Elektrische Energie

Jährlich schicken die Kraftwerke in der Welt etwa 50 EJ bzw. etwa 14 Billiarden kWh an die Verbraucher. Der Verbrauch von Primärenergie ist mit 400 EJ wesentlich größer. 2016 entfallen vom deutschen Primärenergie-Verbrauchs-Mittelwert von 124 kWh pro Person und Tag etwa 20 kWh pro Person und Tag auf Elektroenergie. Diese kommt aber nicht vorwiegend aus der Steckdose zu Hause. Den größten Teil davon verbrauchen Industrie und Dienstleister.


Zwischen Kraftwerk und Steckdose gibt es Leitungsstrecken mit unterschiedlichen Spannungen und dazwischen die erforderlichen Umspanner (Transformatoren). In Europa geht es im Wechselstromnetz mit 50 Hz von 10 kV beim Erzeuger hoch auf 380 kV für Übertragung und runter auf 230 V bzw. 400 V für Verbraucher  im Ein- bzw. Dreiphasen-Netz.

Die elektrische Spannung U hat die Maßeinheit Volt [V], die elektrische Stromstärke  die Maßeinheit Ampere [A], und Widerstand R die Maßeinheit Ohm [Ω]. Die Benennung der Maßeinheiten ehrt drei Wissenschaftler.

   
Alessandro Graf von Volta
(1745 − 1827)
Georg Simon Ohm
(1789 − 1854)

André-Marie Ampère
(1775 − 1836)

Das Ohm'sche Gesetz, das eine Grundlage der Elektrizitätslehre darstellt, verbindet diese drei Größen:

Die in Watt [W] gemessene elektrische Leistung wird mit P bezeichnet. Sie ist das Produkt aus Spannung und Stromstärke:

Die Verlustleistung ergibt sich mit Hilfe des Ohm'schen Gesetzes zu

Die elektrische Nutzleistung sollte möglichst groß gegenüber der Verlustleistung infolge des elektrischen Widerstands der Leitung sein. Die Verluste hängen nur von er Stromstärke, nicht aber von der Spannung ab, während die übertragene Nutzleistung em Produkt von Spannung und Stromstärke entspricht. Hochspannungsleitungen reduzieren deshalb die Wärmeverluste bei der Stromübertragung. Leitungen bis 380 kV werden in Deutschland verwendet, andernorts wurde schon 1 MV überschritten. Die aus Aluminium als Leiter und einem Stahlkern als Träger bestehenden Kabel der Freileitungen haben einen Durchmesser von weniger als 10 cm. Die Erwärmung der Leitungen durch den Ohm'schen Widerstand verursacht die stärksten Übertragungsverluste.

Geringere aber trotzdem erhebliche kapazitive Verluste entstehen durch den Wechselstrom. Bei Freileitungen ist die Kapazität zwischen dem Leiter un dem Erdpotential gering. Bei Erd- oder Seekabeln sind kapazitive Verluste aber relativ groß. Man kann sie durch eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung vermeiden. Diese erfordert teure Stromrichter an beiden Anbindungen der Gleichspannungsleitung an das  Wechselspannungsnetz. Gleichstrom-Übertragungsleitungen mit der Länge größer als 10 km bei Seekabeln oder größer als 1000 km bei Freileitungen sind jedoch wirtschaftlich.

Die Elektrizitätsversorgung stellt mit der Einbindung von Wind- und Sonnenenergie erhöhte Anforderungen an den Ausbau der Übertragungsnetze. Übertragungsnetzbetreiber wie TenneT stellen aktuelle Projekte vor. Alle Betreiber in Deutschland bieten im im Portal www.netzentwicklungsplan.de die Planungen zum Ausbaus der Übertragungsnetze bis 2030 an.

 


Letzte Änderung: 01.11.2017