Energie von A-Z

Wichtige Begriffe aus der Welt der Energie – knapp erklärt.

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Smart Grid

Stromnetze können keine elektrische Energie speichern. Angebot und Nachfrage müssen sich im Stromnetz immer die Waage halten – sonst verändert sich die Netzfrequenz, was Geräte beschädigen kann. Wenn immer mehr Strom aus erneuerbaren Quellen wie Wind, Sonne und Meeresenergie kommt, schwankt das Angebot erheblich: Mal weht der Wind stark, mal schwach. Die Balance kann nur aufrecht erhalten werden, wenn das Stromnetz „intelligent“ ist. In einem solchen „Smart Grid“ (englisch für „intelligentes Netz“) sind Stromerzeuger und -speicher sowie die Verbraucher und das Transportnetz verbunden: Sie tauschen untereinander Informationen über Angebot und Verbrauch aus. Steht etwa zu wenig Windstrom zur Verfügung, kann Energie aus Speichern abgerufen werden. Umgekehrt werden die Speicher mit überschüssiger Energie gefüllt, wenn zu wenig Nachfrage vorhanden ist. Ein Bestandteil des Smart Grid sind die „Smart Meters“ – intelligente Stromzähler in den Haushalten, die den Verbrauch nicht nur messen, sondern auch beeinflussen.

Spannung

Vorsicht, Hochspannung! Jeder kennt solche Schilder – aber was genau ist eigentlich elektrische Spannung? Und was ist der Unterschied zu elektrischem Strom? Strom besteht aus geladenen Teilchen (meistens Elektronen), die sich in eine Richtung bewegen. Der „Antrieb“ für den Strom heißt „Spannung“: Sie übt eine Kraft auf die geladenen Teilchen aus und setzt sie in Bewegung. Beide physikalischen Größen sind durch den elektrischen Widerstand verbunden: Wie schon der Name sagt, behindert er den Stromfluss – je größer der Widerstand, desto geringer ist bei gleicher Spannung die Stromstärke. Spannung lässt sich auf verschiedene Weisen erzeugen: In einer Batterie trennen chemische Reaktionen positive und negative Ladungen und setzten dabei elektrische Energie frei. In einem Generator setzt ein wechselndes Magnetfeld Elektronen (also negative Ladungen) in energiereiche Bewegung.

Strom

Elektrischer Strom fließt, wenn sich Ladungsträger, genauer gesagt: Elektronen, in einem leitfähigen Material wie Kupfer in eine Richtung bewegen. Eine Stromquelle hat an ihrem Minuspol einen Überschuss an Elektronen und am Pluspol einen Mangel. Man kann sich das ungefähr so vorstellen, dass in solch einem Fall ein voller neben einem leeren Eimer Wasser steht, die aber beide mit einem Schlauch verbunden sind. Das Wasser fließt vom vollen in den leeren Eimer, bis in beiden der gleiche Wasserstand herrscht. Beim elektrischen Strom fließen die Elektronen, weil sie negativ geladen sind, allerdings von Minus nach Plus!

Treibhauseffekt

Der natürliche Treibhauseffekt ist ein wahrer Segen für das Leben auf der Erde. Bestimmte Gase sorgen in der Atmosphäre dafür, dass zwar (kurzwelliges) Sonnenlicht auf die Erde strahlen kann, die (langwellige) Wärme aber nicht komplett wieder in den Weltraum „verschwindet“. Diese wird zurück auf die Erde gespiegelt, daher herrscht an der Erdoberfläche eine Temperatur von durchschnittlich +15 Grad Celsius. Ohne diesen „Rückhalte-Effekt“, den jeder aus dem Glashaus der Gärtnerei, dem Wintergarten oder der glasüberdachten Terrasse kennt, wäre es auf der Erde nur -18 Grad Celsius kalt. Weniger hilfreich ist allerdings der künstliche Treibhauseffekt, den es gibt, weil seit 200 Jahren durch den verstärkten Ausstoß von Treibhausgasen (z.B. Kohlendioxid und Methan) das über Jahrtausende eingependelte natürliche Gleichgewicht ins Wanken gerät. Die Temperaturen steigen an. Dieser verstärkte Treibhauseffekt bedroht das Leben.

Uran

Uran ist ein in der Natur vorkommendes radioaktives Schwermetall. Radioaktiv bedeutet, dass die vergleichsweise schweren Uran-Atomkerne nicht stabil sind, sondern sich mit der Zeit verändern. Sie geben Strahlung ab. Der französische Gelehrte Antoine Henri Becquerel entdeckte 1896 die Radioaktivität durch Zufall, weil er Uransalze neben eine gut verpackte Fotoplatte gelagert hatte, die dann belichtet war. Uran gilt heute als bedeutender Primärenergieträger, weil sich eine seltene Form von Uran, das Isotop Uran-235, besonders gut als Material für die Kernspaltung eignet – und erhebliche Mengen Energie freisetzt, wenn es gespalten wird. Uran zählt zu den nicht erneuerbaren Energieträgern, weil der Vorrat an dem Material endlich ist.

Verbrauch

Wohl jeder kann etwas mit dem Begriff Benzinverbrauch anfangen: Der Wagen fährt, bis der Benzintank leer ist – das Benzin, das man getankt hatte, ist am Ende weg, verbrannt, verbraucht. Im Zusammenhang mit Energie allerdings ist der umgangssprachliche Begriff Energieverbrauch unkorrekt. Der Energieerhaltungssatz besagt nämlich: „In einem energetisch abgeschlossenen System ist die Gesamtenergie konstant.“ Das heißt zumindest für unsere normale Existenz auf der Erde, dass Energie nicht verbraucht, sondern lediglich umgewandelt wird. Sie steht in der ursprünglichen Form dann nicht mehr zur Verfügung. Das Benzin ist weg, aber es gibt jetzt Wärme, Abrieb, CO2, eine andere potenzielle Energie usw.

Watt

Watt, kurz W, ist die physikalische Einheit für Leistung: Das ist die umgewandelte Energie in Bezug auf die Zeit. Um zum Beispiel 30 Liter Wasser für die morgendliche Dusche zu erwärmen, braucht man ungefähr 1 Kilowattstunde (kWh) Energie. Jetzt kommt die Zeit ins Spiel: Erhitzt man das Wasser langsam, also z.B. in einer Viertelstunde, dann ist dafür weniger Leistung notwendig (1 kWh/0,25 h = 4 kW) als wenn man das Wasser schneller erhitzt, z.B. in sechs Minuten (1 kWh/0,1 h = 10 kW). Leistung ist aber nicht nur ein Produkt von Zeit und Energie, sondern auch von Stromstärke (Ampere) und Stromspannung (Volt). Das geläufigste Bild dafür ist das von einem Bach. Transportiert er viel Wasser, ist die Stromstärke hoch. Hat er ein hohes Gefälle, ist die Spannung hoch. Etwas leisten, also etwa eine Wassermühle antreiben, kann er nur, wenn sowohl Wasserstärke als auch Gefälle zusammenkommen.

Wirkungsgrad

Bei fast jeder Energieumwandlung kann ein Teil der Energie nicht für den Zweck genutzt werden, für den man sie gern einsetzen würde: Bei der Stromerzeugung im Kohlekraftwerk etwa entweicht Wärme, beim Ölbrenner im Keller wird nicht nur die Heizung warm, sondern eben auch der Heizkeller. Das Verhältnis zwischen nutzbarer und aufgewendeter Energie wird, als Wirkungsgrad bezeichnet. Der Wirkungsgrad eines Sonnenkollektors beschreibt beispielsweise, welcher Anteil der Sonnenenergie, die auf den Kollektor auftrifft, in nutzbare Wärme umgesetzt wird. Im Unterschied zum Wirkungsgrad, der nur für einen Moment gemessen wird, wird der Nutzungsgrad über einen längeren Zeitraum ermittelt.

X-Kraft

Nur in der Welt der Teilchenphysiker kennt man die fast magisch klingende X-Kraft. Nach einigen Theorien gab es in den ersten Sekundenbruchteilen nach dem Urknall (und zwar extrem kleinen Bruchteilen: 10-36 bis 10-33 Sekunden) nur zwei elementare Kräfte: Gravitation und X-Kraft. Diese Kraft sei dann in die elektromagnetische, die schwache und die starke Wechselwirkung „zerfallen“ – den drei elementaren Wechselwirkungen neben der Gravitation.

Yerkes-System

Die gebräuchliche Einteilung der Sterne nach ihrer Leuchtkraft erfolgt durch das, das Yerkes-System. Dies, unterscheidet zwischen Hyperriesen, Überriesen, hellen Riesen, Riesen, Unterriesen, der Hauptreihe und den Unterzwergen. Die Sonne gehört zu den (normalen) Riesen. Benannt wurde das System nach dem Yerkes-Observatorium der Universität Chicago, das wiederum 1897 nach einem besonders großzügigen Industriellen namens Charles Tyson Yerkes benannt wurde.

Zulagen

Die Europäische Union, die Bundesregierung, die Länder und Gemeinden sowie Energieversorger unterstützen die Markteinführung umweltfreundlicher Energietechniken durch finanzielle Zulagen. Die Umstellung auf Erneuerbare Energien und alternative Technik soll mit einer Vielzahl von Förderprogrammen für den Verbraucher attraktiver gemacht werden.