilung

Die Autonomen Gemeinschaften mit dem höchsten Netto-Pro-Kopf-Verbrauch sind Asturien, Baskenland, Kantabrien und Navarra. Die niedrigsten Werte weisen Ceuta, Melilla, Extremadura, die Kanarischen Inseln und Andalusien auf.

3. Energieverbrauch in Europa

Zwischen 1985 und 1996 stieg der Energieverbrauch um 14%. Dieser Anstieg konzentrierte sich hauptsächlich auf die südlichen Länder (Spanien, Portugal, Griechenland), wo das Wirtschaftswachstum höher ist als der europäische Durchschnitt. Der Anstieg ist auf den zunehmenden Verkehr (+40%) und die Dienstleistungen für Haushalte (+11%) zurückzuführen. In diesen Sektoren wird Diesel zunehmend durch Erdgas ersetzt.

3.1. Herausforderungen für die EU im Energiebereich

1. Steigende Energieabhängigkeit (+20% in den letzten Jahren).
2. Sicherstellung wettbewerbsfähiger Preise durch Liberalisierung der Gas- und Strommärkte und den Ausbau transeuropäischer Energienetze.
3. Vereinbarkeit des Energiemarktes mit umweltpolitischen Zielen.

3.2. Energieerzeugung in der EU und weltweit

Die Primärenergieerzeugung in der EU macht 8,4% der Weltproduktion aus. Dies ist ein niedriger Wert. Der Pro-Kopf-Energieverbrauch liegt jedoch bei etwa 3,8 toe und ist damit höher als in den meisten Ländern (mit Ausnahme der USA, Japans und einiger OECD-Länder).

3.3. Energieversorgung

In der Primärenergieerzeugung ist in den letzten Jahren ein Boom zu verzeichnen, insbesondere aufgrund der Ölförderung durch effizientere und sparsamere Methoden. Die Energieerzeugung in der EU verteilte sich 1996 wie folgt:

• Kernenergie (29%)
• Erdgas (25%)
• Erdöl (20%)
• Kohle (10%)
• Braunkohle (7%)
• Biomasse (6%)
• Wasserkraft (3%)

Ein Vergleich von Produktion und Verbrauch von Primärenergie in den 15 EU-Mitgliedstaaten zeigt, dass der Verbrauch in den meisten Ländern höher ist als die Produktion (mit Ausnahme von Großbritannien und den Niederlanden).

3.4. Stromerzeugung in der EU

Die Stromerzeugung hat zugenommen und erreichte 1996 2409 TWh. Der größte Teil wird in Wärmekraftwerken (51%) und Kernkraftwerken (35,2%) erzeugt. Die wachsende Bedeutung der Kernenergie und der Stromerzeugung aus Erdgas ist hervorzuheben.

3.5. Energieabhängigkeit der EU

Die EU kann ihren Energiebedarf nicht selbst decken. Die wichtigsten Importgüter sind Brenn- und Kraftstoffe und deren Folgeprodukte (aus den OPEC-Ländern und dem Nahen Osten) sowie Erdgas (aus Norwegen, Algerien und den ehemaligen Sowjetrepubliken). Großbritannien ist das einzige Land, das mehr Energie produziert als es verbraucht (dank seiner Reserven in der Nordsee).

3.6. Produktion erneuerbarer Energien

Die EU beabsichtigt, die Produktion von Energie aus erneuerbaren Quellen zu fördern. Im Jahr 1996 lag der Anteil der erneuerbaren Energien bei 5,3%. Das Ziel des Alternativprogramms ist es, diesen Anteil bis 2010 auf 12% des Gesamtenergiebedarfs zu erhöhen.

4. Weltweiter Energieverbrauch

Die Entwicklung der Energienachfrage ist auf zwei Faktoren zurückzuführen: den Einkommens- und den Substitutionseffekt.

4.1. Produktion und Verbrauch nach geografischen Gebieten

Die meisten geografischen Gebiete weisen ein Energiedefizit auf (mit Ausnahme der OPEC-Länder, die Öl produzieren und weniger industrialisiert sind). Folgende Gebiete lassen sich definieren:

1. Nordamerika (Kanada, USA, Mexiko): Gebiete mit hohem Verbrauch.
2. Südamerika: Geringere Produktion und geringerer Verbrauch (mit Ausnahme von Venezuela, das zur OPEC gehört).
3. Westeuropa (Deutschland, Frankreich, Großbritannien, Italien, Spanien, Norwegen, Niederlande usw.): Defizitländer (mit Ausnahme von Großbritannien und Norwegen).
4. Osteuropa (Polen, ehemalige DDR usw.): Defizitländer.
5. Ehemalige UdSSR: Höchste Produktionskosten weltweit.

4.2. Weltweite Energieressourcen

Es gibt genügend Energieressourcen, um die weltweite Nachfrage für mehr als ein Jahrhundert zu decken. Das Bild ist jedoch für jede Energiequelle unterschiedlich: Kohle- und Uranvorkommen sind groß, die Erdölvorkommen jedoch deutlich geringer. Da sich die Erdölreserven auf wenige Länder konzentrieren, wird die Energiepolitik der Importländer auf die Suche nach Alternativen ausgerichtet sein.

5. Energieeinsparung

Die meisten Energieressourcen sind begrenzt. Daher müssen alle Maßnahmen darauf abzielen, die Energieeffizienz zu steigern und die Umwelt zu schützen.

5.1. Verringerung der Abhängigkeit vom Erdöl

Maßnahmen:

• Verbesserung der Nutzung von Erdöl und seinen Derivaten.
• Substitution durch andere Brennstoffe (Erdgas, Kernenergie, erneuerbare Energien).
• Einsparung in Bereichen, in denen Erdöl nicht ersetzt werden kann.

Gründe: Die Erdölpreise haben erhebliche Auswirkungen auf die Wirtschaft, und Erdölderivate sind stark umweltschädlich.

5.2. Verbesserung der Energieumwandlungsprozesse

Techniken:

• Wirbelschichtverbrennung von Kohle.
• Kohlevergasung.
• Kombinierter Zyklus von vergasender Kohle zur Strom- und Wärmeerzeugung.
• Kohleverflüssigung für einfachen Transport.
• Verbesserung der Prozesse zur Herstellung einer Vielzahl von Brenn- und Kraftstoffen (effizienter und umweltschonender).

5.3. Änderung der Konsumgewohnheiten

5.3.1. Verkehr

Mögliche Beiträge:

• Einsatz alternativer Kraftstoffe (Biokraftstoffe wie Pflanzenmethylether und Erdgas/CNG).
• Verringerung der Abhängigkeit vom Erdöl.
• Reduzierung der Schadstoffemissionen (CO2, NOx, Schwefel).

Nachteile: Hohe Kosten.

5.3.2. Strom

Etwa die Hälfte der in Westeuropa verbrauchten Energie entfällt auf private und gewerbliche Gebäude. Energieeinsparungen in diesem Bereich können erreicht werden durch:

• Planung von Gebäuden mit guter Wärmedämmung.
• Effiziente Energienutzung in Lichtsteuerungen.
• Energieeffiziente Geräte für Heizung, Kühlung und Klimatisierung.
• Fortschrittliche Stromsteuerung in der Industrie.
• Installation hocheffizienter Beleuchtung in der Industrie.

5.4. Erdgas

Erdgas ersetzt aufgrund seines hohen Heizwerts und seiner Kosten zunehmend Stadtgas und Gase aus der fraktionierten Destillation von Erdöl (Flüssiggas/LPG, Butan und Propan) im privaten und industriellen Bereich. Im Stromsektor werden Kraftwerke, die Dieselkraftstoff verwenden, durch KWK-Anlagen ersetzt, in denen Erdgas der Hauptbrennstoff ist. Im öffentlichen Verkehr wird zunehmend Erdgas eingesetzt.

5.5. Nachttarife

Im privaten und gewerblichen Bereich ermöglichen Nachttarife niedrigere kWh-Preise in der Nacht (sogenannte Schwachlastzeiten), die bis zu 50% unter den Tagestarifen liegen können.

6. Energiespartechniken

6.1. Kraft-Wärme-Kopplung (KWK)

Technologie zur kombinierten Erzeugung und Nutzung von Strom und Wärme. Der im Kessel erzeugte Dampf treibt nicht nur die Turbogeneratoren zur Stromerzeugung an, sondern kann auch an verschiedenen Stellen der Turbine entnommen werden, um Wärme für industrielle Prozesse oder Heizsysteme bereitzustellen. KWK-Systeme ermöglichen höhere Energieerträge und haben geringere Umweltauswirkungen, insbesondere wenn Erdgas als Brennstoff verwendet wird. Diese Systeme erreichen einen Gesamtwirkungsgrad von über 80%. In den letzten Jahren hat sich das Konzept der Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK) etabliert, das auf der Erzeugung von Wärme, Strom und Kälte basiert.

6.2. Heizung: Erdgas, Wärmespeicherung

Erdgas kann Brenn- und Kraftstoffe in Heizungsanlagen ersetzen, wodurch der Heizwert des Brennstoffs verbessert und die Schadstoffemissionen reduziert werden. Wärmespeicher speichern die Energie über Nacht und geben sie tagsüber ab. Dies ermöglicht die Nutzung von günstigerem Nachtstrom.

6.3. Beleuchtung: Energiesparlampen

Der Ersatz herkömmlicher Beleuchtungselemente (Glühlampen und Leuchtstoffröhren) durch leistungsstärkere Lampen ermöglicht erhebliche Energieeinsparungen. Die gebräuchlichsten sind Halogen- und Kompaktleuchtstofflampen. Die Energieeinsparung beträgt etwa 80%, und die Lebensdauer und Effizienz sind höher.

6.4. Hausautomation

Umfassendes Steuerungssystem, das es dem Benutzer ermöglicht, alle Funktionen der Strom- und Klimaanlage zu steuern: Geräte, Markisen, Beleuchtung usw. Die Programmierung des Gebäudebetriebs nach Nachttarifen oder die Steuerung von Markisen und Jalousien je nach Klima spart Energie für die Klimatisierung.

6.5. Architektonische Lösungen

Nutzung der Sonnenenergie, die auf Gebäude einfällt, entweder durch:

• Passive Ansätze: Geeignete Isolierung, Doppelverglasung, Ausrichtung.
• Aktive Ansätze: Sonnenkollektoren zur Nutzung des Treibhauseffekts, Wände und Dächer mit thermischer Trägheit.

7. Alternative Energien

Die Notwendigkeit, den Verbrauch nicht erneuerbarer Primärenergie zu reduzieren und die Umwelt zu schützen, hat die technologische Entwicklung vorangetrieben, um unerschöpfliche Energiequellen wie Solarenergie, Windenergie, Biomasse, Geothermie und Gezeitenkraftwerke rentabel zu machen. Im Jahr 1998 lag der Anteil der erneuerbaren Energien bei 6,3%. Der Entwicklungsplan sieht vor, diesen Anteil bis 2010 auf 11,2% zu erhöhen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden sowohl finanzielle als auch energiestrukturelle Anreize im Stromsektor angeboten. Die in Spanien am besten geeigneten erneuerbaren Energien sind Biomasse, Solar- und Windenergie.

7.1. Biomasse-Energie und Behandlung fester Abfälle

Wird durch die Verbrennung von Abfällen aus Landwirtschaft, Forstwirtschaft, Industrie, biologisch abbaubaren Produkten usw. in thermischen Anlagen gewonnen. Wird zur Wärmeerzeugung im industriellen und privaten Sektor verwendet. In der EU ist Biomasse die am häufigsten genutzte erneuerbare Energiequelle (über 55% der Energieerzeugung). Eine weitere Energiequelle ist die Verwertung von Siedlungsabfällen (MSW). Die Abfallbehandlung umfasst die Trennung von Wertstoffen, die Entfernung organischer Stoffe zur Düngemittelherstellung und die Verbrennung der Reststoffe zur Nutzung der Wärme für die Stromerzeugung.

7.2. Solarenergie

Zwei Hauptgruppen:

• Thermische Solarenergie: Niedertemperatur (<90°C, für Klimatisierung und Warmwasserbereitung), Mitteltemperatur und Hochtemperatur.
• Photovoltaik.

Die größte solarthermische Anlage befindet sich in Kalifornien (USA). In Spanien gibt es drei Anlagen in Almería. Photovoltaikanlagen sind die ideale Lösung für die Stromversorgung abgelegener ländlicher Gemeinden, die keine sehr hohen Leistungen benötigen.

7.3. Windenergie

Ein aufstrebender Sektor in Spanien (fünftgrößter Produzent dieser Energie). Spanien verfügt über den größten Windpark Europas. Windenergie ist die am schnellsten wachsende Energiequelle der Welt. Dänemark ist führend in der Branche (8% der Energie aus Windkraft, Prognose: 50% im Jahr 2030). Um eine höhere Produktivität zu erreichen, werden Windparks auf See installiert, wo die Windgeschwindigkeit um 20% höher ist als an Land.