Wirkungsgrad

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WIKI Wirkungsgrad

Der Wirkungsgrad ist ein Maß für die Effizienz von Energiewandlungen und Energieübertragungen. Er ist eine dimensionslose Größe und beschreibt das Verhältnis der Nutzleistung P zur zugeführten Leistung P

Also ein Vergleich zwischen dem "Aufwand" der einem "stets kleineren Nutzen" gegenübersteht (BRUTTO und NETTO). Am ungünstigsten ist dieses Verhältnis immer dann, wenn die sich ergebende Different keinerlei Nutzen zurechnen kann.

Ein Beispiel ist die inzwischen praktisch per Gesetz aus dem "Verkehr gezogene" Glühlampe. Zunächst muss man den Hauptnutzen betrachten. Die Glühlampe dient der Beleuchtung. Das ist ihr einziger Verwendungszweck. Und so sieht das Verhältnis aus :

Nach der Beurteilung die heute EE „zuteil wird“, hätte eine solche Konstruktion niemals Verwendung finden dürfen. Dennoch wurde und wird dieses Beleuchtungsmittel weltweit milliardenhaft verwendet. Als nun die EU dieses Leuchtmittel per Gesetz „aus dem Verkehr zieht“, stößt die zum Teil auf Widerstand. Dabei sind längst erprobte Beleuchtungsmittel erhältlich, die wesentlich günstigere Wirkungsgrade aufweisen. Hier wird der Zwiespalt zwischen technisch wissenschaftlichen Gegebenheiten und irrationalen menschlichen Gefühlen sichtbar.

Wie irrational, kann nur noch dort beobachtet werden wo plötzlich ein ungünstiger Anlagenwirkungsgrad (der sehr viel günstiger ist), als „Totschlagkriterium“ herhalten soll. Unabhängig von den rationalen Begründungen, werden auf den ersten Blick ungünstige systemimmanente Gründe als Ablehnungsgrund genutzt.

Doch am Beispiel der Glühlampe wird (rational betrachtet) schnell klar, auch alle nähere Umstände verdienen eine Betrachtung und Neubewertung.

Erstens, außer den damals üblichen Leuchtmitteln (Holz, Tran, Petroleum, Gas u.ä.) stand kein so lichtstarkes Leuchtmittel zur Verfügung. Da auch alle anderen „Leuchtmittel“ vergleichbar schlechte Wirkungsgrade aufweisen, war der Wirkungsgrad dieses neuen Leuchtmittels zunächst völlig nebensächlich. Allerdings nur solange, bis andere im Wirkungsgrad günstigere verfügbar wurden. Die inzwischen weitverbreiteten Leuchtstofflampen hat ein bis zu 5fach besseren Wirkungsgrad und der stark gefallene Preis hat seit Jahrzehnten zu eine immer größer werdende weltweite Verbreitung geführt.

Doch, wenn bei der Glühlampe 95% der eingespeisten Energie als Wärme „verloren gehen“, lohnt es sich da nicht genauer hinzusehen unter welchen Umständen die ein „Verlust“ darstellt ? Völlig klar, im Freien, völlig unabhängig von der Jahreszeit, ist Wärme von unnötig bis unerwünscht. Anders in geschlossenen Räumen, dort ist jahreszeitabhängig eine Steigerung das Gesamtwirkungsgrads in der Heizperiode und in der übrigen Jahreszeit eine unerwünschte Erwärmung der Räume die Folge des selben Leuchtmitteleinsatzes. Letzteres kann zu einer Erhöhung der „energetischen Verluste“ führen, wenn die betroffenen Räume gekühlt werden müssen.

Nicht nur theoretisch werden (müssen) Beleuchtung, in Betrieb befindliche Geräte und die in den Räumen anwesenden Personen bei der „Wärmebedarfsberechnung“ bzw. „Kühlbedarfsberechnung“ voll berücksichtigt. Es muss also immer das komplette „Bild“ betrachtet werden, um beurteilen zu können, ob eine techn. Konstellation „günstig“ ist. Ähnlich wie bei der vorausgegangenen Überlegung, müssen ALLE Gesichtspunkte gegeneinander abgewogen werden, bevor etwas beurteilt werden kann.

Bei Beleuchtung von Räumen ist die Entwicklung noch keineswegs abgeschlossen wie diese Quelle zeigt.

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Auch wenn es am eigentlichen Wirkungsgrad nichts ändert, kann die Energiequelle die einer Nutzung zugrunde liegt wohl kaum außerhalb einer Gesamtbetrachtung bleiben. Keine Frage, hier geht es nicht um eine finanzielle Betrachtung – kann es nicht gehen. Warum ?

Eine Leistung die erbracht wird lässt sich immer auf ihre Quelle zurückführen. Dabei gibt es nur zwei Typen – erneuerbare Energien (EE) und nicht erneuerbare Energien (NE). Beide haben in unserer Welt einen finanziellen Wert. Simpel betrachtet muss eine bestimmte Summe aufgebracht werden um eine definierte Leistung stets neu zu ermöglichen. Wird dabei ein „Gewinn“ erzeugt, kann durch aufsummieren von Gewinn + Leistung neue Leistung „erkauft“ werden.

Leider ging allzu vielen Menschen der Umstand, das Geld ein Tauschmittel ist, dem nur in begrenztem Maß „reale Güter“ gegenüberstehen, längst verloren. Besonders dieser Tage wurden die komplexen „Geldmengen“ im Umlauf derart vergrößert, dass inzwischen realistisch betrachtet mehrere Planeten des Typ „Terra“ existieren müssten, um diese Geldmenge zu „repräsentieren“. Da es nur eine Erde gibt, kann jeder davon ausgehen die Geldmenge und ihr tatsächlicher Wert stehen in einem Missverhältnis zueinander. Doch was hat das mit „erneuerbaren Energien (EE)“ zu tun ?

Obwohl der Zeitpunk zu dem „nicht erneuerbare Energien (NE)“ soweit verbraucht sind, dass sie nur noch in unbedeutenden Mengen zur Verfügung stehen werden, heftig umstritten ist, wäre es irrational an ein energetisches „Tischlein deck' dich“ (Märchen der Gebr. Grimm) zu glauben – jedenfalls was die NE angeht.

Damit dies klar wird, auch wenn ich alle Gewinne mit Zins und Zinseszins aus dem Verkauf, der Verarbeitung usw. von Erdölprodukten mündelsicher auf einem Konto anlege, werde ich damit immer nur kaufen können was noch „im Angebot ist“. Jede andere Annahme ist gefährlich irrational. Das gilt auch dann, wenn es gelingt wider gewisse physikalische Gegebenheiten einen 100prozentigen Nutzen aus diesen NE zu ziehen. Zugegeben, je günstiger der Wirkungsgrad, desto länger kann ich NE noch nutzen. Im Grunde ein „nach mir die Sintflut-Konzept“. Ebenfalls zugegeben, einige aus fossilen oder aus atomaren Stoffen gewonnene NE wir eher nicht vor meinem Lebensende schon in seiner letzten „Daseinsphase“ angelangt sein.

Was unterscheidet also eine mit NE betriebene Maschine von einer welche mittels EE betrieben wird ?

Es sind gleich mehrere Kriterien. Wobei der paradox erscheinende, aber wichtigste Kriterium, wohl das Fehlen eines wirksamen Wirkungsgrads ist. Nicht das Maschinen welche mit EE betrieben werden keinen Wirkungsgrad hätten, im Vergleich mit bekannten Maschinen mag der sogar noch sehr ungünstig aussehen, aber außer zunächst höheren Betriebskosten, ist dies auf lange Sicht völlig nebensächlich.

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Eine Milchmädchenrechnung ist die spöttische Bezeichnung für eine naive Betrachtung oder Argumentation, die wesentliche Rahmenbedingungen nicht beachtet oder falsch in Ansatz bringt, und deshalb zu einem nur scheinbar plausiblen, tatsächlich jedoch unzutreffenden Ergebnis kommt.

So jedenfalls die Definition.

Eine gute Gelegenheit die Gegner EE einer solchen „Milchmädchenrechnung“ zu überführen, ist die verkürzte energetisch Kosten / Nuten Darstellung auch „Erntefaktor“ genannt. Zunächst um alle Energie umwandelnde Maschinen zu vergleichen, ein durchaus vernünftige Methode. Gleichzeitig werbewirksam, weil die Gegenüberstellung des Erntefaktors eines AKW mit 106 und der einer PV-Installation in Süddeutschland von 4, nur noch davon übertroffen wird, wie lange es jeweils dauert bis ein gleichwertiges Kraftwerk aus der erzeugten Energiemenge herstellbar ist.

„Energetische Amortisation“ AKW ist ganze 2 Monate (ca. 1460 h Betriebszeit mit 100% Leistung) und „gigantische“ 25.560 h = 6 Jahre mit der jahreszeitlich und Standort bedingten aufsummierten Leistung einer PV-Anlage um sich energetisch reproduzieren zu können. WKA schaffen dies ebenfalls je nach Standort in 4,7 Monaten bis 1,2 Jahren. Jeder kann das im verlinkten WIKI selbst vergleichen.

Gäbe es nun tatsächlich unbegrenzte Mengen an NE und würde man die klimatische Wirkung und mögliche Umweltschäden völlig ausklammern – am besten verneinen, wäre völlig klar welcher Methode sozusagen „problemlos“ der Vorzug gegeben werden muss. Einige Befürworter tun das auch.

Nun kann allerdings der Vorrat an verfügbaren Brennstoffen als „endlich“ bezeichnet werden. Selbst im Vergleich mit wenigsten 50.000 Jahre Entwicklung des sog. „modernen Menschen“ - Homo sapiens, sind weitere 2 … bis 400 Jahre ein Wimpernschlag im Vergleich. Danach was ? Einige sehr optimistisch gestimmte Zeitgenossen hat der Mensch das „Sonnenfeuer“ - die „Kernfusion“ im Griff und „wir“ (ähm unsere Ur-Ur-Enkel) brauchen sich keine Energiesorgen mehr zu machen. Kein Wunder, das Optimisten, als lediglich „schlecht informiert“ gelten.

Kraftwerke die etwas verbrauchen, funktionieren nur so lange, wie „etwas zum Verbrauchen“ vorhanden ist. Im Grund ist das vergleichbar, mit einer riesigen Batterie welche ca. 3 Millionen Jahre zur Vollladung benötigt. Es sieht ganz danach aus, „wir“ sind dabei diese „Batterie“ innerhalb von läppischen 200 bis 500 Jahren leer gefahren zu haben – Neustart in 3 Millionen Jahren danach....

Da bietet es sich doch an, gleich das „Kraftwerk“ welches diese „Ladungen“ bewirkt anzuzapfen. Völlig gleichgültig, wie lange es dauert mit der „geernteten“ Energie wieder neue EE nutzende Kraftwerke zu bauen. Kein vernünftiger Mensch würde die Landwirtschaft (eine total auf EE ausgerichteter Wahnsinn) nur deswegen verwerfen, weil es in den meisten Fällen beinahe ein Jahr dauert, bis der Aussaat eine Ernte folgt. Erstrecht, würde jeder, der die dafür benötigte Energie per fossilen Kraftwerken erzeugen möchte, in einer geschlossenen Anstalt untergebracht.

Ein ganzes Jahr auf eine Ernte warten – bis dahin sind wir längst verhungert ! Irgendwie schaffen „wir“ das dennoch. Wir haben dafür Methoden gefunden, an der Energiequelle, die Sonne haben wir dennoch nichts geändert. Genau das geht mit den letzten 1 bis 2 Prozent, wo wir derzeit noch allerlei verbrennen ganz genauso.

Für jene die dem nur schwer folgen können – Ein fossiles Kraftwerk kann „sich selbst“ nur „energetisch erzeugen“, wenn egal wie kurz die dazu notwendige Zeit ist, eine klar definierbare NE zur Verfügung steht. Ein Kraftwerk was seine „Betriebsenergie“ direkt oder aber indirekt aus der Sonne bezieht, arbeitet sofort nach seiner Fertigstellung für 20 bis 25 Jahre und „erbrütet“ rein rechnerisch sich selbst plus weitere 3 gleichwertige Anlagen zum derzeitigen Stand der Technik. Das klingt nicht wirklich berauschend, wo sich doch ein Braunkohlekraftwerk alle 2 Monate energetisch amortisiert.

Ginge es tatsächlich nur um das „Erbrüten“ immer neuer Kraftwerke, wäre ja alles wunderbar. Nur, die dort produzierte Energie wird anderweitig benötigt. Egal wie, die zuvor beschriebene „Batterie“ wir geleert, unabhängig was der Zweck der Aktion ist. Derzeit können noch problemlos große Mengen von Kraftwerken welche selbst EE nutzen mit Hilfe von NE energetisch erzeugt werden. Dies wird aber dann enden, wenn weder für den allgemeinen el. Energiebedarf, noch für neue Kraftwerke genügend Energie verfügbar sein wird. Da el. Energie nur ein Teilaspekt des gesamten Energiebedarf ist, werden EE auch diesen viel größeren Teil übernehmen müssen. Es ist also absehbar, „wir“ benötigen in Zukunft nicht nur elektrisch 100% aus EE, sondern 100% von allem. Wieviel das sein wird, kann an den bekannten jährlichen Energiemengen abgelesen werden. Im nächsten Beitrag werde ich versuchen diese Zahlen aus seriösen Veröffentlichungen aufzuzeigen. Nach allem was mir bekannt ist, dürfen „wir“ derzeit 7 Milliarden Menschen, eher nicht mehr all zulange zögern. „Energie“ ist Nahrung, genügend Wasser und, und.....