Primärenergie ist eine in der Natur vorkommende Energieform, die noch keinem künstlichen (menschlichen) Umwandlungsprozess unterzogen wurde. Es ist die Energie, die in Materialien wie Öl, Erdgas und Kohle enthalten ist und durch deren Verbrennung freigesetzt werden kann.
Der Prozess der Umwandlung von Primärenergie in andere, nützlichere Energieformen ist mit Energieaufwand und Effizienzverlusten verbunden. Dies bedeutet, dass mehr Primärenergie benötigt wird, als als Nutzenergie (Heizung für ein Gebäude oder Elektrizität) geliefert wird. Als Beispiel verfolgen wir den Weg von Erdgas, das aus einem riesigen Gasfeld in Katar gefördert und für die Stromerzeugung in einem Kraftwerk im Vereinigten Königreich bestimmt ist (siehe Abbildung oben):
Nach der Förderung aus den unterirdischen Reserven wird das Gas durch eine Pipeline zu einer Verarbeitungsanlage gepumpt. Dort wird es auf -162 °C abgekühlt, die Temperatur, bei der es flüssig wird, und an Bord eines spezialisierten Flüssigerdgas-Tankers (LNG-Tanker) verladen, der es ins Vereinigte Königreich transportiert. Das Gas muss während des Transports kalt gehalten werden, was durch Isolierung der Behälter und das Verdampfen eines Teils des Gases erreicht wird. Einige (aber nicht alle) Schiffe fangen das Gas auf und nutzen es in Turbinen, die das Schiff antreiben.
Im britischen Hafen wird das verflüssigte Gas in Speichertanks umgeladen und bei niedriger Temperatur flüssig gehalten. Bei Bedarf wird es wieder vergast und in das britische Gasnetz eingespeist. Schließlich gelangt es zu einem Elektrizitätskraftwerk, wo das Gas in einer modernen Gas- und Dampfturbine (GuD-Anlage) verbrannt werden könnte. Dies ist die effizienteste Art der Stromerzeugung – denn zusätzlich zur Nutzung der Verbrennungswärme zur Dampferzeugung und zum Antrieb einer Turbine treiben die Abgase eine zweite Turbine an. Die Turbinen treiben rotierende Wellen an, die in einem Generatorsatz Elektrizität erzeugen.
Auf jeder Stufe dieser Reise vom Gasvorkommen zur elektrischen Energie treten Verluste auf. Aus energetischer Sicht umfassen die Verluste den Primärenergiegehalt von Elektrizität oder anderen verwendeten Brennstoffen sowie jegliche Verbrennung oder Verluste des Erdgases selbst auf dem Weg.
Ein Teil des Gases entweicht in die Atmosphäre, und einiges kann an der Bohrinsel oder im Rahmen des Befüllungsprozesses der LNG-Tanker-Druckbehälter sowie während des Transports abgefackelt (verbrannt) werden. Die Pumpen zum Transport des Gases durch das Verteilungssystem verbrauchen Elektrizität.
Bis zu 10 % des Erdgases werden verbrannt , um Turbokompressoren anzutreiben, die das Gas kühlen, um es für den Seetransport zu verflüssigen.
Während der Überfahrt über den Ozean verliert der LNG-Tanker täglich 0,1 – 0,25 % seines Gases. Dies darf verdampfen, um die niedrigen Temperaturen aufrechtzuerhalten – das bedeutet, dass bis zu 5 % der Ladung zwischen Katar und dem Vereinigten Königreich bei einem typischen 18-tägigen Transit verloren gehen. Zusätzlich verwendet der Tanker entweder Öl oder das transportierte Gas selbst, um seine Motoren anzutreiben. Einige Tanker können das Boil-off-Gas mit einer an Bord befindlichen Wiederverflüssigungsanlage recyceln, was jedoch ebenfalls mit Energiekosten verbunden ist.
Aus der Nordsee stammendes Gas verbraucht beim Transport weniger Energie als Gas aus Katar oder den USA, aber unter Berücksichtigung eines gewichteten Durchschnitts aller britischen Gaslieferungen (basierend auf den Zahlen in SAP10.1) werden Energie oder Verluste, die etwa 12 % der Wärmeenergie im Gas entsprechen, allein für den Transport zu einem Haus oder Kraftwerk im Vereinigten Königreich verbraucht.
Die besten Gas- und Dampfturbinenkraftwerke (GuD-Kraftwerke) haben einen Umwandlungswirkungsgrad von 54 % (HHV), was bedeutet, dass zur Erzeugung einer Einheit elektrischer Energie Gas mit einem Energiegehalt von 1,85 Einheiten verbrannt werden muss.
Fasst man all diese Verluste zusammen – Gewinnung, Verarbeitung, Transport und dann Umwandlung in Elektrizität – bedeutet dies, dass, um 1 Einheit elektrischer Energie ins Netz einzuspeisen, man mit Gas im Boden beginnen muss, das etwa 2,1 Einheiten Wärmeenergie enthält – daher wird dem auf diese Weise erzeugten Strom ein Primärenergiefaktor von 2,1 zugeschrieben.
Primärenergiefaktor für Netzstrom
Andere Formen der Stromerzeugung haben unterschiedliche Primärenergiefaktoren, daher ist der durchschnittliche Primärenergiefaktor für Netzstrom ein gewichteter Durchschnitt. Dies umfasst Energie aus Solarmodulen, Windturbinen, der Verbrennung von Biomasse und Biogas, Kernkraft sowie Gas und Öl, jeweils mit ihren eigenen Primärenergiefaktoren.
Obwohl Solarmodule elektromagnetische (Licht-)Energie in Elektrizität umwandeln und Windturbinen dasselbe mit der kinetischen Energie des Windes tun, gilt aufgrund der Annahme, dass diese Ressourcen unerschöpflich sind, die Konvention, dass erneuerbare Energien dieser Art einen Primärenergiefaktor von 1,0 haben.
Gemäß SAP 10.1 wird der gewichtete durchschnittliche Primärenergiefaktor für britischen Strom im Zeitraum 2020-2025 voraussichtlich 1,51 betragen.
Der Primärenergiefaktor für Elektrizität variiert auch je nach dem Erzeugungsmix, der zu einem bestimmten Zeitpunkt zur britischen Stromversorgung beiträgt. SAP 10.1 verwendet monatliche Werte, um zu berücksichtigen, dass erneuerbare Energien je nach Jahreszeit unterschiedliche Energiemengen beisteuern.
Dieser Blog wurde zuerst auf Solar Blogger hier veröffentlicht.