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Energieentwertung

Definition: der Verlust an nutzbarer Energie

Englisch: degradation of energy

Kategorien: Energieeffizienz, Grundbegriffe

Autor:

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 15.03.2020; letzte Änderung: 16.03.2020

Der Begriff Energieentwertung benennt in oft qualitativer (d. h. nicht quantitativer) Weise das Problem, dass zwar bei Energieumwandlungen wegen der Energieerhaltung keine Energie verloren gehen kann, dass aber häufig die Menge noch nutzbarer Energie dabei abnimmt. Insbesondere geschieht das oft in der Form, dass kaum mehr nutzbare Abwärme anfällt.

Quantitative Angaben der Energieentwertung sind i. A. schwierig wegen der nötigen Abgrenzung von nutzbarer und nicht nutzbarer Energie, die von diversen Umständen abhängig sein kann. Jedoch ist die Betrachtung von Energieentwertung trotzdem sehr nützlich, da sie anders als reine Wirkungsgrad-Betrachtungen auch die Qualität der involvierten Energien berücksichtigt. Dabei kann man mit den Größen Exergie und Entropie arbeiten, wie im folgenden Abschnitt gezeigt wird.

Der Begriff Energieentwertung tritt weniger in der Fachliteratur auf als in Erklärungen für Nicht-Experten. Er ist anschaulicher als Exergie und Entropie und erfüllt oft seinen Zweck auf bei Gebrauch in nur qualitativer Form.

Beispiel: Vergleich von Gaskraftwerk und Gasheizkessel

Ein modernes Gaskraftwerk in Form eines Gas-und-Dampf-Kombikraftwerks kann einen elektrischen Wirkungsgrad von ca. 55 % erreichen; die Abwärme kann oft nicht genutzt werden.

Ein Gas-Heizkessel, vor allem in Form eines Brennwertkessels, erreicht bei einigermaßen guter Auslastung leicht einen Wirkungsgrad von z. B. 95 %.

Der Vergleich der Wirkungsgrade würde also nahelegen, dass die Nutzung von Erdgas in Heizkesseln viel effizienter ist als die in Kraftwerken. Das widerlegt jedoch die Betrachtung der Energieentwertung. Das genannte Kraftwerk liefert elektrische Energie, was eine universell nutzbare Energieform ist. Das Problem liegt hier nur darin, dass Energieverluste von 45 % ansetzen entsprechend der nicht genutzten Abwärme; ggf. wären noch Leitungsverluste auf dem Weg zum Verbraucher zu berücksichtigen, was insgesamt den Verlust z. B. auf 50 % erhöht. Dagegen tritt beim Heizkessel eine starke Energieentwertung auf: Er liefert zwar den Großteil des Energieinhalts des Erdgases als Nutzenergie, aber eben nur in Form von Niedertemperaturwärme. Wenn man deren Wert z. B. über die Exergie berechnet, kommt man zum Schluss, dass weit mehr als die Hälfte des Werts der Energie des Gases verloren geht – wobei der Zahlenwert von den involvierten Temperaturniveaus abhängt.

Die Bewertung über die Exergie mag zunächst als ziemlich theoretisch erscheinen. Jedoch zeigt die folgende Überlegung, dass die Nutzung des Gases im Kraftwerk tatsächlich mehr Nutzen erbringen kann. Für einen angemessenen Vergleich nimmt man an, dass am Ende in beiden Fällen Heizwärme erzeugt werden muss – im Falle des Kraftwerks durch Einsatz einer Elektrowärmepumpe beim Verbraucher. Wenn diese z. B. eine Jahresarbeitszahl von 3 erreicht (was v. a. für Niedertemperaturheizungen leicht übertroffen werden könnte), gewinnt man aus derselben Menge Gas über 50 % mehr Heizwärme.

Das Problem beim Heizkessel lässt sich also so erklären, dass dieser zwar die Menge an Energie weitgehend erhält, jedoch nicht deren Qualität, die über die Exergie beziffert werden kann: Es erfolgt eine Energieentwertung, die letztlich als die Ursache für die schlechte Energieeffizienz im Vergleich zum System Kraftwerk / Elektrowärmepumpe angesehen werden kann. Damit geht übrigens auch die Erzeugung von Entropie einher.

Eine andere Möglichkeit wäre die Nutzung des Stroms in einer Elektroheizung. Dieses System wäre viel ineffizienter als der Heizkessel. Hier erfolgt nämlich eine ähnlich starke Energieentwertung im Elektroheizkessel, zusätzlich zu den hohen Energieverlusten im Kraftwerk.

Solche Überlegungen berücksichtigt der Ansatz des thermodynamisch optimierten Heizens.

Andere Beispiele für Energieentwertung

Eine Energieentwertung tritt auch dann auf, wenn z. B. Wasser aus Quellen unterschiedlicher Temperatur vermischt wird, oder wenn Wärme durch Wärmeleitung von einem heißeren zu einem kälteren Körper fließt. Auch bei solchen Prozessen wird Entropie erzeugt und Exergie reduziert.

Ein weiteres Beispiel bieten Reibungsprozesse, die Bewegungsenergie in Wärme umwandeln.

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Siehe auch: Energie, Exergie, Entropie, Energieverlust, thermodynamisch optimiertes Heizen, Energieeffizienz
sowie andere Artikel in den Kategorien Energieeffizienz, Grundbegriffe

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