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Elektrifizierung

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Definition: die technische Umstellung auf die Verwendung elektrischer Energie

Englisch: electrification

Kategorien: elektrische Energie, Grundbegriffe

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 06.02.2013; letzte Änderung: 10.05.2016

Die Elektrifizierung verschiedener Bereiche der Technik bedeutet, dass man Anlagen und Infrastruktur darauf einrichtet, elektrische Energie einzusetzen – häufig als Ersatz für zuvor andere verwendete Energieformen. In vielen Fällen bringt dies erhebliche Vorteile:

Aus diesen Gründen ist davon auszugehen, dass eine weitere Elektrifizierung erfolgen wird, um diverse Umwelt- und Rohstoffprobleme zu lösen oder wenigstens zu reduzieren. Der elektrischen Energie kommt daher zukünftig eine weiter steigende Bedeutung zu.

Beispiele für die Elektrifizierung

Verkehr

Bereits früh wurden sehr viele Eisenbahnen und Straßenbahnen elektrifiziert. Es wurden also insbesondere Dampfmaschinen und Dieselmotoren durch Elektromotoren ersetzt. Dies erforderte hohe Investitionen vor allem für die Ausstattung vieler Bahnstrecken mit Oberleitungssystemen. Die erreichten Vorteile sind aber vielfältig: höhere Energieeffizienz, geringere Energiekosten im Betrieb, verminderte Auslandsabhängigkeit, geringere Wartungskosten, kein Zeitverlust für das Auftanken der Lokomotiven, keine aufwendige Logistik für die Kraftstoffversorgung von Lokomotiven, keine Belastung von Passagieren oder Anwohnern mit Abgasen, verringerte Lärmbelastung, etc.

Etliche weniger stark benutzte Bahnstrecken wurden trotzdem bis heute nicht elektrifiziert, da man die hohen Investitionskosten scheut. Mit den erheblich gestiegenen Preisen für Dieselkraftstoff entsteht allerdings inzwischen wieder ein stärkerer Anreiz zur weiteren Elektrifizierung. Heute sind bei der Deutschen Bahn rund 60 % der Strecke elektrifiziert, und darüber wird rund 90 % der Verkehrsleistung erbracht.

Selbst innerhalb von Diesellokomotiven erwies sich die Elektrifizierung des Anstriebsstrangs als günstig: Anstatt die Energie vom Motor über ein Getriebe und eine Kupplung auf die Räder zu übertragen (wie bei einem Kraftfahrzeug), wird in einer dieselelektrischen Lokomotive mit einem Generator elektrische Energie erzeugt, mit der dann Elektromotoren gespeist werden.

Im Bereich von Kraftfahrzeugen ist die Elektrifizierung wesentlich schwieriger, weil mangels praktikabler Methoden für die direkte Stromzuführung das Mitführen eines Speichers für elektrische Energie notwendig ist und solche Speicher erhebliche Nachteile mit sich bringen. Es besteht die Hoffnung, dass Elektroautos von der Entwicklung verbesserter (auch preisgünstigerer) Akkumulatoren (z. B. Lithium-Ionen-Batterien) profitieren werden, oder dass Brennstoffzellen dereinst eine praktikable Lösung darstellen können. Die anderen Teile des Fahrzeugantriebs werden sich problemlos auf den elektrischen Betrieb einstellen lassen. Allenfalls die Beheizung im Winter kann ein Problem sein, welches sich aber ggf. durch einen kleinen Brenner z. B. für Bioethanol lösen lässt.

Heizungen

Heizungsanlagen für Gebäude basierten traditionell auf Heizkesseln. Deren Nachteile sind allerdings erheblich: starke Belastung der städtischen Luft mit Schadstoffen zumindest bei Festbrennstoffen wie Kohle und Holz, ein gewisser Wartungsaufwand und die starke Abhängigkeit von fossilen Energieträgern (bei begrenztem Potenzial für die Substitution durch erneuerbare Energie).

Die technisch einfachste Methode der Elektrifizierung ist hier die Verwendung von Elektroheizungen. Dies eliminiert zwar die lokalen Schadstoffemissionen, führt aber wegen der geringen Energieeffizienz zu einem massiven Mehrverbrauch an Primärenergie. Wenn die Kraftwerke mit fossilen Energieträgern betrieben werden, verschärft diese Art zu heizen die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern noch weiter, und insbesondere die klimaschädlichen CO2-Emissionen werden noch wesentlich verstärkt.

Eine wesentlich bessere Methode ist die Verwendung von Elektrowärmepumpen, die die Nutzung zusätzlicher Umweltwärme erlauben und damit den Bedarf an elektrischer Energie um z. B. einen Faktor 3 bis 5 verringern (→ Jahresarbeitszahl). Wenn beispielsweise Strom aus modernen Gas-und-Dampf-Kombikraftwerken (mit Erdgas) verwendet wird, fällt der Erdgasverbrauch deutlich geringer aus als bei Verwendung von Gas-Heizkesseln. Zudem kann auch erneuerbare Energie genutzt werden, beispielsweise Windenergie. Allerdings sind die Investitionskosten für Wärmepumpenheizungen meist wesentlich höher.

Prozesswärme

Prozesswärme z. B. für industrielle Zwecke wird häufig mit Hilfe elektrischer Energie erzeugt, also als Elektrowärme. Vor allem wenn es sich um Hochtemperaturwärme handelt (z. B. bei der Stahlerzeugung), gäbe es dazu kaum vernünftige Alternativen, da auch Feuerungen dann hohe Energieverluste aufweisen und die Wärme viel weniger gezielt und dosiert liefern können.

Auch Niedertemperaturwärme wird am sinnvollsten mit Hilfe elektrischer Energie hergestellt, wenn es sich um kleine Mengen handelt. Beispielsweise gäbe es für Kaffeemaschinen kaum eine praktikable Alternative. Anders sieht es aber bereits bei Waschmaschinen und Geschirrspülmaschinen aus: Zwar ist die rein elektrische Warmwassererzeugung mit einem Elektroheizstab bezüglich der Investitionskosten konkurrenzlos günstig, aber wesentliche Energieeinsparungen sind möglich, wenn stattdessen Warmwasser aus einem effizienten Heizkessel oder auch z. B. mit Solarthermie bereitgestellt wird.

Beleuchtung

Im Bereich der Beleuchtung erfolgte die Elektrifizierung schon sehr früh, weil andere Lichtquellen wie z. B. Gaslampen sehr ineffizient waren und auch andere Nachteile hatten, beispielsweise den Bedarf für teurere Gasleitungen und die Gefahr von Gasexplosionen. Für lange Zeit wurden hauptsächlich Glühlampen verwendet, die freilich ebenfalls ziemlich ineffizient sind; für manche Zwecke kamen Bogenlampen zum Einsatz. Allerdings gibt es schon lange auch die sehr viel effizienteren Leuchtstofflampen. In den letzten Jahren wurden diverse neue, recht effiziente Leuchtmittel gut verfügbar, insbesondere Kompaktleuchtstofflampen (Energiesparlampen) und LED-Lampen (mit Leuchtdioden).

Haushalte

In den meisten Ländern sind die Haushalte inzwischen weitgehend elektrifiziert. Die meisten Geräte, die Energie benötigen, beziehen diese in Form von elektrischer Energie. In armen Ländern ist dies jedoch nicht immer der Fall. Fehlende Elektrifizierung, d. h. fehlende Verfügbarkeit von Anschlüssen an öffentliche Stromnetze und nicht nur von Elektrogeräten, führt häufig zu ausgeprägter Energiearmut, weil ersatzweise eingerichtete Energienutzungen häufig sehr ineffizient und/oder ineffektiv sind.

Weitere Elektrifizierung im Zuge der Sektorkopplung

Der Artikel über Sektorkopplung erklärt, warum eine weitere Elektrifizierung im Zuge der Energiewende zu erwarten und zu begrüßen ist. Im Kern geht es darum, den Einsatz erneuerbarer Energien auch in anderen Verbrauchssektoren wie Wärme, Verkehr und Chemie zu ermöglichen. Gleichzeitig entstehen jedoch interessante Flexibilitätsoptionen, die die Nutzung fluktuierender Stromerzeugung (z. B. Wind- und Solarstrom) erleichtern.

Siehe auch: elektrische Energie, Elektromobilität, Elektroauto, dieselelektrischer Antrieb, Elektrowärme, Sektorkopplung, Energiearmut
sowie andere Artikel in den Kategorien elektrische Energie, Grundbegriffe

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