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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. 2012 entfallen vom deutschen Primärenergie-Verbrauchs-Mittelwert von 121 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 Leitungs-strecken mit unterschiedlichen Spannungen und dazwischen die erforderlichen Umspanner (Transformatoren), z. B. von 10 kV beim Erzeuger hoch auf 380 kV für Übertragung und runter für Verbraucher  auf 230 V bzw. 400 V (Ein- bzw. Dreiphasen-Netz in Europa).

Hochspannungsnetze reduzieren die Wärmeverluste bei der Stromübertragung, wie weiter unten unter Verwendung von Größen mit den Maßeinheiten Volt, Ampére und Ohm aus dem Ohm'schen Gesetz abgeleitet wird.


Alessandro Graf von Volta
(1745 − 1827)


André-Marie Ampère
(1775 − 1836)


Georg Simon Ohm
(1789 − 1854)

Mit der Spannung U in der Maßeinheit Volt [V] , dem Widerstand R, in der Maßeinheit Ohm [Ω]  und der Stromstärke I
in der Maßeinheit Ampére [A] ergibt sich


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. Aus den beiden obigen Gleichungen sieht man, dass deshalb die Übertragung der elektrischen Energie mit sehr hohen Spannungen günstig ist. 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.

Durch die Wechselstromfrequenz (50 Hz in Europa) entstehen kapazitive Verluste. 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 Stromrichter an beiden Anbindungen der Gleichspannungsleitung an das  Wechselspannungsnetz. Leitungslängen von einigen 10 km bei Seekabeln oder 1000 km bei Freileitungen sind jedoch trotz der erheblichen Verluste durch die Stromrichter wirtschaftlich.

Die Elektrizitätsversorgung spielt eine große Rolle für ein nachhaltiges und klimaverträgliches Energiesystem, wie vor einigen Jahren in einer Studie des Arbeitskreises Energie (AKE) der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG) gezeigt wurde. Gegenwärtig sind große Investitionen beim Ausbau der Übertragungsnetze für die Einbindung der Wind- und Solarenergie erforderlich. Die Übertragungsnetzbetreiber in Deutschland stellen die Verfahren, Methoden und Maßnahmen zum zukünftigen Ausbau des Stromnetzes in ihrem Internetportal www.netzentwicklungsplan.de vor.


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letzte Änderung: 12.12.2014