Strom: Steckdose, Stecker, fertig?
Strom kommt aus der Steckdose. Punkt. Hört sich ja ganz einfach, doch dahinter steht ein komplexes technisches System, viel Know-how und eine lange technologische Entwicklung.
Physikalisch wird unter elektrischem Strom die Bewegung von Ladungen (Elektronen) in elektrischen Leitern verstanden. Sein Verbrauch wird in Kilowattstunden (kWh) und die Zurverfügungstellung (Leistung) in Kilowatt (kW) gemessen. Die Anwendung dieser Teilchenbewegungen und ihre Erzeugung hat die Entfaltung der menschlichen Gesellschaft grundlegend bestimmt. Elektrische Energie ist heute die Basis technischer und wirtschaftlicher Prozesse. Die Gestaltung humaner Lebensbedingungen wird wesentlich durch elektrische Energie ermöglicht.
Ohne Energieversorgung ist unser Leben undenkbar: Kein warmes Essen, kein kühles Bier, kein Fernsehen, keine Autospritztour, keine Disko, kein Internet...
Die Energie, die wir als Wärme, Strom oder Kraftstoff benötigen, muss aus Primärenergieträgern erzeugt werden. Dabei stehen drei Arten von Energiequellen zur Verfügung: fossile Energieträger, erneuerbare Energieträger und nukleare Energieträger.
Stromerzeugung: Viele Arten stehen zur Verfügung
Strom wird in Kraftwerken erzeugt. Die sogenannte Grundlast decken Kraftwerke mit den niedrigsten Betriebskosten ab; das sind vor allem Kernkraftwerke, Laufwasserkraftwerke und Braunkohlekraftwerke. In der Mittellast sind Steinkohlenkraftwerke eingesetzt, für die Spitzenlast sorgen Speicherwasserkraftwerke sowie Erdgas- und Heizölkraftwerke. Der Einsatz der Kraftwerke wird durch die Ausnutzungsdauer bewertet, die man erhält, wenn die jährliche Stromproduktion (kWh) durch die Nennleistung (kW) geteilt wird.
In den in Deutschland installierten Kraftwerken der allgemeinen Versorgung wurden 1999 knapp 460 Milliarden Kilowattstunden (Mrd. kWh) Strom erzeugt. Davon wurden 34,8 Prozent in Kernkraftwerken, 26,0 Prozent aus Braunkohle und 25,3 Prozent aus Steinkohle produziert. Erdgas trägt 7,4 Prozent der Stromerzeugung, Heizöl 0,3 Prozent. Aus regenerativen Energieträgern kamen 6,2 Prozent der deutschen Stromerzeugung, davon 4,6 Prozent aus Wasserkraftwerken.
Die Hauptenergiequelle ist die Sonne
Fossile Energieträger sind im wesentlichen Kohle, Erdöl und Erdgas. Ihre Vorräte sind beschränkt, sie müssen aufwändig mit Prospektionsverfahren gefunden und durch Bohrungen, mit Bergwerken oder im Tagebau erschlossen werden. Sie sind in Millionen von Jahren aus Pflanzenresten entstanden, die auf dem Grund urzeitlicher Meere in Sand und Schlamm luftdicht eingeschlossen und durch geologische Bewegungen in die Tiefe gerissen wurden. Hier sorgten chemische Prozesse unter Druck und Temperatur allmählich für die Bildung der energetischen Hauptbestandteile Kohlenstoff, Kohlenwasserstoff und Methan.
Die ursprüngliche Energiequelle für die fossilen Energieträger ist die Sonne: Sie machte die Photosynthese der Pflanzen möglich, durch die Biomasse gebildet wurde. Die Sonnenstrahlung ist nicht nur selbst eine Energiequelle, sondern auch der Ursprung der meisten anderen erneuerbaren Energieträger: Durch Erwärmung der Atmosphäre entsteht Wind, durch Verdampfung von Wasser und durch Regen wird der Lauf der Flüsse aufrechterhalten, durch Photosynthese wachsen Holz, Stroh und die anderen nachwachsenden Energierohstoffe.
Nur die Erdwärme entsteht durch radioaktive Zerfallswärme im Erdkern sowie durch tektonische Bewegungen der Erdmasse. Erneuerbare Energiequellen regenerieren sich zwar immer wieder, ihre Nachteile sind aber ungesicherte Verfügbarkeit und geringe Leistungsdichte. Das erhöht den Aufwand für ihre Nutzung.
Nukleare Energieträger sind Uran und Plutonium, ein Zerfallsprodukt des Urans. Sie werden als Brennstoff in Kernkraftwerken eingesetzt. In einer kontrollierten Kettenreaktion wird durch Kernspaltung ein Teil der Bindungsenergie des atomaren Kerns frei. Auch die Uranvorräte sind begrenzt und müssen bergmännisch erschlossen werden.
Die Kernbindungskräfte sollen künftig auch durch Kernfusion genutzt werden: Energie entsteht, wenn in einem durch Magnetfelder komprimierten, auf hohe Temperaturen aufgeheizten Plasma Kerne von Wasserstoffatomen zu Helium verschmelzen. Wenn diese Technik realisiert werden sollte, stünde eine praktisch unbegrenzte Energiequelle zur Verfügung.
Strom lässt sich „nicht“ speichern
Da sich elektrische Energie (Strom) nicht in größerer Menge und mit vernünftigen Wirkungsgraden speichern lässt, muss diese Energieform im Augenblick des Bedarfs erzeugt und transportiert werden.
Möglich wird dies durch ein umfangreiches Stromversorgungsnetz aus Freileitungen und Kabeln, mit dessen Hilfe elektrische Energie sowohl im großen Stil transportiert (Transportnetz, Hochspannungsnetz), als auch gleichzeitig bis in einzelne Gebäude hinein verteilt werden kann (Mittelspannungsnetz, Niederspannungsnetz).
