VBEW-Hinweis Wichtige Begriffe für die Energiewende „Strom“

VBEW-Hinweis
Wichtige Begriffe
für die Energiewende
„Strom“
Ausgabe: 12.2015
Herausgegeben vom Verband der Bayerischen Energie- und Wasserwirtschaft e. V. – VBEW
Wichtige Begriffe für die Energiewende
Inhaltsverzeichnis
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
Elektrische Leistung .................................................................................................................3
Regelleistung............................................................................................................................4
Nennleistung / Dauerleistung / Kurzzeitleistung ........................................................................5
Brutto-/Netto-Leistung ..............................................................................................................6
Wirkleistung / Blindleistung / Scheinleistung .............................................................................7
Installierte Leistung / Gesicherte Leistung / Leistungsbedarf ....................................................8
Leistungsbilanz .........................................................................................................................9
Elektrische Energie / Arbeit ....................................................................................................10
Eigenverbrauch / Eigenversorgung .........................................................................................11
Ausnutzungsdauer / Volllaststunden .......................................................................................12
Wirkungsgrad / Nutzungsgrad ................................................................................................13
Wirkungsgradmethode ...........................................................................................................14
Heizwert / Brennwert ..............................................................................................................15
Dispatch / Redispatch.............................................................................................................16
Einspeisemanagement ...........................................................................................................17
Residuallast ............................................................................................................................18
Stromerzeugungsreserven .....................................................................................................19
Einheiten / Umrechnungen .....................................................................................................20
Herausgeber
Verband der Bayerischen Energie- und Wasserwirtschaft e.V. – VBEW
Akademiestraße 7
80799 München
E-Mail: [email protected]
Internet: www.vbew.de
Änderungshistorie
Ausgabe
Datum
Änderungen zur vorherigen Version
07/2015
17.07.2015
Originalversion
12/2015
22.12.2015
Kapitel „Stromerzeugungsreserven“ neu eingefügt
652.20 Wichtige Begriffe für die Energiewende „Strom“
Stand: 22.12.2015 / Seite 2 von 21
Wichtige Begriffe für die Energiewende
1.
Elektrische Leistung
Definition
Mit dem Begriff Leistung wird die in einer bestimmten Zeitspanne umgesetzte Energie bezeichnet.
Der Begriff elektrische Leistung wird dann verwendet, wenn es sich bei der umgesetzten Energie
um elektrische Energie handelt.
Im physikalischen Sinne ist elektrische Leistung ein Momentanwert, bei dem der genaue
Zeitpunkt (t) angegeben werden müsste. In der Elektrizitätswirtschaft werden daher neben
Momentanwerten die mittleren Leistungen für definierte Zeitspannen (z. B. ¼ Stunde, 1 Stunde)
verwendet. Die Leistung ist dann der Quotient aus der in einer Zeitspanne geleisteten Arbeit ∆W
und der Zeitdauer ∆t.
Unter Leistung wird, wenn nichts anderes genannt ist, stets die elektrische Wirkleistung
verstanden. Zur Abgrenzung Wirkleistung/Blindleistung/Scheinleistung siehe Kapitel 5.
Berechnung
Die Leistung P berechnet sich als Quotient aus verrichteter Arbeit ∆W und benötigter Zeit ∆t:
∆𝑊
∆𝑡
Die elektrische Leistung entspricht dem Produkt aus elektrischer Spannung U und Stromstärke I:
𝑃=
𝑃 = 𝑈 ∙ 𝐼 (Gleichstrom)
Mit Hilfe dieser Formel kann sehr leicht zwischen den
Einheiten „Watt“ für die Leistung, „Volt“ für die
Spannung sowie „Ampere“ für die Stromstärke
umgerechnet werden. Sind zwei der Angaben
bekannt, lässt sich der dritte Wert errechnen (siehe
Beispiele zu „Elektrischer Arbeit“).
Beispiele
100
Elektrische Leistung in W
𝑝(𝑡) = 𝑢(𝑡) ∙ 𝑖(𝑡) (Wechselstrom)
Beispiel: Leistung eines Kühlschranks
75
50
Leistungsaufnahme
25
0
0
10
20
30
40
50
Zeit in Minuten
60
70
80
Abbildung 1:
Leistungsgang eines Kühlschranks
mit 100 W Maximalleistung

Wird eine Energiemenge von 1 kWh in einer Zeitspanne von 1 Stunde (h) konstant umgesetzt,
dann beträgt die Leistung 1 kW.

Wird dieselbe Energiemenge in kürzerer Zeit umgesetzt, ist die Leistung größer.

Bei vielen Geräten wird die Leistung nicht über den gesamten Zeitraum abgerufen.
Beispielsweise schaltet sich ein Kühlschrank ein, wenn eine bestimmte Temperatur
überschritten ist; unter einem bestimmten Temperaturwert schaltet er sich wieder aus. Infolge
kommt es zu keinem konstanten Leistungsabruf, sondern zu einer/einem schwankenden
Lastgangkurve bzw. Leistungsgang.

Block 2 des Kernkraftwerks Isar ist mit einer elektrischen Bruttoleistung von 1.485 MW der
leistungsstärkste Kernreaktor in Deutschland. Die Nettoleistung des Blocks 2 beträgt
1.410 MW.

Das Kraftwerk Neurath (Nordrhein-Westfalen) ist das größte Braunkohlekraftwerk in
Deutschland. Es leistet elektrisch brutto 4.400 MW und netto 4.168 MW (Summe aller
7 Blöcke).

Die Enercon E-126 ist die derzeit (Juni 2015) größte Onshore-Windkraftanlage
Deutschland. Sie hat eine Nabenhöhe von 135 m und eine Nennleistung von 7,6 MW.

Wenn 1 Mio. Elektrofahrzeuge in Deutschland (Ziel der Bundesregierung bis 2020) gleichzeitig
mit einer Ladeleistung von 10 kW geladen werden, ergibt sich eine Gesamtleistung von
10 GW (= 10.000 MW), was etwa 10 Großkraftwerken entspricht.
652.20 Wichtige Begriffe für die Energiewende „Strom“
Stand: 22.12.2015 / Seite 3 von 21
in
Wichtige Begriffe für die Energiewende
2.
Regelleistung
Beschreibung
Ein stabiler und zuverlässiger Netzbetrieb erfordert ein ständiges Gleichgewicht zwischen
Stromerzeugung und Stromverbrauch. Durch Vorhalten von Regelleistung gewährleistet ein
Netzbetreiber dieses Gleichgewicht und stellt die Versorgung der Stromkunden sicher, etwa bei
unvorhergesehenen Ereignissen im Stromnetz.
Ein Mangel an Erzeugungsleistung oder ein
Überschuss an Verbrauch äußert sich als
Frequenzabfall oder Spannungsabfall im
Stromnetz. Ein Überschuss an Erzeugung
oder ein Mangel an Verbrauch führt zu einem
Frequenzanstieg oder Spannungsanstieg.
Beide Auswirkungen
kurzfristigen Einsatz
vermieden werden.
Leistung
Primärregelung
durch alle ÜNB
Sekundärregelung und
Minutenreserve durch
den betroffenen ÜNB
Ausgleich durch den
betroffenen Bilanzkreis
sollen durch den
von Regelleistung
Zeit
30 s
15 min
> 60 min
Positive und negative Regelleistung
Abbildung 2:
Zeitlicher Ablauf des Regelenergieeinsatzes
Quelle: regelleistung.net
Der Ausgleich eines Mangels im Stromnetz
wird als positive Regelleistung bezeichnet und kann durch Hinzuschalten eines Erzeugers (z. B.
eines Kraftwerks) oder durch Abschalten eines Verbrauchers erfolgen.
Analog wird ein Überschuss im Stromnetz durch negative Regelleistung ausgeglichen, was durch
Abschalten eines Erzeugers oder durch zusätzlichen Stromverbrauch erreicht wird.
Abrufdauer der Regelleistung
In Deutschland existieren je nach Abrufdauer drei Regelleistungsarten: Primärregelleistung (PRL),
Sekundärregelleistung (SRL) und Minutenreserve (MR).
Primärregelleistung
Die Primärregelung erfolgt automatisch und innerhalb weniger Sekunden nach Auftreten der
„Störung“. Sie wird durch alle Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB) gemeinsam bereitgestellt. Die
vollständige Aktivierung muss innerhalb von 30 Sekunden gesichert sein:

Abzudeckender Zeitraum: 0 < t < 15 min
Sekundärregelleistung
Die Sekundärregelung wird durch den jeweils betroffenen ÜNB erbracht, zum energetischen
Ausgleich und zur Frequenzregelung der eigenen Regelzone. Die Aktivierung erfolgt automatisch
und innerhalb eines Zeitraums von maximal 5 Minuten.

Abzudeckender Zeitraum: 30 s < t < 15 min
Minutenreserve (Tertiärregelleistung)
Der Abruf der Minutenreserve erfolgt nicht mehr automatisch, sondern manuell oder über eine
Merit-Order-Liste mit elektronischem Abrufverfahren. Eine vollständige Aktivierung ist innerhalb
eines Zeitraums von 15 Minuten gegeben.

Abzudeckender Zeitraum: 15 min < t < 1 h (mehrere Stunden bei mehreren „Störungen“)
Ausgleich durch den Bilanzkreis
Die Übertragungsnetzbetreiber sind in Deutschland nur innerhalb der ersten vier Viertelstunden
nach Auftreten einer „Störung“ für die Reservebereitstellung verantwortlich. Nach spätestens
60 Minuten ist der betroffene Bilanzkreis für den Ausgleich verantwortlich.
(Quellen: ÜNB-Plattform regelleistung.net, amprion, VBEW)
652.20 Wichtige Begriffe für die Energiewende „Strom“
Stand: 22.12.2015 / Seite 4 von 21
Wichtige Begriffe für die Energiewende
3.
Nennleistung / Dauerleistung / Kurzzeitleistung
Beschreibung
Die Nennleistung ist die höchste Dauerleistung unter Nennbedingungen, die eine Anlage erreicht.
Diese Dauerleistung kann dabei beliebig lange erbracht werden, ohne dass z. B. eine Überhitzung
eines Elektromotors auftritt.
125
kW
Abbildung 3:
75
kW
Nennleistung
im Range Extender Betrieb
Die Begriffe Nennleistung und Dauerleistung werden
heute in der Regel synonym verwendet. Die
Kurzzeitleistung wird gelegentlich auch als
Spitzenleistung bezeichnet.
Nennleistung / Dauerleistung
Bestimmte Geräte und Anlagen können kurzzeitig
mit einer höheren Leistung als der Nennleistung
betrieben werden (Kurzzeitleistung). Das ist z. B. bei
vielen Elektrofahrzeugen der Fall.
Kurzzeitleistung
Bei Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen wird als Nennleistung immer die elektrische Nennleistung der
Anlage angegeben. Als zweiter Wert liegt bei KWK-Anlagen in der Regel die Angabe der
„thermischen Leistung“ vor.
28
kW
Leistung des BMW i3
Beispiele

Ein Mensch kann eine Dauerleistung von etwa 100 W erbringen.

Ein trainierter Ausdauersportler (z. B. Radrennfahrer) kann Dauerleistungen von etwa 400 W
erzielen.

Die historische Einheit „Pferdestärke“ geht auf die Dauerleistung des Pferdes zurück
(1 PS = 735,50 W). Sie entspricht etwa der Leistung, die ein Zugpferd aufwenden muss, um
mit Schrittgeschwindigkeit einen Wagen mit 500 kg Masse eine 10-prozentige Steigung
hochzuziehen.
Das Eigengewicht des Pferdes (etwa 700 – 1.000 kg) wurde in der Definition des PS nicht
berücksichtigt. Tatsächlich leistet ein Zugpferd im Arbeitseinsatz etwa (1 + 1,5 = 2,5) PS.

Die Kurzzeitleistung eines Pferdes ist hingegen wesentlich höher als seine Dauerleistung, sie
liegt bei etwa 15 kW oder 20 PS.

Ein elektrischer Haartrockner hat eine Dauerleistung von 2.000 W bzw. 2 kW, was etwa
2,7 PS entspricht.

Ein elektrischer Durchlauferhitzer im Haushalt kommt auf etwa 20 kW Dauerleistung.

Der ICE 3 hat eine Nennleistung von 8.000 kW. Bei 460 Sitzplätzen ergeben sich 17,4 kW pro
Passagier.

Das größte Kreuzfahrtschiff der Welt, die „Allure of the Seas“, hat eine Nennleistung von
60 MW. Pro Passagier entspricht das 11,1 kW.

Das Elektrofahrzeug BMW i3 hat eine Nennleistung von 75 kW (102 PS), kurzzeitig kann
jedoch eine Spitzenleistung von 125 kW (170 PS) erzielt werden. Bei leerer Fahrzeugbatterie
liefert der Range Extender eine Nennleistung von 28 kW (38 PS).
652.20 Wichtige Begriffe für die Energiewende „Strom“
Stand: 22.12.2015 / Seite 5 von 21
Wichtige Begriffe für die Energiewende
4.
Brutto-/Netto-Leistung
Beschreibung
Die Netto-Leistung Pne eines Kraftwerks ist die an das Versorgungssystem (Übertragungs- bzw.
Verteilnetz) abgegebene Leistung. Sie ergibt sich aus der Bruttoleistung Pbr abzüglich der
elektrischen Eigenverbrauchsleistung PEigV während des Betriebs. Die Eigenverbrauchsleistung
wird auch dann von der Bruttoleistung abgezogen, wenn sie nicht von der Erzeugungseinheit
selbst, sondern aus externen Quellen bereitgestellt wird.
Pne = Pbr - PEigV
232
MW
Beispiele
Eigenverbrauch
PEigV

Der Eigenverbrauch eines Kraftwerks kann bis zu 10 %
seiner Bruttoleistung betragen.

Eigenverbrauch kann sowohl in der Anlage selbst
auftreten als auch für vorbereitende Maßnahmen zur
Brennstoffversorgung.

Wärmekraftwerke
enthalten
stromverbrauchende
Aggregate
wie
Speisewasserpumpen,
Kühlwasserpumpen, Gebläse, Umwälzpumpen oder Abbildung 4: Brutto-/Netto-Leistung des
Braunkohlekraftwerks Neurath
Abgasreinigungsanlagen.

Kohlekraftwerke benötigen Energie für den Transport der Kohle zum Verbrennungsraum,
beispielsweise für Förderbänder.

Das Braunkohlekraftwerk Neurath (siehe Kapitel 1) leistet mit allen sieben Blöcken brutto
4.400 MW und netto 4.168 MW. Es hat daher eine Eigenverbrauchsleistung von 232 MW, was
5 % der Bruttoleistung entspricht.

4.400
MW
BruttoLeistung
Pbr
4.168
MW
NettoLeistung
Pne
Das im Bau befindliche Steinkohlekraftwerk Datteln 4 wird eine Bruttoleistung von 1.100 MW
und eine Nettoleistung von 1.052 MW haben. Die Eigenverbrauchsleistung von 48 MW macht
einen Anteil von 4 % der Bruttoleistung aus.
652.20 Wichtige Begriffe für die Energiewende „Strom“
Stand: 22.12.2015 / Seite 6 von 21
Wichtige Begriffe für die Energiewende
5.
Wirkleistung / Blindleistung / Scheinleistung
Wirkleistung
Ist die elektrische Leistung, die für die Umwandlung in andere Leistungen (z. B. mechanische,
thermische oder chemische) verfügbar ist. Sie ist die nutzbare Leistung nach Abzug der
Blindleistung.
Blindleistung
Blindleistung ist die elektrische Leistung, die zum Aufbau von magnetischen Feldern (z. B. in
Motoren, Transformatoren) oder von elektrischen Feldern (z. B. in Kondensatoren, Kabeln,
Leitungen) benötigt wird und nicht zur nutzbaren Arbeit beiträgt. Sie ist damit eine Leistung, die
keine Wirkung erzielt.
Blindleistung entsteht, wenn Leistung zum Aufbau der
magnetischen Felder aus dem Netz bezogen wird. Die
Blindleistung reduziert die effektiv nutzbare Kapazität
des Netzes und verursacht Übertragungsverluste. Der
Effekt tritt ausschließlich bei Wechselstrom auf.
Scheinleistung
Blindleistung
Wirkleistung
Die Scheinleistung setzt sich zusammen aus der Abbildung 5: Zusammenhang zwischen
Blindleistung, Wirkleistung und Scheinleistung
Blindleistung
und
der
Wirkleistung.
Bei bei sinusförmigen Größen
verschwindender Blindleistung, beispielsweise in
Gleichstromnetzen, sind Scheinleistung und Wirkleistung gleich. Bei Wechselstrom ist die
Scheinleistung in der Regel größer als die Wirkleistung.
Blindleistungskompensation
Als Folge der zusätzlichen Belastung durch Blindleistung müssen die Stromnetze größer
dimensioniert werden, um eine ausreichende Kapazität für die Wirkleistung zu schaffen. Darüber
hinaus müssen auch Transformatoren größer dimensioniert und Übertragungsverluste
ausgeglichen werden.
Ab
einer
bestimmten
Menge
an
Blindstrom
kann
es
sinnvoll
sein,
eine
Blindleistungskompensationsanlage zu installieren. Diese erzeugt eine entgegenwirkende
Blindleistung, der den ursprünglichen Blindstrom der Verbraucher ausgleichen kann.
Beispiele

Der Ausgleich der Blindleistung ist insbesondere bei Wechselstrom-Hochspannungsleitungen,
die als Erdkabel verlegt werden sollen, mit hohem Aufwand verbunden. Je länger die
Kabelverbindung, desto größer ist der Bedarf an Blindleistungskompensation.

Ein üblicher Stromzähler für Haushaltskunden erfasst nur die Wirkarbeit.

Es gibt spezielle Stromzähler für Industriekunden, die auch die Blindarbeit messen können.

Für Industriekunden, deren Sondervertrag eine zusätzliche Inrechnungstellung der Blindarbeit
vorsieht, kann sich eine eigene Blindleistungskompensationsanlage finanziell lohnen.

Die Hochspannung-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) hat den Vorteil, dass bei der Übertragung
keine Blindleistung entsteht.
652.20 Wichtige Begriffe für die Energiewende „Strom“
Stand: 22.12.2015 / Seite 7 von 21
Wichtige Begriffe für die Energiewende
6.
Installierte Leistung / Gesicherte Leistung / Leistungsbedarf
Installierte Leistung
Mit der installierten Leistung wird die maximale Leistung (Nennleistung) aller betrachteten Anlagen
bezeichnet, beispielsweise bei einem Kraftwerk die Nennleistung aller Generatoren. Die installierte
Leistung kann sich auch auf eine Region beziehen, z. B. bei der Photovoltaik die Summe der
Nennleistungen aller Anlagen in Bayern.
Mit Bezug auf das gesamte Stromversorgungssystem bezeichnet der Begriff installierte Leistung
die
Leistungssumme
aller
in
Deutschland
verfügbaren Erzeugungsanlagen.
Gesicherte Leistung
Nicht
einsetzbare
Leistung
Installierte
Leistung
Gesicherte
Leistung
Leistungsbedarf
Die gesicherte Leistung eines einzelnen Kraftwerks
oder eines Versorgungssystems ist diejenige
Abbildung 6:
Zusammenhang zwischen installierter
Leistung, die jederzeit abgerufen werden kann und Leistung, gesicherter Leistung und Leistungsbedarf
ohne Schwankungen für beliebig lange Zeit zur
Verfügung steht. Unter Berücksichtigung von
technologiespezifischen Ausfallzeiten (z. B. Revisionen, Störungen) muss diese mit einer hohen
(und im Einzelfall definierten) Wahrscheinlichkeit bereitgestellt werden können.
Im Zusammenhang mit der Versorgungssicherheit der Stromerzeugung bezeichnet der Begriff
„gesicherte Leistung“ die Gesamtleistung, die mit festgelegter (z. B. 99- oder 97 %-iger)
Wahrscheinlichkeit verfügbar ist. Die gesicherte Leistung berechnet sich, indem die vorhandenen
Kraftwerke mit einem „Leistungskredit“ (z. B. 90 % bei Kohle- und Kernkraftwerken, 85 % bei GuDKraftwerken, 100 % bei Pumpspeicherkraftwerken) bewertet und aufsummiert werden. Wind- und
Photovoltaik-Anlagen besitzen aufgrund der schwankenden Verfügbarkeit einen sehr geringen
Leistungskredit.
Leistungsbedarf
Der Leistungsbedarf eines Versorgungssystems ist die zur Aufrechterhaltung des Gleichgewichts
zwischen Stromerzeugung und Strombedarf benötigte Leistung. Er bezeichnet die Summe aller
Lasten und den gegebenenfalls zuzuordnenden Übertragungsverlusten und Reserveleistungen.
Beispiele

Ein Kraftwerk kann auch dann zur gesicherten Leistung eines Gesamtsystems beitragen,
wenn es (z. B. aufgrund von Revisionen) weniger als 99 % der Zeit verfügbar ist; denn ein
gleichzeitiger Ausfall mehrerer Kraftwerke ist relativ unwahrscheinlich.

Als Teil der gesicherten Leistung waren 2013 in Deutschland Braunkohlekraftwerke mit
23,1 GW und Steinkohlekraftwerke mit 29,2 GW installiert (die Angaben beziehen sich auf die
Bruttostromerzeugungskapazität).

An installierter Kraftwerksleistung aus weiteren nicht-erneuerbaren Energieträgern kamen
2013 in Deutschland 26,7 GW aus Erdgaskraftwerken, 12,1 GW aus Kernenergie und 2,9 GW
aus Heizöl hinzu, die ebenfalls zur gesicherten Leistung beitragen.

Als weitgehend schwankungsunabhängig gilt erneuerbarer Strom aus Wasserkraft (10,3 GW),
Biomasse (6,5 GW) und Geothermie (0,024 GW) (Zahlen jeweils für 2013) – diese zählen zur
gesicherten Leistung.

Die höchsten installierten Leistungen weisen jedoch die fluktuierenden erneuerbaren
Energieträger Wind (34,7 GW) und Photovoltaik (36,3 GW) auf (Zahlen jeweils für 2013) –
aufgrund der schwankenden Einspeisung mit geringem Beitrag zur gesicherten Leistung.
(Quellen: RP-Energie-Lexikon, BMWi-Energiedaten)
652.20 Wichtige Begriffe für die Energiewende „Strom“
Stand: 22.12.2015 / Seite 8 von 21
Wichtige Begriffe für die Energiewende
7.
Leistungsbilanz
Leistungsbilanz
Die Leistungsbilanz ist die Gegenüberstellung des Leistungsbedarfs eines Versorgungssystems
und seiner Deckungsmöglichkeiten zu einem bestimmten Zeitpunkt. Aus der Kraftwerks- und
Bezugsleistung zu diesem Zeitpunkt sowie allen Leistungsanforderungen auf der Verbraucherseite
ergibt sich ein Leistungssaldo als Kennzeichen der Bedarfs-Deckungssituation. Die
Leistungsbilanz ermöglicht es somit, unter Berücksichtigung der Unsicherheiten der
Datenerhebung die voraussichtlich kritischsten Situationen zu bewerten.
Hintergrund
Um das Gesamtsystem stabil zu halten, ist es eine Grundvoraussetzung, dass zu jedem Zeitpunkt
die verfügbare Leistung der abgerufenen Leistung entspricht. Eine Möglichkeit zur Bewertung
dieses Gleichgewichts ist das Aufstellen einer Leistungsbilanz.
Mit der Novellierung des Energiewirtschaftsgesetzes (EnWG) im Jahr 2011 wurden die
Übertragungsnetzbetreiber verpflichtet, einmal jährlich einen Bericht zu ihrer Leistungsbilanz zu
erstellen. Der Bericht muss von den Übertragungsnetzbetreibern zum 30.09. an das BMWi
übermittelt werden. Die vier Übertragungsnetzbetreiber 50Hertz, Amprion, TenneT und
TransnetBW übermitteln ihre Leistungsbilanzen in einem gemeinsamen Bericht.
Die Anlagenbetreiber wiederum sind verpflichtet, den Übertragungsnetzbetreibern Daten ihrer
Anlagen, die für den zuverlässigen Betrieb der Netze und die Erstellung der Leistungsbilanz
notwendig sind, unverzüglich zu übermitteln.
Ausgleich der Bilanzkreise
Der Bilanzkreisverantwortliche ist dafür verantwortlich, dass zu jeder Viertelstunden-Messperiode
die Leistungsbilanz des Bilanzkreises, d.h. die Summe aller Entnahmen und Einspeisungen,
ausgeglichen ist. Zum kontinuierlichen Ausgleich der Schwankungen werden Primär- und
Sekundärregelleistung sowie Minutenreserve eingesetzt (siehe Kapitel 2).
Beispiele

Folgende vereinfachte Abbildung zeigt die Leistungsbilanz eines Versorgungssystems mit
freier Leistung (d.h. die gesicherte Leistung ist höher als die zu erwartende Höchstlast auf
Verbraucherseite).
Gesamte Kraftwerksleistung
Nicht einsetzbare
Leistung
Erforderliche
Reserveleistung
Gesicherte Leistung
Freie
Leistung
Höchstlast bei
außergewöhnlichen
Anforderungen
Höchstlast bei
normalen
Anforderungen
Abbildung 7:
Leistungsbilanz eines Versorgungssystems, vereinfachte Darstellung. (Quellen: VGB, VBEW)
(Quellen: 50Hertz, Amprion, TenneT, TransnetBW, VGB, VBEW)
652.20 Wichtige Begriffe für die Energiewende „Strom“
Stand: 22.12.2015 / Seite 9 von 21
Wichtige Begriffe für die Energiewende
8.
Elektrische Energie / Arbeit
Definition
Als elektrische Arbeit (= elektrische Energie) bezeichnet man die erzeugte, übertragene, gelieferte,
bezogene oder umgesetzte elektrische Energiemenge. Ohne besonderen Zusatz ist unter Arbeit
die Wirkarbeit zu verstehen.
In der Physik wird für die elektrische Energie das Formelzeichen E bzw. W und die Einheit
Wattsekunde (Ws) oder Joule (J) verwendet (1 Ws = 1 J). Bei der Messung des Energieumsatzes
im Bereich der elektrischen Energietechnik ist die Maßeinheit kWh (Kilowattstunde) üblich.
Beispiel: Elektrische Arbeit als Integral
Berechnung
100
Elektrische Leistung in W
Die elektrische Arbeit wird beschrieben durch die
Fläche (das Integral) der abgerufenen Leistung über
die Zeit (siehe Abbildung). Je größer die Zeitdauer
einer abgerufenen Leistung, desto größer ist auch die
verrichtete Arbeit.
Elektrische
Arbeit
75
50
25
Im vereinfachten Fall einer konstanten Spannung und
0
0
10
20
30
40
Stromstärke (dadurch konstanter Leistung) lässt sich
Zeit in Minuten
die elektrische Arbeit berechnen als Produkt der
Abbildung 8:
Elektrische Arbeit als Integral
Leistung über ihre Zeitdauer:
50
𝑊 = 𝑈 ∙ 𝐼 ∙ ∆𝑡 = 𝑃 ∙ ∆𝑡
Im allgemeinen Fall einer über die Zeit veränderlichen Spannung und/oder Stromstärke berechnet
sie sich als Integral des Produkts aus Spannung (u) und Stromstärke (i) über die jeweilige
Zeitdauer ∆𝑡 :
𝑡
𝑊 = ∫𝑡 1 𝑢(𝑡) ∙ 𝑖(𝑡) 𝑑𝑡 .
0
Beispiele

Wird eine Leistung von 1.000 W über einen Zeitraum von 1 Stunde abgerufen, so wurde die
elektrische Energiemenge von 1 kWh benötigt.

Die gleiche Energiemenge (1 kWh) erfordert ein elektrischer Heizlüfter mit 2.000 W Leistung,
der eine halbe Stunde lang betrieben wird.

Ein neueres Elektrogerät mit 1 W Standby-Leistung, das das ganze Jahr (8.760 Stunden) über
im Standby-Modus läuft, hat einen jährlichen Energiebedarf von 8,76 kWh.

Bei Autobatterien wird die Kapazität üblicherweise in Amperestunden angegeben. Mit Hilfe der
Formel P = U∙I (siehe Kapitel „Elektrische Leistung“) lässt sich die Kapazität einfach in kWh
umrechnen:
Bei einer Kapazität von beispielsweise 60 Ah und einer Nennspannung von 12 V ergibt sich
eine gespeicherte Energiemenge von 0,72 kWh (unter der vereinfachten Annahme einer
konstant bleibenden Spannung).

Auf gleiche Weise kann die gespeicherte Energiemenge bei E-Fahrzeug-Batterien oder
Hausspeichersystemen berechnet werden.
652.20 Wichtige Begriffe für die Energiewende „Strom“
Stand: 22.12.2015 / Seite 10 von 21
Wichtige Begriffe für die Energiewende
9.
Eigenverbrauch / Eigenversorgung
Eigenverbrauch eines Kraftwerks
Der Eigenverbrauch (Eigenbedarf) eines Kraftwerks ist die elektrische Arbeit, die in den Nebenund Hilfsanlagen der Erzeugungseinheit benötigt wird. Hierzu zählt etwa der Energieverbrauch für
Kühlwasserpumpen, Kohlemühlen, Frischluftgebläse oder Rauchgasreinigungsanlagen. Für eine
genauere Erläuterung siehe Kapitel 4 „Brutto-/Netto-Leistung“.
Eigenverbrauch von Solarstrom
Der Eigenverbrauch von Strom aus einer Solaranlage bedeutet, dass dieser Strom direkt vor Ort
selbst genutzt wird und keine Einspeisung in
kW
das Netz der allgemeinen Versorgung erfolgt. 7
Angesichts sinkender Einspeisevergütungen hat 6
Lastgang
der Eigenverbrauch von Solarstrom in den
PV-Erzeugung
5
letzten Jahren an Attraktivität gewonnen.
Eigenversorgung mit Strom
Die technische Entwicklung von PV-Anlagen,
Blockheizkraftwerken, Hausspeichersystemen
etc. ermöglicht heute eine zunehmende
Eigenversorgung mit Strom. Das Netz der
allgemeinen Versorgung wird in vielen Fällen
nur
noch
als
„Lückenfüller“
bei
Nichtverfügbarkeit der Eigenversorgung (z. B.
PV-Anlage im Winter) genutzt.
4
6
5
4
Überschuss/
Netzeinspeisung
3
3
2
2
Eigenverbrauch
Netzbezug
1
1
Netzbezug
0
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
Abbildung 9:
Beispiellastgang mit Eigenverbrauch
aus einer PV-Anlage
Beispiele

In den letzten Jahren sind viele Hausspeichersysteme auf den Markt gekommen, die dazu
beitragen, den Eigenverbrauch von PV-Strom in Privathaushalten zu erhöhen.

Eine Alternative zu einem Hausspeichersystem könnte es zukünftig sein, die Batterien im
Elektrofahrzeug als Zwischenspeicher zu nutzen.

Eine vollständige Eigenversorgung wäre mit sehr hohen Investitionskosten verbunden. Für die
meisten Verbraucher wird daher auch in Zukunft ein Netzanschluss benötigt.
652.20 Wichtige Begriffe für die Energiewende „Strom“
7
Stand: 22.12.2015 / Seite 11 von 21
Wichtige Begriffe für die Energiewende
10. Ausnutzungsdauer / Volllaststunden
Ausnutzungsdauer einer Anlage
Die Ausnutzungsdauer oder Nutzungsdauer einer Erzeugungseinheit ist der Quotient aus der
Betriebsarbeit dieser Anlage in einem Zeitraum und der Nennleistung der Anlage. Die
Ausnutzungsdauer wird häufig in „Volllaststunden pro Jahr“ angegeben.
Berechnungsbeispiel: Ein Blockheizkraftwerk hat eine Nennleistung von 10 kW und produzierte im
letzten Jahr 30.000 kWh Strom. Die Ausnutzungsdauer dieses BHKWs liegt demnach bei
3.000 Volllaststunden.
7.000
Volllaststunden
6.000
Die Anzahl der Volllaststunden bezeichnet den Zeitraum,
den eine Anlage mit der Nennleistung betrieben werden
müsste, um die gleiche elektrische Arbeit zu erzielen wie
im Betrachtungszeitraum. Der Betrachtungszeitraum
kann dabei auch Phasen des Stillstands oder des
Teillastbetriebs beinhalten.
5.000
Volllaststunden
2013
4.000
3.000
2.000
1.000
0
Berechnungsbeispiel: Eine Windkraftanlage mit einer
Nennleistung von 5 MW steht einen Tag still und leistet
anschließend 12 Stunden lang 2 MW sowie einen Tag
lang 3 MW. Innerhalb dieses 60-Stunden-Zeitraums Abbildung 10: Durchschnittliche
Vollaststunden in Deutschland 2013 aus
wurden 19,2 Volllaststunden geleistet.
Berechnung:
0
5
2
5
3
5
∙ 24 + ∙ 12 + ∙ 24 = 19,2
EE-Anlagen (errechnet aus eingespeister
Strommenge). Quelle: BDEW
Weitere Beispiele

Photovoltaikanlagen erreichen in Deutschland derzeit etwa 910 Volllaststunden pro Jahr,
Onshore-Windanlagen 1.610 Volllaststunden (BDEW, Stand: 2013).

Aufgrund der geringen Brennstoffkosten und der hohen Verfügbarkeit weisen die meisten
Volllaststunden in 2013 Kernkraftwerke (7.630 h) und Braunkohle-Kraftwerke (7.030 h) auf.
Steinkohle-Kraftwerke erzielen 4.380 Stunden.

Seit Jahren rückläufig ist die Ausnutzungsdauer von Erdgaskraftwerken, im Jahr 2013 waren
es 2.480 Stunden. Hauptgrund ist die steigende Einspeisung von Wind- und PV-Strom, in
Verbindung mit den hohen Brennstoffkosten von Erdgaskraftwerken.
652.20 Wichtige Begriffe für die Energiewende „Strom“
Stand: 22.12.2015 / Seite 12 von 21
Wichtige Begriffe für die Energiewende
11. Wirkungsgrad / Nutzungsgrad
Wirkungsgrad
Der elektrische Wirkungsgrad eines Kraftwerks ist das Verhältnis zwischen abgegebener
elektrischer Leistung und eingesetzter Leistung. Bei thermischen Kraftwerken bezieht sich die
eingesetzte thermische Leistung auf den Brennstoffverbrauch pro Zeiteinheit, gerechnet nach dem
Heizwert. Genauso kann der Wirkungsgrad über die nutzbare und eingesetzte Arbeit berechnet
werden.
Nutzungsgrad
Elektrische
Energie
40 %
Eingesetzte
Der
elektrische
Nutzungsgrad
eines
Brennstoffmenge
Kraftwerks ist das Verhältnis zwischen
100 %
abgegebener elektrischer Energiemenge
und eingesetzter Energiemenge über einen
bestimmten Zeitraum. Der Nutzungsgrad ist
im
Allgemeinen
niedriger
als
der
Abwärme
(Verlustenergie)
Wirkungsgrad, wenn das Kraftwerk nicht
60 %
über den gesamten Zeitraum mit der
Abbildung 11: Sankey-Diagramm eines Kraftwerks mit 40 %
Nennleistung betrieben wird.
elektrischem Wirkungsgrad
Jahresnutzungsgrad
Der Jahresnutzungsgrad einer Anlage berechnet sich durch den Brennstoffeinsatz sowie die
tatsächlich nutzbar gemachte Energie über den Zeitraum eines gesamten Jahres. Der
Jahresnutzungsgrad ist insbesondere bei Heizungsanlagen interessant.
Beispiele

Der Wirkungsgrad eines Kraftwerks ist durch die Ein- und Austrittstemperatur an der
Dampfturbine
nach
oben
beschränkt
(Carnot-Wirkungsgrad).
Je
höher
die
Temperaturdifferenz, desto höher ist auch der Wirkungsgrad.

Kohlekraftwerke (Stein- und Braunkohle) können nach heutigem Stand der Technik
Wirkungsgrade von maximal 50 % erzielen. Üblicherweise liegen die Wirkungsgrade jedoch im
Bereich von 30-40 %.

Erdgaskraftwerke (GuD-Anlagen) können im Nennbetrieb Wirkungsgrade von über 60 %
aufweisen.

Der Wirkungsgrad eines Pkw-Ottomotors liegt bei neueren Fahrzeugen im Bereich von
35-40 %, wenn das Fahrzeug im optimalen Drehzahlbereich gefahren wird.

Der Wirkungsgrad eines modernen Dieselmotors im Fahrzeug ist etwas besser als beim
Ottomotor, etwa 40-45 %.

Der Nutzungsgrad ist sowohl bei benzin- als auch dieselbetriebenen Fahrzeugen deutlich
schlechter als der Wirkungsgrad, da die Fahrzeuge im Normalfall nicht im optimalen
Drehzahlbereich fahren.

Häufiger Stop-and-go-Verkehr verschlechtert den Nutzungsgrad eines Fahrzeugs, etwa im
Vergleich zu Fahrten auf der Landstraße.

Bei falsch dimensionierten Heizungsanlagen kann der tatsächliche Jahresnutzungsgrad
deutlich unter den Herstellerangaben zum Wirkungsgrad liegen. So kann auch ein
Brennwertkessel mit 105 % Wirkungsgrad einen Jahresnutzungsgrad von nur 30 % aufweisen,
wenn z. B. die Bereitstellungsverluste im Sommer sehr hoch sind.
652.20 Wichtige Begriffe für die Energiewende „Strom“
Stand: 22.12.2015 / Seite 13 von 21
Wichtige Begriffe für die Energiewende
12. Wirkungsgradmethode
Beschreibung
Um verschiedene Energieumwandlungsverfahren vergleichen zu können, betrachtet man die
Primärenergie, die zur Bereitstellung einer bestimmten Menge an Endenergie erforderlich ist. Mit
Hilfe der Wirkungsgradmethode lässt sich der Primärenergieverbrauch berechnen.
Die Wirkungsgradmethode ist die international angewandte Methode zur Bestimmung des
Primärenergieverbrauchs. Bei Strom aus fossilen Energieträgern wird der jeweilige Heizwert mit
der eingesetzten Energiemenge multipliziert, sofern der Heizwert bekannt ist. Kernenergie wird
definitionsgemäß mit einem Wirkungsgrad von 33 % zur Umrechnung zwischen Endenergie und
Primärenergie festgelegt; Strom aus Erneuerbaren Energien wird immer mit 100 % angesetzt.
PJ
14.000
13.828 PJ
Energieverbauch Deutschland 2013
12.000
Sonstige
9.269 PJ
10.000
Ern. Energien
Sonstige
Fernwärme
8.000
Kernenergie
Strom
6.000
Gase
Gase
Heizöl
Mineralöl
4.000
Kraftstoff
Braunkohle
Braunkohle
2.000
Steinkohle
Steinkohle
0
Primärenergie
Abbildung 12:
Endenergie
Primär- und Endenergieverbrauch in Deutschland 2013, unterteilt nach Energieträgern
(berechnet nach der Wirkungsgradmethode). Quelle: BMWi-Energiedaten
Eine gelegentlich angewandte Alternative zur Wirkungsgradmethode ist die Substitutionsmethode.
Hier wird davon ausgegangen, dass Strom aus Erneuerbaren Energien konventionellen Strom
substituiert; anschließend wird der durchschnittliche Primärenergieeinsatz zugrunde gelegt, der bei
der Erzeugung konventionellen Stroms angefallen wäre.
Beispiele:

Deutschland hatte im Jahr 2014 einen Primärenergieverbrauch von 13.076 PJ; in 2013 waren
es 13.828 PJ.

3.880 PJ oder rund 30 % wurden 2014 aus heimischen Energieträgern gewonnen, der größte
Teil davon aus Braunkohle.

Die heimische Energiegewinnung aus Wasserkraft, Wind und Photovoltaik stieg von 58 PJ im
Jahr 1990 auf 401 PJ im Jahr 2014.

Mit Abstand wichtigster Energieträger in Deutschland bleibt das Mineralöl mit einem
Primärenergieverbrauch von 4.577 PJ oder 35 % in 2014, auf Erdgas entfielen 20,4 %.

Der Primärenergieverbrauch je Einwohner ging in Deutschland von 187,8 GJ in 1990 auf
158,7 GJ in 2014 zurück.

Wichtigster Endenergieträger in Deutschland sind Kraftstoffe (2.548 PJ), gefolgt von Erdgas
(inkl. Flüssiggas und Raffineriegas) mit 2.497 PJ und Strom (1.854 PJ) (Zahlen für 2013).

1.059 PJ Primärenergieverbrauch in 2014 entfallen auf Kernenergie (Wirkungsgrad 33 %).
Werden diese vollständig durch Erneuerbare Energien (100 % Wirkungsgrad) ersetzt,
entspricht das einem Primärenergieaufwand von 349 PJ.
652.20 Wichtige Begriffe für die Energiewende „Strom“
Stand: 22.12.2015 / Seite 14 von 21
Wichtige Begriffe für die Energiewende
13. Heizwert / Brennwert
Heizwert
Der Heizwert (Hi) ist die bei einer Verbrennung maximal nutzbare Wärmemenge, bei der es nicht
zu einer Kondensation des im Abgas enthaltenen Wasserdampfes kommt. Es wird bei der
Ermittlung des Heizwertes davon ausgegangen, dass es sich um eine vollständige Verbrennung
handelt und das gesamte im Brennstoff enthaltene Wasser anschließend in gasförmiger Form
vorliegt.
120
Der Heizwert bezieht sich auf die Menge des
eingesetzten Brennstoffs, eine üblicherweise
verwendete Einheit ist MJ/kg. Eine veraltete
Bezeichnung für den Heizwert ist auch
„unterer Heizwert (Hu)“.
Brennwert
120
Heizwerte in GJ/t
100
80
60
40
20
7
9
15
20
28
32
41
43
45
0
Der Brennwert (Hs) ist die bei einer
Verbrennung
maximal
nutzbare
Wärmemenge, bei der der im Abgas
enthaltene Wasserdampf kondensiert wird.
Es wird bei der Ermittlung des Brennwertes Abbildung 13: Heizwerte verschiedener Brennstoffe
davon ausgegangen, dass das gesamte im
Brennstoff enthaltene Wasser kondensiert und auf eine Temperatur von 25 °C abgekühlt wird.
Der Brennwert hat wie der Heizwert üblicherweise die Einheit MJ/kg. Veraltete Bezeichnungen für
den Brennwert sind auch „oberer Heizwert (Ho)“ oder „kalorischer Brennwert“.
Bestimmung von Heizwert und Brennwert
Die Bestimmung von Heizwert und Brennwert erfolgt unter genormten Bedingungen nach
DIN 5499. Zur Berechnung des Brennstoffverbrauches bei fossilen Brennstoffen wird in der Regel
der Heizwert verwendet. Lediglich in der Gaswirtschaft ist auch die Angabe des höheren
Brennwertes üblich.
Beispiele

Erdgas (H-Gas) hat einen Brennwert von etwa 50 MJ/kg. Der Heizwert liegt etwa 10 %
darunter bei ca. 45 MJ/kg.

Heizöl (HEL) hat einen Brennwert von 45,4 MJ/kg und einen Heizwert von 42,6 MJ/kg.

Braunkohlebriketts haben einen Brennwert von etwa 21 MJ/kg und einen Heizwert von
19,6 MJ/kg.

Der Wasserdampf im Abgas stammt sowohl aus vorher vorhandenem Wasser im Brennstoff
als auch aus Verbrennungsreaktionen (Entstehung von H2O bei der Verbrennung von
Kohlenwasserstoffen).

Enthält das Verbrennungsgas keinen Wasserdampf, sind Heizwert und Brennwert identisch.

Ein Brennwertkessel hat die Aufgabe, den in der Regel höheren Brennwert möglichst
vollständig auszunutzen, indem der enthaltene Wasserdampf kondensiert wird.
Brennwertkessel können damit auch Wirkungsgrade von mehr als 100 % erzielen.
652.20 Wichtige Begriffe für die Energiewende „Strom“
Stand: 22.12.2015 / Seite 15 von 21
Wichtige Begriffe für die Energiewende
14. Dispatch / Redispatch
Dispatch
Der
Begriff
Dispatch
bezeichnet
die
Kraftwerkseinsatzplanung eines Betreibers von
mehreren
Kraftwerken.
Das
Ziel
des
Kraftwerksbetreibers ist es dabei, eine möglichst
kostenoptimale
Fahrweise
seiner
verfügbaren
Kraftwerke umzusetzen. Hierzu werden neben den
Brennstoffkosten auch Kriterien wie Anfahrzeiten oder
ein
veränderter
Wirkungsgrad
bei
Teillast
berücksichtigt.
Die Kraftwerkseinsatzpläne werden
Kraftwerksbetreiber
am
Vortrag
Übertragungsnetzbetreiber übergeben.
durch
an
die
den
Redispatch
Mit dem Begriff Redispatch wird das Eingreifen in die
Erzeugungsleistung von Kraftwerken durch den
Netzbetreiber bezeichnet, um das Stromnetz oder
bestimmte Abschnitte davon vor einer Überlastung zu
schützen.
Ausgehend von den Kraftwerkseinsatzplänen erstellt
der Netzbetreiber eine Lastflussberechnung. Werden
Abbildung 14: Schematische
Darstellung
aufgrund
der
Vorausberechnung
mögliche
Redispatch (Quelle: FfE)
Netzengpässe erwartet, können die Kraftwerksbetreiber zu einer Verschiebung ihrer geplanten Stromproduktion angewiesen werden
(Redispatch-Maßnahme).
Redispatch-Maßnahmen lassen sich unterscheiden in präventive (ex ante) und kurative (ex post)
Beeinflussung der Energielieferungen. Die Kosten für das Redispatch werden auf die
Netznutzungsentgelte umgelegt.
Beispiele

Die vermehrte Einspeisung von Strom aus Wind und PV – in Kombination mit einem nicht
schritthaltenden Netzausbau – hat dazu geführt, dass häufiger Redispatch-Maßnahmen durch
den Netzbetreiber vorgenommen werden müssen.

Eine Entlastung des Stromnetzes kann auch durch Lastflexibilisierungsmaßnahmen, wie etwa
dem kurzzeitigen Abschalten von größeren Stromverbrauchern, erzielt werden. Man spricht
hier vom Redispatch-Potenzial.
652.20 Wichtige Begriffe für die Energiewende „Strom“
Stand: 22.12.2015 / Seite 16 von 21
Wichtige Begriffe für die Energiewende
15. Einspeisemanagement
Beschreibung
Mit dem Begriff Einspeisemanagement wird die temporäre Reduzierung der Einspeiseleistung von
EEG-Anlagen sowie von KWK- und Grubengas-Anlagen bezeichnet. Die Reduzierung erfolgt zum
Zwecke der Netzentlastung.
Der verantwortliche Netzbetreiber kann unter besonderen
Voraussetzungen die bevorrechtigte Einspeisung aus
EEG-, KWK- und Grubengas-Anlagen vorübergehend
abregeln, wenn die Netzkapazitäten nicht ausreichen, um
den insgesamt erzeugten Strom abzutransportieren.
Hintergrund
Seit Inkrafttreten des EEG im Jahr 2000 erfolgte ein
starker Zubau fluktuierend einspeisender Erneuerbarer
Energien. Zu Zeiten mit viel Wind und viel Sonne sind die
Einspeiseleistungen teils so hoch, dass Netze aller
Spannungsebenen in einigen Regionen an ihre
Kapazitätsgrenzen stoßen.
Mit der EEG-Reform 2009 wurde die gesetzliche
Grundlage für das Einspeisemanagement geschaffen.
Gemäß § 11 EEG sind Netzbetreiber ausnahmsweise
berechtigt, an ihr Netz angeschlossene Anlagen, die über
eine Einrichtung zur ferngesteuerten Einspeisereduzierung verfügen, abzuregeln, wenn:

andernfalls ein Netzengpass entstünde,

der Vorrang für EEG-, KWK- und Grubengas-Strom Einspeisemanagement (Quelle: FfE)
gewahrt bleibt,

verfügbare Daten über die Ist-Einspeisung in der jeweiligen Netzregion abgerufen wurden.
Abbildung 15:
Schematische Darstellung
Ziel der gesetzlichen Regelung ist es, einen möglichst hohen Anteil von Strom aus Erneuerbaren
Energien, Grubengas oder Kraft-Wärme-Kopplung unter Aufrechterhaltung der Netzsicherheit in
das Netz zu integrieren und dabei den gesetzlich vorgeschriebenen, unverzüglichen Netzausbau
nicht zu beeinträchtigen. Die Anlagenbetreiber erhalten für ihre entgangenen Erlöse eine
Entschädigung.
Beispiele

Das Einspeisemanagement ermöglicht eine optimale Nutzung der vorhandenen Netze. Bis
zum Abschluss von Netzverstärkungsmaßnahmen läge die einzige Alternative in einem Stopp
des EEG-Anlagen-Zubaus.

Die Anlagenbetreiber müssen technische Einrichtungen vorhalten, um dem Netzbetreiber die
Einspeisereduzierung bzw. Abschaltung zu ermöglichen.

Die Ermittlung der Entschädigungszahlung muss einfach nachvollziehbar und für die
Anlagenbetreiber praktisch umsetzbar sein. Die Bundesnetzagentur hat hierzu einen Leitfaden
veröffentlicht.
(Quellen: Bundesnetzagentur, TenneT)
652.20 Wichtige Begriffe für die Energiewende „Strom“
Stand: 22.12.2015 / Seite 17 von 21
Wichtige Begriffe für die Energiewende
16. Residuallast
Residuallast
Die Residuallast eines Stromnetzes ist die Gesamtlast abzüglich der vorrangigen Einspeisung aus
fluktuierenden Erneuerbaren Energien (z. B. Wind und PV) und KWK-Anlagen. Es handelt sich um
die Restnachfrage, welche von den übrigen 80
(zumeist konventionellen) Kraftwerken gedeckt 70 GW
werden muss.
60
Must-run-Anlagen
50
Erzeugungsanlagen, die bevorrechtigt einspeisen
bzw. aus technischen Gründen nicht abgeschaltet
werden können (z. B. KWK), werden auch als
Must-run-Anlagen bezeichnet.
40
Hintergrund
Leistung PV
Leistung Wind
30
Leistung KWK
20
Residuallast
10
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
Stunde des Tages
Die Verfügbarkeit von Wind- und Sonnenenergie
Abbildung 16: Residuallast an einem Beispieltag
ist nicht steuerbar. Nach Möglichkeit sollen Windund PV-Anlagen ihre gesamte verfügbare Leistung
in das Stromnetz einspeisen können, da im Falle einer Abregelung (siehe Kapitel 15
„Einspeisemanagement“) „kostenloser“ Strom verschenkt würde. Gleiches gilt für KWK-Anlagen,
die mit einer bestimmten Mindestleistung laufen müssen, um den jeweiligen Wärmebedarf decken
zu können.
Die verbleibende Restlast muss durch Wärmekraftwerke oder Pumpspeicherkraftwerke gedeckt
werden. Auch Erneuerbare Energien wie Biomasse und regelbare Wasserkraft werden zur
Deckung der Residuallast eingesetzt.
Je nach Definition werden teilweise auch (nicht regelbare) Laufwasserkraftwerke und
Kernkraftwerke zu den Must-run-Anlagen gezählt.
Beispiele

Durch die Energiewende in Deutschland haben die Einspeisung von Wind- und PV-Strom und
damit die Schwankungen in der Residuallast stark zugenommen.

Aufgrund der gestiegenen Schwankungen kann nur noch ein kleinerer Teil der Residuallast
durch Grundlastkraftwerke gedeckt werden. Der Bedarf an Spitzenlastkraftwerken hat
dagegen zugenommen und wird auch in Zukunft weiter zunehmen.

Neben dem Einspeisemanagement (Kapitel 15) kann auch ein Lastmanagement, also das
gezielte Ansteuern großer Stromverbraucher, die Deckung einer schwankenden Residuallast
erleichtern.
(Quellen: RP-Energie)
652.20 Wichtige Begriffe für die Energiewende „Strom“
Stand: 22.12.2015 / Seite 18 von 21
Wichtige Begriffe für die Energiewende
17. Stromerzeugungsreserven
Beschreibung
Die zunehmende Stromerzeugung aus den wetter- und tageszeitabhängigen Energiequellen Wind
und Sonne führt zu einer immer stärker schwankenden Einspeisung in das Stromnetz. Um diese
Schwankungen auch in Zukunft ausgleichen zu können, will die Bundesregierung den Strommarkt
weiterentwickeln. Mit dem neuen „Strommarkt 2.0“ soll ein Aufbau von Stromerzeugungsreserven
erfolgen.
Umfang (GW)
Sicherheitsbereitschaft und Kapazitätsreserve (einschließlich Neubau)
Sicherheitsbereitschaft
Um einen Beitrag für das deutsche
Klimaschutzziel 2020 zu leisten, werden
ab 2016 Braunkohlekraftwerke schrittweise aus dem Markt genommen und
vorläufig stillgelegt (im Umfang von
2,7 GW bzw. 13 % der GesamtBraunkohlekapazität).
Die
CO2Emissionen im deutschen Stromsektor
sollen so merklich verringert werden.
max. 5 % der Jahreshöchstlast
Kapazitätsreserve
2,7 GW Braunkohle
Soweit Neubaubedarf
festgestellt wird: Anrechnung
auf das Kapazitätssegment
Sicherheitsbereitschaft
2017
2018
2019
2020
Klimasegment (Sicherheitsbereitschaft)
2021
2022
Kapazitätssegment
2023
Jahr
Neubau (Netzreserve)
Darstellung der Reservebegriffe
Für jeweils vier Jahre kann auf die Abbildung 17: Graphische
(nach BMWi, teils vorläufige Planung, ohne
Kraftwerke als „letzte und befristete
vorhandene Netzreserve)
Absicherung der Stromversorgung“
(Sicherheitsbereitschaft) zurückgegriffen werden, wenn es „wider Erwarten trotz freier Preisbildung
am Strommarkt nicht zu einem Ausgleich von Angebot und Nachfrage kommt (z.B. bei extremen
Wettersituationen)“. Nach Ablauf dieser vier Jahre werden die Braunkohlekraftwerke endgültig
stillgelegt.
Netzreserve
In der „Netzreserve“ werden seitens der Betreiber zur Stilllegung vorgesehene, aber systemrelevante Kraftwerke zur Überbrückung von Netzengpässen außerhalb des Strommarktes
vorgehalten. Sie dient zur Gewährleistung der Netzstabilität und orientiert sich zeitlich und
größenmäßig an den regionalen Netzengpässen. Die Netzreserve ist erforderlich, bis wichtige
Netzausbauvorhaben fertiggestellt sind. Sie besteht bereits heute und wurde mit den Beschlüssen
zum Strommarkt 2.0 verlängert.
Kapazitätsreserve
Im neuen Strommarktgesetz wird eine „Kapazitätsreserve“ eingeführt, die der Absicherung des
Strommarktes dient. Zur Gewährleistung der Versorgungssicherheit kommt die Reserve zum
Einsatz, wenn trotz freier Preisbildung an der Strombörse kein ausreichendes Angebot existiert,
um einen Ausgleich zwischen Angebot und Nachfrage zu ermöglichen. Dazu werden Erzeugungskapazitäten außerhalb des Strommarktes vorgehalten und bei Bedarf eingesetzt. Neubaumaßnahmen der Netzreserve werden auf die Kapazitätsreserve angerechnet.
Reservekosten
Die Kosten für Aufbau und Vorhaltung der Stromerzeugungsreserven werden Reservekosten
genannt. Sie sind heute nur grob abschätzbar, da die Anlagen der Kapazitätsreserve sowie die
Neubauanlagen der Netzreserve wettbewerblich über ein Ausschreibungsverfahren bestimmt
werden. Die Reservekosten werden über die Netzentgelte auf den Strompreis umgewälzt.
(Quellen: Gesetzentwurf zur Weiterentwicklung des Strommarktes (November 2015), BMWi, VBEW)
652.20 Wichtige Begriffe für die Energiewende „Strom“
Stand: 22.12.2015 / Seite 19 von 21
Wichtige Begriffe für die Energiewende
18. Einheiten / Umrechnungen
Gebräuchliche Einheiten
Joule
Joule (J) ist die internationale Einheit für Energie. Sie ist die Energiemenge, die erforderlich ist, um
eine Sekunde lang die Leistung von einem Watt zu erbringen – und wird daher auch Wattsekunde
genannt:
1J=1
kg ∙ m²
s²
= 1 Ws
Watt
Die Angabe der Leistung erfolgt im internationalen Einheitensystem in Watt (W). Die Einheit Watt
ist wie das Joule eine abgeleitete SI-Einheit, daher lässt sie sich auch mit den Basiseinheiten kg,
m und s ausdrücken:
J
1 W = 1 s = 1 VA = 1
kg ∙ m²
s³
Kilowattstunde
Elektrische Energie wird statt in Joule oft auch in Kilowattstunden (kWh) angegeben. Die Tatsache,
dass ein Joule einer Wattsekunde entspricht, ermöglicht eine einfache Umrechnung in kWh und
umgekehrt:
1 kWh = 3.600.000 Ws = 3,6 MJ
(Kilo-)Kalorie
Die Kalorie ist eine veraltete Maßeinheit der Energie, ursprünglich die Energiemenge, die benötigt
wird, um 1 Gramm Wasser um 1 °C zu erwärmen. Da der genaue Wert je nach
Ausgangstemperatur und Druckniveau geringfügig schwankt, wurde eine Kilokalorie (kcal)
definitionsgemäß festgelegt als:
1 kcal = 4,1868 kJ
Steinkohle-/Öleinheit
Eine Steinkohleeinheit (SKE) entspricht der Energiemenge, welche bei der Verbrennung von 1 kg
Steinkohle (mit exakt 7.000 kcal/kg Heizwert) frei wird:
1 kg SKE = 7.000 kcal = 29,308 MJ = 8,14 kWh = 0,7 ÖE
Eine Öleinheit (auch Rohöleinheit) ist eine gelegentlich verwendete Maßeinheit für die in
Heizstoffen enthaltene Energie:
1 kg ÖE = 41,868 MJ
652.20 Wichtige Begriffe für die Energiewende „Strom“
Stand: 22.12.2015 / Seite 20 von 21
Wichtige Begriffe für die Energiewende
Übliche Bezeichnungen
J
=
Joule
Wh
=
Wattstunde
kJ
=
Kilojoule
kWh
=
Kilowattstunde
MJ
=
Megajoule
MWh =
Megawattstunde
GJ
=
Gigajoule
GWh =
Gigawattstunde
TJ
=
Terajoule
TWh
Terawattstunde
PJ
=
Petajoule
-
EJ
=
Exajoule
kcal
=
Kilokalorie
SKE
=
Steinkohleeinheit
ÖE
=
(Roh-)Öleinheit
=
-
Umrechnungen
1 kWh = 3,6 MJ
1 MJ = 0,2778 kWh
1 TWh = 3,6 PJ
1 kcal = 4,1868 kJ
1 kg SKE = 29,308 MJ
1 kg ÖE = 41,868 MJ
1.000 J = 1 kJ
1.000.000 J = 1 MJ
1.000.000.000 J = 1 GJ
1.000.000.000.000 J = 1 TJ
1.000.000.000.000.000 J = 1 PJ
1.000.000.000.000.000.000 J = 1 EJ
652.20 Wichtige Begriffe für die Energiewende „Strom“
Stand: 22.12.2015 / Seite 21 von 21

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