Energie, Strom, Stromausfall

Allgemeine Hinweise

In den meisten  Industrienationen steht Strom jederzeit und praktisch unbegrenzt zur Verfügung, sodass sich die Menschen an das Vorhandensein gewöhnt haben. Viele Menschen machen sich daher kaum Gedanken darüber, welche Auswirkungen ein Ausfall der Stromversorgung hätte. Im Folgenden werden die gravierendsten Folgen kurz aufgelistet.

Haushalt
Im Haushalt würde das Licht ausfallen, Fernsehen, Radio, Telefon und Internet würden nicht mehr funktionieren.
Daher werden batteriebetriebene Radios als Informationsquelle empfohlen.
Kühlschränke und Elektroherde  könnten ebenfalls nicht mehr benutzt werden, das Gleiche gilt für Waschmaschinen und Spülmaschinen. Außerdem kommt kein Wasser mehr aus den Hähnen und die Fahrstühle funktionieren auch nicht, was z.B. für Behinderte fatal wäre.

Verkehr
Die Züge könnten nicht mehr fahren, auch Dieselloks nicht, da alle Signalanlagen ausfallen würden. Auch S-Bahnen, U-Bahren und Straßenbahnen lägen still. Natürlich wären auch alle Ampeln und die Straßenbeleuchtungen außer Betrieb. Elektroautos könnten nicht mehr geladen und andere Fahrzeuge nicht mehr betankt werden.

Industrie und Handel
Da alle Industriebetriebe Strom benötigen, würde es zum völligen Kollaps nahezu aller Unternehmen kommen- mit Ausnahme der Unternehmen, die über Notstromaggregate verfügen. Zudem könnte weder von Geldautomaten noch von Banken Geld abgehoben und auch keines überwiesen werden. In den Läden würden die Kassen ausfallen und bei einem längeren Ausfall zudem die Waren verderben.

Krankenhäuser
Die Krankenhäuser sind gesetztlich verpflichtet, den Betrieb eines Krankenhaus für mindestens 24 h mit Hilfe von Notstromaggregaten  aufrecht zu erhalten. Ein typisches Notstromaggregat hat eine Leisung von z.B. 850 kW und verbraucht etwa 100 l Diesel pro Stunde. Daher hängt es von dem Dieselvorrat und der möglichen Nachlieferung durch das Technische Hilswerk (THW) ab, wie lange der Betrieb aufrecht erhalten werden kann. Eine große Klinik hat z.B. 20.000 Liter Diesel bevorratet, kleinere Kliniker eher weniger.
Ohne Strom wären keine CT-, MRT- oder Ultraschalluntersuchungen mehr möglich. Auch Darm- oder Magenspiegelungen könnten nicht durchgeführt werden und auch Röntgenaufnahmen wären unmöglich. Auf  den Intensivstation würden alle Überwachungs- sowie Beatmungsgeräte stilliegen. Fast alle Operationen wären undurchführbar. Die Strahlentherapie mit den Bestrahlungsplanungsgeräten und den Beschleunigern benötigen besonders viel Strom.  Zudem wäre die Patientendokumentation betroffen.

Südafrika
In Kapstadt beispielsweise, das als hochentwickelt gilt, fällt immer häufiger der Strom aus - und das bis zu 10 Stunden. Der Grund sind die teilweise über 40 Jahre alten Kraftwerke und Umspannanlagen, die mittlerweile völlig marode sind. Nicht zuletzt ist eine gigantische Korruption für die Zustände verantwortlich. Ein Problem beim Hochfahren nach einem Stromausfall ist, dass zahlreiche Anlagen einschließlich der Rechner neu gestartet werden müssen.
In Südafrika haben die ständigen Stromausfälle mittlerweile zu erheblichen wirtschaftliche Folgen geführt.

Fazit
Nach spätestens einer Woche ohne Strom würden große Teile des ökonomischen, medizinischen und sozialen Lebens zusammenbrechen. Aber ein über viele Tage andauernder Stromausfall ist glücklicherweis extrem unwahrscheinlich und bisher noch nie vorgekommen. Selbst kürzere Stromausfälle sind in Deutschland derzeit sehr selten. Es sei denn, dass es zu kriegerischen Auseinandersetzungen kommt.

Was versteht man unter Energie?

Der Begriff Energie ist mittlerweile in der Politik, den Umweltverbänden und den Medien ein ständiges Thema. Natürlich wegen der Erzeugung von Kohlendioxid (CO2) sowie den Kosten bei der Umstellung auf eine klimaneutrale Energieerzeugung.

Unter Energie versteht man die Fähigkeit Arbeit zu leisten. Daher sind Energie und Arbeit mehr oder weniger dasselbe und besitzen vor allem dieselben Einheiten.

Es gibt dabei sehr viele Energiearten, wie potenzielle, kinetische Energie. Oder auch Spannungsenergie - z.B. bei einer Feder - oder chemische Energie, die in Treibstoffen oder Kohle steckt, spielt eine große Rolle. Auch Wärmeenergie gibt es. Die Arbeit, und damit letztendlich auch die Energie, ist wie folgt definiert, wobei bei den Abkürzungen die englischen verwendet werden (W = Work, F = Force, s = space):

Arbeit = Kraft mal Weg  (W = F·s)

Die Einheit in der man die Arbeit und damit der Energie misst. ergibt sich, indem man in die Gleichung für die Kraft ein Newton (N) und für den Weg das Meter (m) einsetzt. Damit folgt für die Einheit der Arbeit das Newtonmeter (1Nm). Es sei ohne Herleitung erwähnt, dass 1Nm identisch mit der elektrischen Arbeit in Wattsekunden (Ws) ist

Strom

Stromerzeugung
Sofern eine Spule in einem Magnetfeld bewegt z.B. gedreht wird, wird in der Spule durch Induktion Strom erzeugt. Dabei ist
elektrischer Strom  der Fluss von Elektronen in einem Leiter, wie z.B. in Kupfer.
Dieses Prinzip wird im Kleinen z.B. bei einen Fahrraddynamo und im Großen in Generatoren angewandt. Dabei dreht sich im Prinzip eine oder mehrere Spulen in einem möglichst starken Magnetfeld. Das Magnetfeld kann in einem Fahrraddynamo durch einen bzw. mehrere Festmagneten erzeugt werden. In großen Generatoren werden dafür Spulen verwendet, die ihren Strom zur Magnetfelderzeugung aus einer "Nebenleitung" der Hauptspulen erhalten. Um die Spulen in dem Magnetfeld rotieren lassen zu können, benötigt man Turbinen, die sie antreiben. Die Turbinen können durch Gas, Öl, Kohle, Wasser oder durch Atomkraft in Kraftwerken angetrieben werden. Kleinere Generatoren z.B. in Windkraftanlagen, werden - dem Namen entsprechend - vom Wind angetrieben. Mittlerweile wird Strom im großen Stil auch in Solarzellen erzeugt, wo das Sonnenlicht zum Entstehen eines Elektronenflusses, also zur Entstehung von Strom dient. Im kleinen Stil sind es Batterien, wo auf chemisch-physikalischem Weg Strom erzeugt wird.

Hinweis
Die Kernkraftwerke in Deutschland werden bis Ende 2022 alle abgeschaltet sein. Nach derzeitigem Stand sollen bis 2038 zudem alle Kohlekraftwerke vom Netzt gehen. Umweltverbände, wie Fridays for Future, und immer mehr Politiker fordern, dass dies bereits bis 2030 geschehen soll.

Einheiten
Die Energie, also z.B., das, was der Kunde bezahlt, wird in der Regel in Kilowattstunden (kWh) gemessen bzw. abgerechnet. Die Energie einer Wattsekunde erreicht man bei ener elektrischen Spannung von einem Volt (V), bei einem Stromfluss von einem Ampere (A), der eine Sekunde lang wirkt. Als Gleichung:

1Ws = 1A · 1 V · 1 s

Achtung
Die Leistung eines Verbrauchers - eines Autos, eines Kühlschranks, einer Glühbirne oder eines Elektroherds wird in Watt (W) oder Kilowatt (kW) = 1.000 Watt angegeben und wird vom Hersteller mitgeliefert. Dagegen ergibt sich der Energieverbrauch durch Multiplikation mit der Verbrauchszeit und wird in der Regel in Kilowattstunden (kWh) angegeben. Die beiden Größen dürfen nicht verwechselt werden.

Energieverbrauch

Endenergie, Primärenergie
Endenergie ist  die  Energie, die von den Verbrauchern in Form von Erdöl-, Erdgas- und Kohleprodukten, wie Kraftstoffen (Benzin, Diesel), Heizöl, Koks, Kohle, sowie als elektrischer Strom oder Fernwärme genutzt bzw. verbraucht wird. Primärenergie ist die insgesamt erzeugte Energie. In Deutschland betrug die Endenergie im Jahr 2019 rund 2.500 Milliarden  = 2,5 Billionen kWh.

Der Netto-Stromverbrauch – also der Stromverbrauch ohne den Eigenverbrauch der Kraftwerke und der Netzverluste- betrug in Deutschland im Jahr 2019 etwa 512 Milliarden kWh = 512 TWh (T = Tera). Im September 2020 waren  53,5% des Stroms grüner Strom, der vorwiegend von Solarzellen und Windkrafträdern erzeugt wurde. Der mittlere Stromverbrauch eines Einpersonenhaushalts beträgt ca. 1.500 kWh und der eines Vierpersonenhaushalts etwa 4.500 kWh.
Interessant dürfte sein, dass in Deutschland die Server und Rechenzentren im Jahr 2019 rund 12,2 Milliarden kWh Strom verbraucht hatten. Und 1.000 Suchanfragen bei Google haben einen Stromverbrauch von 0,3 kWh zur Folge. Pro Tag erfolgen weltweit rund  5,6 Mrd. Suchanfragen bei Google, in Deutschland sind es geschätzte 90 Millionen (Stand 2020). Somit werden in Deutschland täglich 27 Millionen kWh Strom nur für Suchanfragen bei Google verbraucht. Der Energieverbrauch - nicht nur der Stromverbrauch - teilt sich wie folgt auf:

  • Verkehr: 736 TWh (30%)
  • Industrie: 735 TWh (29,5%)
  • Haushalte : 635 TWh (25,5%)
  • Gewerbe, Handel, Dienstleistungen: 375 TWh (15%)

Stromverbrauch inklusive erneuerbarer  Energien

  • Industrie:  227 TWh
  • Gewerbe, Handel, Dienstleistungen: 145 TWh
  • Haushalte : 129 TWh
  • Verkehr: 2 TWh

Stromkosten
Die Stromkosten in Deutschland variieren in Abhängigkeit vom Anbieter und den jeweiligen Verträgen. Aber mit einen Preis von 30 Cent = 0,3 Euro  liegt man sicherlich nicht ganz falsch. Mit diesem Strompreis betragen  die jährlichen  reinen Stromkosten bei einem Einpersonenhaushalt rund 450 € und die eines Vierpersonenhaushalts bereits rund 1350 €. Hinzu kommen noch die jeweiligen Grundgebühren. Würde man für den gesamten jährlichen Stromverbrauch in Deutschland pro kWh 0,3 € bezahlen, dann würden dies jährliche Kosten in Höhe von 153 Milliarden € bedeuten. Die Kosten für 90 Millionen tägliche Suchanfragen bei Googgle lagen im Jahr 2020 bei rund 8,1 Millionen € - jährlich somit rund 2,96 Milliarden €.

Etwas Physik

Die Spannung ist als Arbeit pro Ladung und die Stromstärke als Ladung pro Zeit definiert:

U = W/q
I = q/t

Wenn man in die beiden Gleichungen  die jeweiligen Einheiten Volt (für U),  Ampere (für I),  Nm (für W) und für die Ladung Coulomb (C) einsetzt folgt:

V = Nm/C
A = C/s

Nach der Muliplikation der beiden Gleichungen ergibt sich:

V·A = Nm/C· C/s

Die Ladung C kürzt sich in der Gleichung heraus  - und nach Multiplikation beider Seiten mit s (Sekunde) - ergibt sich der oben behauptete Zusammenhang zwischen Newtonmeter (Nm) und Wattsekunde (Ws)

Fridays for Future

Die Bewegung Fridays for Future hatte ihren Anfang am 20 August 2018 genommen, als die seinerzeit 15 Jahre alte Greta Thunberg sich drei Wochen lang vor den Reichstag in Stockholm gesetzt hatte und mit einen Schild „Skolstrejk för Klimatet“ für den Kampf gegen die Klimaerwärmung gestreikt hatte. In Deutschland wurde dies im Januar  2019 vor allem von Schülern und Studenten übernommen und hat sich mittlerweile zu eine großen Bewegung entwickelt.  Es ist mittlerweile in großen Teilen der Bevölkerung Konsens, dass die zunehmende Klimaerwärmung, vor allem durch die den Ausstoß von Kohlendioxid (CO2) aber auch von Methan (CH4) die Existenz der Menschheit bedroht.

     

    Achtung

    In Deutschland kamen im Jahr 2019 etwa 42 Menschen  - und fast alle im Haushalt - infolge eines Stromschlags ums Leben. Und das obwohl seit dem Jahr 2008  in Neubauten FI- Schalter vorgeschrieben (F = Fehler; I = Strom) sind. Diese Schalter wirken wie eine zusätzliche Sicherung, die bei Fehlströmen über 30 mA innerhalb von spätestens 0,3 Sekunden den Stromfluss unterbricht und damit die Gefahr eines tödlichen  Herzflimmerns verhindert. Mittlerweile werden die Schalter als RCD (Recident Current Divide) bezeichnet.