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Kilowattstunde

Akronym: kWh

Definition: die Energiemenge, die bei einer Leistung von 1 kW innerhalb von einer Stunde umgesetzt wird

Englisch: kilowatt hour

Kategorien: Einheiten, elektrische Energie, Wärme und Kälte

Autor:

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 06.03.2010; letzte Änderung: 01.10.2022

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Stromzähler
Abbildung 1: Ein Haushaltsstromzähler älterer Art. Oben findet man die Anzeige der Kilowattstunden, die seit Inbetriebnahme des Zählers bezogen wurden. Weiter unten sieht man ein Rad, welches sich um so schneller dreht, je höher die momentan bezogene elektrische Leistung ist.

Eine Kilowattstunde (kWh) ist die Energiemenge, die bei einer (Wirk)Leistung von einem Kilowatt (1 kW) innerhalb von einer Stunde umgesetzt wird. Es handelt sich also um ein Kilowatt multipliziert mit einer Stunde, nicht etwa ein “Kilowatt pro Stunde”. (Siehe unten den Abschnitt über häufige Fehler.) Eine Kilowattstunde entspricht 3 600 000 Joule = 3,6 MJ. Das “h” in “kWh” kommt vom lateinischen hora = Stunde.

Entsprechend gibt es größere Einheiten:

  • Eine Megawattstunde (MWh) entspricht 1000 kWh. Das verbraucht eine Familie innerhalb einiger Monate.
  • Eine Gigawattstunde (GWh) ist 1000 MWh = 1 Million kWh. Das produziert ein Großkraftwerk z. B. in einer Stunde, oder eine große Windenergieanlage (ein Rotor, nicht ein Windpark) in einem Monat.
  • Eine Terawattstunde (TWh) bedeutet eine Milliarde Kilowattstunden. Deutschland braucht pro Jahr über 500 TWh. Viele Energiestatistiken arbeiten mit Terawattstunden.

Dagegen gibt es für kleine Energiemengen die Wattstunde (Wh = tausendstel kWh) und die Wattsekunde (Ws = J = Joule).

Die Kilowattstunde wird insbesondere (aber nicht nur) für die Quantifizierung elektrischer Energiemengen (elektrischer Arbeit) verwendet und taucht deswegen auf Stromrechnungen auf, basierend auf der Ablesung von Stromzählern. Private Verbraucher bezahlen in Deutschland pro Kilowattstunde rund 0,30 € (seit der Energiekrise 2022 teils auch wesentlich mehr), im Nachttarif oft deutlich weniger. Diese Kosten stammen anders als bei Großverbrauchern nur zum kleineren Teil von der Stromerzeugung. (Siehe auch den Artikel über Stromtarife.)

Man kann auch andere Energiemengen (z. B. Wärmemengen) in Kilowattstunden angeben; beispielsweise wird der Primärenergiebedarf von Häusern meist in kWh pro Quadratmeter beheizter Fläche und Jahr (kWh/(m2 a)) angegeben. Häufig wird auch der Bezug von Erdgas in Kilowattstunden abgerechnet mit Bezug auf den Heizwert, also die aus dem Gas gewinnbare Wärmemenge. Für den Kunden ist schließlich die bezogene Energiemenge relevanter als das Volumen des Gases (in Normkubikmetern), zumal der spezifische Heizwert je nach Gasqualität (L- oder H-Gas) deutlich variieren kann. Eine Kilowattstunde Wärme aus Erdgas ist weitaus billiger als eine Kilowattstunde elektrischer Energie. Beispielsweise zahlen Privatkunden in Deutschland z. Zt. rund 0,06 € (Stand 2020, ohne Grundpreis), also ca. fünfmal weniger als bei Strom zum Tagestarif.

Seit der Energiekrise 2022 sind die Kosten pro Kilowattstunden Strom und Gas teils massiv angestiegen. Dies ist eine Folge von Engpässen, mit sehr unterschiedlichen Ursachen:

  • Beim Erdgas ist die Versorgungskrise praktisch vollständig Folge des Konflikts mit Russland, welches völkerrechtswidrig sein Nachbarland Ukraine überfallen hat, dort schwerste Kriegsverbrechen begeht und wesentliche Teile des Landes rechtswidrig annektiert hat. Dies hat einen Konflikt mit zunehmender Eskalation mit dem gesamten Westen geführt, in diesem Zusammenhang auch zu einer zunächst stufenweisen und schließlich vollständigen Beendigung der Erdgas-Lieferungen aus Russland. Diese können bislang nur teilweise mit Lieferungen aus anderen Weltregionen ersetzt werden.
  • Beim Strom gibt es Engpässe vor allem wegen massiver Probleme mit Kernkraftwerken in Frankreich. Diese begannen zwar schon in früheren Jahren, spitzten sich in 2022 jedoch wesentlich zu – mit der Folge, dass zeitweise mehr als die Hälfte dieser Kraftwerke nicht zur Verfügung steht. Frankreich muss deswegen in größtmöglichem Umfang Strom importieren, was die Preise auf dem europäischen Strommarkt in die Höhe treibt. Zusätzlich verschärft werden diese Engpässe dadurch, dass nur noch sehr begrenzt Erdgas für Gaskraftwerke zur Verfügung steht, und dies zu sehr hohen Preisen.
  • Man beachte, dass die Strompreise sogar wesentlich stärker steigen als die durchschnittlichen Stromerzeugungskosten, weil sich die im Strommarkt mit dem Merit-Order-Prinzip so ergibt. Siehe dazu den Artikel über Strommarkt.

Rechenbeispiele

Eine Vielzahl von Berechnungen mit Relevanz z. B. im Haushalt und Gewerbe ist möglich auf der Basis von Kilowattstunden. Einige Beispiele hierfür:

  • Eine Energiesparlampe mit 20 W Aufnahmeleistung kann mit 1 kWh für eine Zeit von 1000 Wh / 20 W = 50 h (50 Stunden) betrieben werden. Bei einem energieeffizienten Kühlschrank reicht dies für z. B. drei bis vier Tage. Ein Heizlüfter mit 2000 W Heizleistung verbraucht eine Kilowattstunde dagegen bereits innerhalb einer halben Stunde, oder 48 kWh beim Dauerbetrieb über 24 Stunden.
  • Ein Zwei-Personen-Haushalt in einem Einfamilienhaus braucht im Jahresmittel rund 10 kWh elektrische Energie pro Tag, also 3650 kWh pro Jahr, wenn er seinen Wärmebedarf mit einer Gas- oder Ölheizung deckt, also nicht elektrisch. Die durchschnittliche bezogene Leistung beträgt dann 10 kWh / 24 h = 417 W. (Wenn gerade elektrisch gekocht wird, kann der Momentanverbrauch mehrere kW betragen, also weit höher sein.) Der gleiche Haushalt in einem Mehrfamilienhaus sollte erheblich weniger brauchen, da sich der Verbrauch für die Heizungsanlage, die Außenbeleuchtung etc. auf mehrere Parteien verteilt oder ohnehin separat abgerechnet wird.
  • Ein gut wärmegedämmter Warmwasserspeicher verliert im warmen Zustand 50 W an Wärme in die Umgebung. Pro Tag entspricht dies 50 W · 24 h = 1200 Wh = 1,2 kWh Wärme. Wenn der Speicher über einen Elektroheizstab warm gehalten wird, entspricht dies derselben Menge an elektrischer Energie (zusätzlich zum Aufwand für den Warmwasserverbrauch). Mit einer Wärmepumpe wäre der Verbrauch elektrischer Energie um die Leistungszahl reduziert, also z. B. dreimal oder viermal kleiner.
  • Das Aufheizen von 1000 Litern Wasser (spezifische Wärmekapazität 4,19 kJ / (kg K)) um 40 Kelvin erfordert eine Wärmemenge von 4,19 kJ / (kg K) · 1000 kg · 40 K = 168 MJ = 46,6 kWh. Zum Vergleich: Um diese Wassermenge auf der Erde um einen Meter anzuheben, benötigt man nur 9,81 m / s2 · 1000 kg · 1 m = 9,81 kJ = 0,00273 kWh mechanischer Energie.
  • Wenn ein Auto mittlerer Größe eine Antriebsleistung von 10 kW für das Fahren mit 100 km/h benötigt, entspricht dies pro 100 km einer mechanischen Energie von 10 kWh. Bei einem Wirkungsgrad des Motors von 20 % benötigt man 50 kWh in Form von Benzin, was ca. 5,5 l entspricht.
  • Ein Großkraftwerk mit einer Leistung von 1 GW erzeugt pro Tag 1 GW · 24 h = 24 GWh = 24 Millionen kWh. Pro Jahr würden bei ununterbrochenem Betrieb 8760 GWh = 8,76 TWh = 8,76 Milliarden Kilowattstunden erzeugt. Realistischer sind z. B. 7500 Volllaststunden pro Jahr, was eine Produktion von 7500 GWh ergibt.
  • Der Bruttostromverbrauch Deutschlands liegt bei ca. 600 TWh pro Jahr. Das entspricht einer durchschnittlichen Leistung von 600 TWh / 8760 h = 68,5 GW.
  • Eine handelsübliche AA-Batterie mit 1,5 V und einer Kapazität von 2,8 Ah speichert eine Energiemenge von 1,5 V · 2,8 Ah = 4,2 Wh = 0,0042 kWh. Wenn man diese in einer Großpackung für 20 ct pro Batterie kauft, ergibt sich ein Energiepreis von ca. 48 €/kWh, also über 100 mal mehr als bei Strom aus dem Netz. Bei Marken-Batterien oder Knopfzellen kann die Kilowattstunde noch viel teurer werden. Schon deswegen müssen batteriebetriebene Geräte meist mit sehr geringen Energiemengen auskommen.
  • Ein Ebike hat einen Akku mit einer Kapazität von z. B. 500 Wh; dies entspricht 0,5 Kilowattstunden. Sie einmal nach vollständigem Entladen wieder voll aufzuladen, braucht etwas mehr als 0,5 kWh wegen der Energieverluste im Ladegerät. Für die gleiche Fahrstrecke bräuchte ein Elektroauto weitaus mehr – beispielsweise 15 oder 20 kWh pro 100 km Fahrstrecke.

Häufige Fehler

Da das Konzept der Kilowattstunde nicht allseits verstanden wird, kommen gewisse Fehler beispielsweise in Zeitungsartikeln häufig vor. Einer davon ist, Kilowattstunden als “Kilowatt pro Stunde” zu verstehen: “Der Ofen braucht 2 Kilowatt pro Stunde.” Richtig wäre, dass er 2 Kilowatt braucht, also 2 Kilojoule pro Sekunde oder 2 Kilowattstunden pro Stunde. Die Kilowattstunden ergeben sich, indem man Leistungen (in Kilowatt) und Zeiten (in Stunden) multipliziert, nicht etwa dividiert: In fünf Stunden (5 h) braucht der Ofen 2 kW × 5 h = 10 kWh und nicht etwa 2 kW / 5 h = 0,4 kW/h. Natürlich müssen längere Betriebszeiten zu größeren Energiemengen führen.

Es kommt auch vor, dass beispielsweise die Kapazität eines Batteriespeichers falsch in Kilowatt angegeben wird. Vermutlich ist dann in Wirklichkeit die speicherbare Energiemenge in Kilowattstunden gemeint. Es könnte aber auch die maximal entnehmbare Leistung (tatsächlich in Kilowatt) oder die maximale Ladeleistung gemeint sein.

CO2-Emissionen pro Kilowattstunde

Neben den Kosten interessiert häufig auch, wie viel klimaschädliche CO2-Emissionen mit der Bereitstellung einer Kilowattstunde verbunden sind. Beispielsweise sollte ein Stromanbieter in der Lage sein, diesen Wert in Einheiten von g/kWh (Gramm CO2 pro Kilowattstunde) anzugeben (auch auf der Stromrechnung). Beim deutschen Strommix kommt man auf ca. 474 g/kWh (Stand 2018, Tendenz deutlich sinkend), während es für Strom aus Braunkohlekraftwerken über 1000 g/kWh sind, bei Ökostrom dagegen annähernd null.

Solche Angaben sind auch für Heizwärme interessant. Bei einer modernen Gasheizung (mit Brennwertkessel) kommt man auf gut 200 g/kWh, bei einer Ölheizung ca. 270 g/kWh. Elektrowärme aus einer Elektroheizung liegt je nach Stromanbieter zwischen nahe null und ca. 1000 g/kWh; mit einer Elektrowärmepumpe liegt um die Leistungszahl bzw. Jahresarbeitszahl (z. B. um einen Faktor 3 bis 5) tiefer. Somit ist eine Elektrowärmepumpe bei Betrieb mit Kohlestrom ähnlich klimaschädlich wie ein Öl- oder Gasheizung, mit dem deutschen Strommix oder gar Ökostrom dagegen erheblich besser.

Auch für Verbrennungsmotoren findet man manchmal CO2-Angaben in g/kWh, bezogen auf die abgegebene Antriebsenergie. Auch der spezifische Kraftstoffverbrauch kann in g/kWh angegeben werden, was natürlich entsprechend niedrigere Zahlenwerte ergibt, weil 1 kg Kraftstoff mehrere Kilogramm CO2 ergibt (z. B. ca. 3 kg bei Benzin). Solche Werte hängen stark von den Betriebsbedingungen ab, etwa Volllast oder Teillast, weil der Wirkungsgrad entsprechend variiert. Ein moderner Benzinmotor (Atkinson-Motor, wie er in manchen Fahrzeugen mit Hybridantrieb eingesetzt wird) kann am besten Arbeitspunkt auf einem spezifischen Kraftstoffverbrauch von ca. 200 g/kWh kommen, entsprechend ca. 600 g/kWh bzgl. CO2. Im praktischen Fahrbetrieb liegt man aber wesentlich höher, weil die Auslastung meist nicht optimal ist.

Fragen und Kommentare von Lesern

09.02.2017

Frage: Ein Wasserkraftwerk mit 1 MW und einer Jahreserzeugung von 57000 MWh kann wie viele Menschen und wie lange mit Energie versorgen?

Antwort vom Autor:

Das Jahr müsste mindestens 57 000 Stunden haben, um mit 1 MW diese Jahreserzeugung zu schaffen. Selbst ein Schaltjahr hat aber nur 8 784 Stunden; die Angaben sind also widersprüchlich.

Nehmen wir trotzdem an, wir hätten 57 000 MWh pro Jahr. Nehmen Sie z. B. das im Artikel genannte Einfamilienhaus mit zwei Personen, die dort 10 kWh pro Tag brauchen, also 5 kWh pro Kopf und Tag oder 365 · 5 kWh = 1 825 kWh pro Kopf und Jahr. Die Anzahl der so zu versorgenden Menschen wäre also 57 000 000 kWh / 1825 kWh, das ergibt gut 31 000.

11.05.2018

Ich verstehe nicht, warum Kilowatt pro Stunde nicht stimmt.

Wenn etwas 2 KW pro Stunde braucht und ich es 5 Stunden nutze, komme ich auf 2 KW × 5 h = 10 KWh. Ist doch richtig, oder?

In der Erklärung steht jetzt aber etwas von Division, aber bei pro gibt es keine Division.

Antwort vom Autor:

Die erste Aussage würde korrigiert so lauten:

Wenn etwas 2 kWh pro Stunde braucht und ich es 5 Stunden nutze, komme ich auf (eine gesamte Energiemenge von) 2 kW × 5 h = 10 kWh.

Also: Kilowatt bezeichnet keine Energimenge, sondern eine Leistung, d. h. Energie pro Zeit.

“Pro” bedeutet sehr wohl eine Division. Beispielsweise ist die Leistung im obigen Beispiel 2 kWh pro Stunde = 2 kWh / h = 2 kW. Hier entspricht “pro” also “/”. Umgekehrt gilt aber 2 kWh = 2 kW × 1 h, also bedeutet Kilowattstunde = Kilowatt mal Stunde.

03.06.2020

Auf einer Seite über Windenergie steht, dass 285 GW rund 660 TWh entspräche. Ich komme aber bei gleicher GW Zahl auf rund 2500 TWh.

Antwort vom Autor:

Das kommt auf die Anzahl der Volllaststunden pro Jahr an. Offenbar wurden 2316 Volllaststunden angenommen – ein plausibler Wert.

27.12.2021

Ich mache gerade ein Schulprojekt betreffend den CO2-Ausstoß in 2020. Wie würde ich den Ausstoß berechnen wenn es 366 Gramm pro kWh sind mit einem Stromverbrauch von 250,2 Mrd kWh?

Antwort vom Autor:

Ganz einfach: 250,2 Mrd kWh · 366 g/kWh = 91,6 · 1012 g = 91,6 Mio t (Tonnen).

Der Stromverbrauch Deutschlands in 2020 war übrigens 553 TWh = 553 Mrd kWh, die Erzeugung 573 TWh (geschätzte Zahlen vom Umweltbundesamt).

30.12.2021

Wieviel Energie wird in Deutschland zur Herstellung von 1 kWh Strom (Entnahme beim Verbraucher) aufgewendet (einschließlich “grauer Energie”)?

Antwort vom Autor:

Die Menge der benötigten Primärenergie hängt sehr stark von der jeweiligen Art der Stromerzeugung ab. Grob geschätzt dürfte es im Durchschnitt das Doppelte bis Dreifache der bezogenen Endenergie sein, weil es bei Wärmekraftwerken (die den meisten Strom erzeugen) etwa so ist.

24.07.2022

Strommix Deutschland 2021 ohne Vorketten-Emissionen 428 g/kWh. Bitte um Erklärung, wieviel CO2 Äquivalent emittiert wird, um den Verbrauch von 25,5 kWh/100 km eines E-Fahrzeug zu decken.

Antwort vom Autor:

Ganz einfach: Das sind 428 g/kWh · 25,5 kWh / 100 km = 10,9 kg/100 km.

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Literatur

[1]Extra-Artikel: Rechnen mit Energie und Leistung

(Zusätzliche Literatur vorschlagen)

Siehe auch: Watt, Joule, Stromtarif, Stromrechnung
sowie andere Artikel in den Kategorien Einheiten, elektrische Energie, Wärme und Kälte

Alles verstanden?


Frage: Welche der folgenden Aussagen sind korrekt?

(a) Eine Kilowattstunde bedeutet genauer gesagt ein Kilowatt pro Stunde.

(b) Die Einheit Kilowattstunde ist nicht nur für elektrische Energiemengen gebräuchlich.

(c) Wenn ein Automotor bei konstanter Geschwindigkeit 10 kW leisten muss, verbraucht er 10 kWh Energie des Benzins pro Stunde.


Frage: Welche Leistung hat ein Verbraucher, der eine Kilowattstunde innerhalb einer Viertelstunde verbraucht?

(a) 0,25 kW/h

(b) 250 W

(c) 4000 W


Siehe auch unser Energie-Quiz!

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