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Gestern – Heute – Morgen

Hintergrund
Deutschland will mehr tun fürs Klima. Nach dem Urteil des Bundesverfassungsgerichts im März 2021 hat die Bundesregierung verkündet, dass bis 2030 die CO2-Emissionen um 65% gegenüber dem Niveau des Jahres 1990 sinken sollen und nicht - wie vorher geplant - um 55%. Dafür braucht es grundsätzlich mehr elektrische Energie aus erneuerbaren Quellen als bisher geplant.
Je nachdem wie hoch der Bedarf an elektrischer Energie für das Jahr 2030 geschätzt wird, ergeben sich gänzlich andere Größenordnungen, in denen Wind- und Sonnenkraftanlagen ausgebaut werden müssen, um dieses 65%-Ziel erreichen zu können.

Wie entwickelt sich der zukünftige Energiebedarf in Deutschland?
Bisher ging das Bundeswirtschaftsministerium (BMWi) davon aus, dass sich der Stromverbrauch in den nächsten neun Jahren bis zum Jahr 2030 nicht wesentlich verändern wird und bei rund 580 Milliarden kWh bleibt. Schaut man in die Vergangenheit, erscheint das nicht falsch. „In den letzten zehn, 20 Jahren war der Stromverbrauch relativ konstant", sagte Johannes Wagner vom Energiewirtschaftlichen Institut an der Universität zu Köln (EWI) der deutschen Welle. „Wir hatten über einen langen Zeitraum einen Bruttostromverbrauch von etwa 600 Milliarden kWh. Der ging nur 2020 relativ stark runter aufgrund von Sondereffekten durch Corona."
Das muss aber nicht für die Zukunft gelten. Verschiedene Experten gehen davon aus, dass die bisherige Planung der Bundesregierung zu zurückhaltend ist. Selbst SPD-Kanzlerkandidat Olaf Scholz kritisierte unlängst indirekt seinen Ministerkollegen Peter Altmaier (CDU): „Wer behauptet, dass der Stromverbrauch bis 2030 gleichbleibt, belügt sich selbst und das Land.“
Was also, wenn der Stromverbrauch gar nicht gleich bleibt, sondern vielleicht sogar stark steigt? Das ist nämlich das Szenario, von dem verschiedene Energieexperten ausgehen. „Die Expertenkommission zum Monitoring der Energiewende, der ich angehöre, hat einen Wert zum Stromverbrauch abgeschätzt, der signifikant über dem der Bundesregierung liegt", sagt Veronika Grimm, Mitglied des Sachverständigenrats der Regierung (der „Wirtschaftsweisen"). „Wir bewegen uns rund um einen Wert von 650 Milliarden kWh und sind damit noch am unteren Rand des Spektrums", so Grimm im Gespräch mit der deutschen Welle im Juli 2021.

Energiebedarf im ersten Halbjahr 2021
Laut Zeit Online wurde im ersten Halbjahr des Jahres 2021 mehr Energie benötigt und mehr CO2 emittiert, als im Vorjahreszeitraum mit ca. 600 Milliarden kWh. Der Anteil fossiler Brennstoffe stieg dabei im Jahresvergleich.
Ein eher kühler Winter (2020/2021) und das Wiederanlaufen der Wirtschaft nach dem Corona-Einbruch ließen den Energiebedarf in Deutschland im ersten Halbjahr 2021 steigen. Nach Berechnungen der Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen (AGEB) legte der Verbrauch, gegenüber dem Vorjahreszeitraum, um 4,3% zu, auf ca. 625 Milliarden kWh.
Weil mehr Strom mit Braun- und Steinkohle produziert wurde als im Vorjahreszeitraum, erhöhten sich die Kohlendioxidemissionen um 6,2%. Der Verbrauch von Braunkohle stieg in den ersten sechs Monaten dieses laufenden Jahres um rund ein Drittel, der von Steinkohle um fast 23%. Der Anstieg der fossilen Brennstoffe bei der Stromerzeugung ist vor allem darauf zurückzuführen, dass weniger Windstrom erzeugt wurde.

Schätzungen des zukünftigen deutschen elektrischen Energiebedarfes
Bundeswirtschaftsminister Peter Altmaier legte am 13.07.2021 eine erste Neuschätzung des deutschen elektrischen Energiebedarfes im Jahr 2030 vor.
In der Pressemitteilung des BMWi vom 13. Juli 2021 führt Bundeswirtschaftsminister Peter Altmaier hier unter anderem aus: „Die Neufassung des Klimaschutzgesetzes und unsere neuen ambitionierten Klimaziele, die Bundestag und Bundesrat Ende Juni 2021 verabschiedet haben, erfordern eine Anpassung unserer Analysen zum Stromverbrauch 2030.“
Heute ist schon klar zu erkennen, dass die zukünftige deutsche Energieversorgung im Kern auf zwei Energieträgern beruhen wird. Zum einen auf Strom aus erneuerbaren Energien und zum anderen auf Wasserstoff, der mit der Hilfe erneuerbaren Energien erzeugt wird.
Eine erste Abschätzung des Stromverbrauchs im Jahr 2030, die von der Prognos AG im Auftrag des Bundeswirtschaftsministeriums erstellt wurde, kommt auf einen Stromverbrauch zwischen 645 und 665 Milliarden kWh. Dabei wurden folgende Annahmen getroffen: 14 Mio. Elektro-Pkw, 6 Mio. Wärmepumpen und 30 Milliarden kWh Strom für grünen Wasserstoff.
Laut der deutschen Welle schätzt die Denkfabrik Agora Energiewende den elektrischen Energiebedarf im Jahr 2030 ebenfalls auf 650 Milliarden kWh. Das EWI rechnet damit, dass in neun Jahren 685 Milliarden kWh benötigt werden. Der Bundesverband Erneuerbare Energien (BEE) geht von 745 Milliarden kWh im Jahr 2030 aus und das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) rechnet sogar mit einem Energiebedarf von 780 Milliarden kWh in 2030. Also 70 bis 200 Milliarden kWh mehr, als das Wirtschaftsministerium aktuell prognostiziert.

Höherer Energiebedarf durch E-Autos, Wärmepumpen und Elektrolyseure
Der Bedarf an Energie wächst durch den Wechsel zur E-Mobilität und durch die sich ändernde Heizung der Gebäude (z.B. mit elektrisch versorgten Wärmepumpen). Außerdem zeichnet sich ab, dass die Industrie auf synthetische Energieträger, wie z.B. Wasserstoff, umstellen muss. Für die Herstellung von grünem Wasserstoff durch Elektrolyse entsteht wiederum ein erhöhter Bedarf an elektrischer Energie.
„Allein das Ziel der Bundesregierung, bis zum Jahr 2030 Elektrolyse-Kapazitäten von fünf Gigawatt zu schaffen, bringt ja einen ganz erheblichen Strom-Mehrbedarf mit sich. Dafür muss man ungefähr 20 Milliarden kWh Strom zusätzlich veranschlagen", sagt Veronika Grimm. Dieser Energiebedarf entspricht mehr als einem Sechstel der gesamten im Jahr 2020 zur Verfügung gestellten Energie durch Windenergie.
Es wird also mehr Strom verbraucht werden. Auf der anderen Seite gibt es natürlich auch Effizienzgewinne, die den Stromverbrauch senken. Die Bundesregierung hat sich in diesem Bereich das Ziel gesetzt, durch mehr Energieeffizienz den Stromverbrauch bis zum Jahr 2050 um 25% gegenüber 2008 zu senken. Diese Effizienzgewinne können aber den Mehrbedarf an elektrischer Energie nicht ausgleichen.
Außerdem werden volkswirtschaftlich hoch rentable Effizienzpotenziale bislang nicht systematisch genutzt, obwohl bereits heute marktreife Technologien bereitstehen würden, lautet die Kritik von Agora Energiewende.

Wie groß muss der Ausbau der Erneuerbaren Energien sein?
Geht man von den Stromschätzung der Agora Energiewende aus, dann müsste Deutschland bis 2030 jährlich ungefähr zehn Gigawatt Photovoltaik, 1,7 Gigawatt Wind an Land und vier bis fünf Gigawatt Wind auf See ausbauen. Diese Leistungen wurden in den vergangenen Jahren nur in den Rekord-Ausbaujahren erreicht.
Ohne die europäischen Nachbarn wird es wohl auch nicht gehen. „Aktuell exportiert Deutschland Strom ins Ausland", sagt Johannes Wagner (EWI), „mittelfristig muss damit gerechnet werden, dass Deutschland erstmal zum Netto-Importeur wird.“
Es werde durchaus herausfordernd und man werde viele Hebel in Bewegung setzen müssen, um den Ausbau der erneuerbaren Energien zu forcieren, sagt auch die Sachverständige Veronika Grimm.

Quellen:
Deutsche Welle, ZEIT ONLINE, dpa, BDEW, Statista, BMWi, AGEB, ZSW, ISE, Agora Energiewende, EWI

Hintergrund

Viele Menschen nutzen bis zu mehreren Stunden täglich ein Smartphone mit Internetzugang. Im Jahr 2020 lag die Anzahl der Smartphones, die weltweit im Umlauf waren, bei über 8,15 Milliarden [Quelle: statista]. Weltweit sind große Datenmengen im Umlauf, alleine auf Youtube werden pro Sekunde 400 Stunden Videomaterial veröffentlicht [Quelle: brandwatch]. Die sogenannten Big Data sind exponentiell wachsende Mengen an Daten, die online abrufbar sind und in großen Serverzentren gespeichert sind. Voraussetzung dafür ist die Infrastruktur in diesen Serverzentren, deren Betrieb mit einem jährlich steigenden Energieverbrauch verbunden ist.
Allein bei Google gehen 3,8 Millionen Suchanfragen in der Minute ein, ergab eine Studie im Auftrag der Wirtschaftswoche. Die Mitglieder von Facebook laden jede Minute ca. 250.000 Bilder hoch und der Musikdienst Spotify streamt im Schnitt jede Minute 1,5 Millionen Lieder.

Energieverbrauch durch den Internetbetrieb und CO2-Emission

Wer eine Suchanfrage auf Google stellt, hat pro Suchanfrage einen Verbrauch von 0,003 kWh – genug Energie, um eine 60-Watt Glühlampe für 17 Sekunden zum Leuchten zu bringen. Jeder Google-Nutzer könnte mit seinen monatlichen Suchanfragen eine 60-Watt-Glühlampe für drei Stunden betreiben. Für den Gesamtenergiebedarf müssten allerdings noch internetfähiges Endgerät und Internetzugang des Nutzers mit eingerechnet werden.
Der Stromverbrauch einer einzigen Suchanfrage entsteht an drei verschiedenen Stellen:

  1. Der Stromverbrauch des internetfähigen Endgerätes.
  2. Der Stromverbrauch der Netze wie Mobilfunkstation und Internetrouter.
  3. Der Stromverbrauch der Rechenzentren- und Datenzentren mit seinen Servern und Kühlsystemen, die wiederum aus Klimaanlagen, Ventilatoren und Rückkühlungen bestehen.

Im Jahr 2020 betrug laut dem Borderstep Institut der Energieverbrauch aller Server- und Rechenzentren in Deutschland ca. 16 Milliarden kWh. Mit dieser Energie könnten 4,8 Millionen Drei-Personen-Haushalte, mit einem Energiebedarf von 3.300 kWh/a, versorgt werden.
Wenn das Internet ein Land wäre, wäre es gemessen am Stromverbrauch das drittgrößte Land der Welt. Es ist auf der dritten Position nach China mit 5,564 Milliarden kWh (2020) und den USA mit 3.902 Milliarden kWh (2020) und noch vor Indien mit 1.137 Milliarden kWh (2020). Nach aktuellen Abschätzungen benötigt der Betrieb des Internets zurzeit weltweit Energie zwischen 1.100 bis 1.300 Milliarden kWh/a.
Aktuell liegt der jährliche Energiebedarf bei der Nutzung digitaler Dienste unter einem Prozent des weltweiten Energiebedarfs (ca. 160.000 Milliarden kWh). Der Google-Konzern benötigt nach eigenen Angaben derzeit 5,7 Milliarden kWh pro Jahr, dies entspricht dem Energiebedarf einer amerikanischen Großstadt. Laut WDR sollen 2030 13 Prozent des gesamten Weltenergiebedarfes für den Internetbetrieb notwendig sein. Somit verursachen Web, Apps und vor allem das Streamen von Filmen und Serien schon bald eine ebenso hohe CO2-Belastung wie der gesamte weltweite Flugverkehr (vor Corona), schätzt das Borderstep Institut.
Das französische Forschungsprojekt „The Shift-Project“ fand heraus, dass allein die Nutzung von Onlinevideos einen CO2 Ausstoß äquivalent zum Energiebedarfes von Spaniens im Jahr 2018 hat. Die Klimaforscher aus Frankreich haben ausgerechnet, dass 23 Bäume pro Sekunde gepflanzt werden müssten, um die weltweit durch Google-Anfragen verursachte CO2-Emission auszugleichen. Das wären fast zwei Millionen Bäume pro Tag.

Auswirkungen des Technologiesprungs zum Mobilfunkstandard 5G

Mit dem Technologiesprung zum Mobilfunkstandard 5G wird der Energiebedarf von Rechenzentren drastisch ansteigen. Zu diesem Ergebnis kommt eine von E.ON bei der Universität RWTH Aachen beauftragte Studie. Danach kann 5G den Strombedarf in Rechenzentren um bis zu 3,8 Milliarden kWh bis zum Jahr 2025 erhöhen. Das ist genug Energie, um die 2,5 Millionen Einwohner der Städte Köln, Düsseldorf und Dortmund ein Jahr lang zu versorgen.
Ein schnellerer mobiler Internetzugang ruft laut des französischen Shift Project ein sich stark wandelndes Nutzungsverhalten hervor. Mobiles Surfen wird dank 5G immer schneller und möglichweise zugleich günstiger. So hat sich heute schon das durchschnittliche monatliche Datenvolumen in Deutschland in den letzten zehn Jahren von 0,027 auf 2,5 Gigabyte verhundertfacht.
Grundsätzlich gilt, dass der Zugang zum World Wide Web über das Mobilfunknetz deutlich mehr Strom benötigt, als über das heimische Kabel. Experten gehen hier sogar von einem bis zu 23x höheren Energiebedarf aus. Je höher die verfügbare Geschwindigkeit unterwegs ist, umso geringer ist das Bedürfnis, zuhause das WLAN zu nutzen. Ein energetischer Teufelskreis.

Weitere Streiflichter als kurze Faktensammlung

  1. Wer jedes Jahr eine oder zwei Stunden täglich einen Streamingdienst auf seinem Fernseher nutzt, verursacht einem Stromverbrauch, mit dem man ein halbes Jahr lang seinen A+++-Kühlschrank laufen lassen kann.
  2. Laut dem Shift-Project verbraucht eine Stunde Streamen über Netflix in HD-Qualität die gleiche Energiemenge wie eine Stunde Brotbacken im Backofen.
  3. Laut Stern verursacht der Energieverbrauch einer typischen Email im Schnitt eine Emission von einem Gramm CO2. Da Nutzer im Schnitt 30 E-Mails am Tag verschicken, könnten sie mit dieser Energie eine 4-Watt-LED für 15 Stunden zum Leuchten bringen.
  4. Laut dem kanadischen Netzanalyseunternehmen Sandvine entfällt fast die Hälfte des mobilen Internet-Verkehrs auf Smartphones weltweit auf Video-Streaming (49 Prozent). Wiederum knapp die Hälfte dieser Kategorie beansprucht YouTube für sich (48 Prozent). Damit ist Googles Video-Tochter mit großem Abstand der größte Bandbreitenfresser und beansprucht knapp ein Viertel des gesamten mobilen Internetverkehrs für sich (23,5 Prozent).[Michael Kroker]
  5. Das Shift Project hat berechnet, dass eine halbe Stunde Streaming ca. 1,6 kg CO2 verursacht. Das entspricht einer Autofahrt von 6,28 km. Demnach war Streaming im vergangenen Jahr für einen Ausstoß von Treibhausgasen verantwortlich, der genauso hoch war wie der Spaniens. Es wird angenommen, dass sich diese Menge in den nächsten 6 Jahren verdoppeln wird.
  6. Mit 20 Google-Suchanfragen brennt eine Energiesparlampe 1 Stunde lang!
  7. 10 Stunden high-definition Videos verbrauchen mehr Energie als alle englischen Wikipedia Artikel im Textformat.
  8. Die Kryptowährung Bitcoin hinterlässt einen deutlichen CO2-Fußabdruck: Der Stromverbrauch bei der Schöpfung von Bitcoin liegt pro Jahr bei etwa 46 Milliarden kWh Strom.
  9. Wenn zehn Millionen Menschen einen Film im Fernsehen schauen, löst das nur eine einzige Ausstrahlung aus. Wenn aber zehn Millionen Menschen einen Film streamen, löst das auch zehn Millionen Übertragungen, mit dem entsprechenden Energiebedarf, aus.

Wohin mit der Wärme?

Durch das Wachstum der Streaming-Branche steigt die Zahl der Rechenzentren. Schon heute ist Frankfurt der größte Internetknoten weltweit. Und jedes dieser Rechenzentren hat einen Stromverbrauch einer Kleinstadt. Sie machen zusammen 25 Prozent des Stromverbrauchs der Stadt Frankfurt aus. Bei dem Betrieb dieser Rechenzentren entstehen große Wärmemengen, die mit Hilfe von Kälteanlagen kompensiert werden müssen.
Bis zum Jahr 2025 werden bundesweit laut E.ON bis zu 8 Milliarden kWh Abwärme zur Verfügung stehen. Hier verbirgt sich ein großes Potenzial für die nachhaltige Nutzung dieser Energie. Allein In Deutschland gibt es mehr als 53.000 Rechenzentren mit über 2 Millionen Servern. Heute wird die Abwärme von Rechenzentren noch nicht konsequent genutzt. Nur 19 Prozent der weltweiten Rechenzentren verwenden Teile ihrer Abwärme weiter.
Diese Abwärme ist wertvolle Energie. Knapp die Hälfte der eingesetzten elektrischen Energie wird in Wärme umgewandelt. In Zukunft können Rechenzentren zur Wärmeversorgung von Wohnsiedlungen und ganzen Stadtteilen genutzt werden.
Laut WDR kommt eine andere Idee aus Dresden. Die Server eines Rechenzentrums müssen nicht an einem Ort stehen, sondern können auch verteilt betrieben werden. So könnte in Mehrfamilien-Häusern Server im Keller stehen und deren anfallende Abwärme für Heizung und Warmwasser genutzt werden.

Kleine Ursache, große Wirkung

Bei Umwelt- und Klimaschutz können auch viele kleine Dinge in der Folge großes bewirken. Vieles beginnt mit einer Veränderung des Verhaltens. Können vielleicht Newsletter abbestellt werden, die man nicht mehr liest? Muss die Serie wirklich „zwischendurch“ online gestreamt werden oder doch lieber entspannt zuhause auf dem Sofa im WLAN? Müssen wirklich alle Dateien in einer Cloud gespeichert werden oder reicht auch die lokale Festplatte? Sollten alte Mails aus dem Speicher des Postfachs gelöscht werden?
In einem Experiment hielt das TV-Wissensmagazin Galileo im Jahr 2019 die Nutzer eines E-Mail-Dienstes dazu an, innerhalb einer Stunde möglichst viele Mails zu löschen. Die über 27.000 Teilnehmer der Aktion löschten insgesamt mehr als 300.000 Mails – durchschnittlich elf Stück – leerten die Papierkörbe und legten damit 50 Gigabyte Festplattenkapazität auf den Servern frei: Nach Schätzungen des Rechenzentrums eine Ersparnis von schätzungsweise 1,7 Kilogramm CO2. Würde bundesweit jeder Nutzer 11 Mails am Tag löschen würden 91.000 t CO2/a gespart. Das wäre der Energieverbrauch von ca. 125.000 Menschen.

Aussicht

Bis 2030 könnten allein 13 Prozent des gesamten weltweiten Strombedarfs durch den Betrieb von Rechenzentren verursacht werden. Das Surfen im Netz und das Streamen von Unterhaltungsangeboten verursacht eine ebenso hohe CO2-Belastung wie der gesamte, weltweite Flugverkehr (vor Corona), schätzt das Borderstep Institut. Laut dem Shift Project ist davon auszugehen, dass digitale Technologien heute schon für vier Prozent der globalen Treibhausgasemissionen verantwortlich sind und deren Energieverbrauch jährlich um bis zu 9 Prozent wachsen könnte.

Hintergrund: Was ist der Standby-Modus?

Der Standby-Modus ist ein Zustand eines technischen Gerätes. Er zeichnet sich durch temporär deaktivierte Nutzfunktionen aus, die sich jedoch zu jedem Zeitpunkt ohne Wartezeiten wieder aktivieren lassen – beispielsweise mit Hilfe einer Fernbedienung. Mitunter finden sich für den Standby-Modus auch die Bezeichnungen Bereitschaftsmodus, Wartemodus oder Schein-Aus-Modus (Amtsdeutsch).
Da das Elektrogerät zumindest die Steuersignale verarbeiten können muss, besteht die Notwendigkeit, dass die entsprechende Schaltung zur Steuersignalverarbeitung jederzeit aktiv ist. So verbraucht das Gerät auch im Standby-Modus Leistung. Für den Betrieb im Standby-Modus wird, allein in Deutschland jährlich, Energie für etwa vier Milliarden Euro benötigt.

Weniger Verbrauch im Standby-Modus durch Ökodesign-Richtlinie?

Um den Stromverbrauch, für den der Standby-Modus verantwortlich ist, zu senken, hat die Europäische Union im Jahr 2008 die sogenannte Ökodesign-Richtlinie verabschiedet. Diese legt Limits für den Leistungsbedarf von Haushaltsgeräten und Unterhaltungselektronik im Standby-Modus fest. Im Jahr 2013 wurde das 2010 in Kraft getretene Regelwerk noch einmal verschärft. Die Bundesregierung hat unter Federführung des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie die (Ökodesign)-Richtlinie 2009/125/EG mit dem Energieverbrauchsrelevante-Produkte-Gesetz (EVPG) in deutsches Recht umgesetzt.

Bis 2020 sollte dies zu einer EU-weiten Stromeinsparung von 72 TWh führen, was in etwa der Energiebereitstellung von 4,5 Kraftwerksblöcken (mit 800 MW Leistung und einer realistischen Volllast von ca. 40% [Durchschnittliche Volllast in Deutschland von 2015 bis 2020: 38,7%]) in diesem Zeitraum entspricht.

Wie hoch ist denn der Stromverbrauch im Standby-Modus?

Geräte ohne eine Informations- oder Statusanzeige dürfen im Standby-Modus maximal 0,5 Watt verbrauchen. Für Elektrogeräte mit einer Informationsanzeige – beispielsweise für die Uhrzeit – gilt dagegen ein Maximum von einem Watt. Für Geräte mit hoher Netzwerkverfügbarkeit (HiNA-Geräte) oder entsprechenden Funktionen gilt ein Grenzwert von acht Watt. Weitere vernetzte Geräte müssen seit 2019 unter einem Wert von zwei Watt bleiben.

Dies bedeutet für den maximalen jährlichen Stromverbrauch unterschiedlicher Geräteklassen bei einer täglichen Standby-Dauer von 22 Stunden:

  1. Gerät ohne Informationsanzeige (0,5 W):    ca. 4 kWh
  2. Gerät mit Informationsanzeige (1 W):        ca. 8 kWh
  3. Gerät mit hoher Netzwerkverfügbarkeit (8 W):    ca. 64 kWh

Energiekosten im Standby-Modus

Für die drei oben beschriebenen Geräteklassen ergeben sich im Standby-Modus (22h), bei einem durchschnittlichen Strompreis von 29 Cent je kWh (Stand: 08/21, inkl. Festpreisanteil und dem Verbrauch eines durchschnittlichen Drei-Personen-Haushaltes von 3.300 kWh/a), folgende Energiekosten:

  1. Gerät ohne Informationsanzeige (0,5 W):    ca. 1,16 Euro
  2. Gerät mit Informationsanzeige (1 W):        ca. 2,32 Euro
  3. Gerät mit hoher Netzwerkverfügbarkeit (8 W):    ca. 18,56 Euro

Generell kostet der Verbrauch von einem Watt im Standby-Modus (24h) im Jahr je nach Stromtarif zwischen 2,57 Euro und 3,15 Euro.

Beispiel: Digitaler Sprachassistent
Besitzer eines Sprachassistenten der 1. Generation müssen mit folgenden Verbräuchen und Stromkosten rechnen:

  1. Im Standby-Modus, also ohne Frage an den Assistenten oder Musikwiedergabe: 2,8 Watt.
  2. Im Assistenten-Modus, wenn eine Frage beantwortet werden soll: 3,2 Watt.
  3. Bei der Audiowiedergabe mit mittlerer Lautstärke (Stufe 5 von 10): 3 Watt.
  4. Bei der Audiowiedergabe mit voller Lautstärke – Stufe 10 von 10: 7 Watt.

Bei einem durchschnittlichen Strompreis von 29 Cent je kWh ergeben sich im Standby-Modus (wieder für eine Standby-Dauer von 22h) jährliche Stromkosten in Höhe von 7,09 Euro (24,46 kWh). Bei zwei Stunden Musik am Tag (ansonsten Standby) ergeben sich 9,20 Euro.
Deutlich teurer wird es bei den Assistenten der 1. Generation mit integrierter Anzeige. Diese Geräte verursachen Kosten zwischen ca. 12 und ca. 19 Euro im Jahr. Positiv ist aber die Tendenz, dass neuere Sprachassistenten, gerade im Standby-Modus, weniger Energie benötigen.

Wie viel Geld lässt sich sparen, wenn alle Geräte komplett ausgeschaltet werden?

Um welchen Betrag die Stromrechnung reduziert werden kann, wenn der Verbraucher sämtliche Geräte ausschaltet und diese nicht bloß in den Standby-Modus versetzt, hängt im Wesentlichen von zwei Faktoren ab: Zum einen davon, wie viele Haushalts- und Elektrogeräte der jeweilige Haushalt besitzt. Zum anderen spielt es eine Rolle, wie alt diese Geräte sind. Nach Auskunft der Verbraucherzentralen gehen im Schnitt etwa 10 bis 20 Prozent des Stromverbrauchs auf Geräte im Standby-Modus zurück. Dieser Prozentbereich wurde  auch bei Leistungs- bzw. Energiemessungen der KoCoS Engineering GmbH, mit bis zu 20 zeitgleichen Messungen mit KoCoS-Messgeräten vom Typ EPPE, in großen Liegenschaften der Länder, des Bundes oder der Immobilienwirtschaft beobachtet.

Die Versicherungswirtschaft geht für einen Drei-Personen-Haushalt von einem jährlichen Einsparpotenzial von 330 bis 660 KWh aus. Ausgehend von einem Strompreis von 29 Cent je kWh (s.o.) entspricht dies einem Einsparpotential von ca. 95 Euro bis zu ca. 190 Euro pro Jahr.

Nach dem Aufladen des Smartphones verbleibt das Ladegerät in der Steckdose?

Sie kennen das sicher: Nach dem Aufladen des Smartphones bleibt das Ladegerät in der Steckdose. Es ist bequem, das Smartphone Handy bei Bedarf einfach anstecken zu können und das Ladekabel nicht suchen zu müssen. Was kostet uns diese Bequemlichkeit?

Moderne Ladegeräte dürfen nach der Ökodesign-Richtlinie nicht mehr als 0,3 W verbrauchen. Gehen wir im Standby-Modus wieder von einer Dauer von 22h aus, ergeben sich für einen Verbrauch von 2,4 kWh, wieder bei einem Strompreis von 0,29 Euro/kWh, Kosten in Höhe von 0,70 Euro jährlich.

Für jeden einzelnen ein kleiner Betrag. Rechnet man die Mehrkosten aber auf die Gesamtbevölkerung hoch, ergibt sich eine überraschend hohe Summe: Denn in Deutschland nutzen im Jahr 2020 ca. 60,7 Millionen Menschen ein Smartphone (Quelle: statista).

Vorausgesetzt alle Lagegeräte dieser Smartphones blieben im Standby-Modus am Netz, führte dies zu einem jährlichen Verbrauch von mehr als 145 GWh oder 145 Mio. kWh bei Kosten von ca. 42 Mio. Euro/a. Bei der Verstromung (Energiemix 2020) entstehen dabei mehr als 58 Tonnen C02 im Jahr (Quelle: UBA).

Wie oben schon erwähnt verbraucht ein deutscher Haushalt mit drei Personen im Durchschnitt etwa 3.300 kWh im Jahr (Stand: September 2020). Mit der Energie die für den Standby-Modus benötigt wird könnten etwa 44.000 Drei-Personen-Haushalte in Deutschland ein Jahr lang mit Strom versorgt werden. Doch auch die Ladegeräte von Laptops, Tablets oder E-Readern verbrauchen Energie, wenn man sie in der Steckdose belässt.

In der Praxis wird der Wert des maximalen Kurzschlussstromes „Ik_max“ eines Transformators häufig benötigt. Zum einen, um die Strombelastbarkeit von Eingangskreisen wie z. B. bei dem KoCoS Störschreibersystem SHERLOG abschätzen zu können. Hierbei muss auch noch berücksichtigt werden, dass die in der Mittelspannung verwendeten typischen Schutz-Stromwandler im Kurzschlussfall bis zu 40-mal höhere Ströme als den Nennstrom des Wandlers übertragen können. Zum anderen wird der Wert von „Ik_max“ bei der Plausibilitätsprüfung der Parameter einer Hochstromstufe eines Transformatorschutzrelais bei der Inbetriebnahme- oder Wiederholungs­schutzprüfung zum Beispiel mit dem KoCoS Relaisprüfsystem ARTES benötigt.

Die folgenden Formeln dienen zur Abschätzung des maximalen Kurzschlussstromes „Ik_max“ für dreiphasige Mittelspannungstransformatoren. Der ermittelte Stromwert „Ik_max“ ist in der Praxis etwas höher, als der reale Kurzschlussstrom „Ik_max_real“ der sich tatsächlich ausprägt. Die Abschätzung erfolgt somit zur „sicheren Seite“.

Die folgenden Gleichungen 1 und 2 zeigen, dass die Abschätzung sowohl für die Primär- als auch für die Sekundärseite vorgenommen werden kann. Bei der Verwendung von Gleichung 1 und Gleichung 2 ist zu beachten, dass in die Gleichungen für die relative Kurzschlussspannung „uk“ in Prozent einzusetzen ist.

Ist der Nennstrom des Transformators nicht explizit bekannt (so wird bei Netzberechnungen für Transformatoren oft nur SNenn_Trafo und uk angegeben), kann die zugeschnittene Größengleichung 3 verwendet werden. Achtung: Diese Abschätzung des maximalen Kurzschlussstromes gilt nur für dreiphasige Mittelspannungstransformatoren mit einer Sekundärspannung von ULL = Unenn_sek = 400V. Auch bei der Verwendung von Gleichung 3 ist zu beachten, dass in die Gleichung die relative Kurzschlussspannung „uk“ in Prozent einzusetzen ist.

Häufig wird beim Einsatz von Transformatoren hinsichtlich des Verhaltens der Sekundärspannung bei Laständerungen auch von „spannungsharten“ oder „spannungsweichen“ Transformatoren gesprochen. Hierbei zeigen Gleichung 1 und 2, dass bei kleiner werdendem „uk“ (spannungshärter) der maximale Kurzschlussstrom steigt und bei größer werdendem „uk“ (spannungsweicher) der maximale Kurzschlussstrom sinkt. Die Kurzschlussspannung „Uk und damit auch die relative Kurzschlussspannung „uk“ sind ein Maß für den Innenwiderstand des Transformators.

Spannungsweich: Bei Belastung verringert sich die Ausgangsspannung des Transformators. Der Ausgangsstrom  verändert sich kaum. Der Transformator ist kurzschlussfest (Beispiel: Schweißtransformator).

Spannungssteif: Bei Belastung verringert sich die Ausgangsspannung des Transformators kaum. Der Ausgangsstrom steigt an. Der Transformator ist nicht kurzschlussfest.

Als Merkhilfe können, hinsichtlich des Verhaltens der Ausgangsspannung des Transformators, ein sehr hartes und ein weiches Kissen herangezogen werden. Übt man einen gleich starken Druck auf ein sehr hartes und ein weiches Kissen aus, so wird das harte Kissen deutlich weniger eingedrückt, als das Weiche. Die Tiefe des Eindrucks auf dem Kissens ist synonym für das Verhalten der Ausgangsspannung des Transformators.

Eine Netzberechnung ist immer dann notwendig, wenn neue Netze erstellt oder geplant werden, bestehende Netze überarbeitet werden oder neue Anlagen sowie Verbraucher in bestehende Netze integriert werden müssen. Gerade bei Bestandsnetzen ist eine zuverlässige einfache Aussage über die Auslastung des Netzes aufgrund der unzureichenden Datenlage in vielen Fällen nicht einfach möglich. Die über Jahre gewachsenen Strukturen sind meist nur schematisch dokumentiert und wurden, wenn überhaupt, in Teilen bei Sanierungen rechnerisch betrachtet.

In der Folge kann die Versorgungssicherheit gefährdet sein. Um Versorgungs-sicherheit zu gewährleisten, ist es zwingend notwendig, die Auslastung und Abschalt¬bedingungen im eigenen Netz zu kennen. Diese Daten dienen als Grundlage bei der Auslegung von Netzänderungen.

Die Netzberechnung dient dabei:

  • Der Unterstützung des Netzbetriebs bei der Bewertung des aktuellen Netzzustands (IST-Zustand)
  • Der Unterstützung des sicheren Netzbetriebs durch vorausschauende Netzsimulationen (Planungsgrundlage)
  • Als Grundlage für Betriebs- und Netzausbauplanungen (SOLL-Zustand)
  • Im Detail erfasst die Netzberechnung dabei alle Bemessungs- und Berechnungs-daten zur richtigen Dimensionierung der elektrischen Energieverteilung wie:
  • Auslastung der Betriebsmittel durch Lastflussberechnung,
  • Bestimmung der Kapazitätsreserven der einzelnen Betriebsmittel,
  • Kurzschlussstromberechnung (DIN VDE 0102),
  • Spannungsfallberechnung (DIN VDE 0100-520),
  • Selektivitätsbetrachtung (DIN VDE 0660-101 A1),
  • Strombelastbarkeit (DIN VDE 0276, DIN VDE 0298-4),
  • Schutz gegen Überlast (DIN VDE 0100-430),
  • Schutz bei Kurzschluss (DIN VDE 0100-430; DIN VDE 0103),
  • Schutz gegen elektrischen Schlag durch Abschaltung (DIN VDE 0100-410).

In der Planungsphase einer elektrischen Schaltanlage oder eines elektrischen Netzes ist die Netzberechnung ein wesentliches Werkzeug für die richtige Auslegung und die korrekte Auswahl der elektrischen Betriebsmittel. Nach der Fertigstellung der Anlage dient die Netzberechnung zur Ermittlung der Einstellwerte der Schutzgeräte bzw. zum verlangten Nachweis der selektiven Fehlerabschaltung (Selektivität) nach DIN VDE 0100-560, DIN VDE 0100-710 und DIN VDE 0100-718. Die Prüfung der einzelnen Schutzgeräte kann dabei natürlich mit unserem Schutzrelaisprüfsystem „ARTES“ durchgeführt werden.

Das KoCoS Engineering & Services Team nutzt das etablierte und herstellerunabhängige Netzberechnungsprogramm „PowerFactory“ der Firma DIgSILENT. Hiermit berechnen wir bundesweit für unsere Kunden Mittel- und Niederspannungsnetze in der Automobilindustrie, der industriellen und öffentlichen Netzbetreiber, von öffentlichen Landes- und Bundesliegenschaften und der Mineralölindustrie.

Das europäische Stromnetz hatte am 08. Januar 2021 mit größeren Problemen zu kämpfen. Eine ganze Region in Osteuropa wurde abgetrennt, teils kam es zu Stromausfällen. Der bei KoCoS in Korbach stationierte Netzanalysator EPPE hat den Verlauf der Frequenzstörung aufgezeichnet. Das zeigt wieder einmal, dass EPPE zuverlässig auch kleinste Veränderungen im Stromnetz erkennt, auch wenn deren Ursache in weiter Ferne liegt.

Das europäische Stromnetz zählt zur kritischen Infrastruktur (KRITIS). Das Österreichische Bundesheer hatte bereits im Januar 2020 gewarnt: „Es ist binnen der nächsten 5 Jahre mit einem europaweiten Blackout zu rechnen!“. Am 8. Januar 2021 gegen 14:05 Uhr kam es zu einer Frequenzabweichung von rund 250 mHz im synchronisierten europäischen Hochspannungs-Stromnetz. In der Folge sei die Region Südosteuropa vom europäischen Verbundnetz getrennt worden.

Eine Kaskade von Ausfällen von Betriebsmitteln wie Stromleitungen und Schaltanlagen in Südosteuropa führte zu massiven Problemen im europäischen Stromnetz. Auslöser des Beinahe-Blackouts in weiten Teilen Europas war demnach eine Umspannanlage im kroatischen Ernestinovo. In dem Umspannwerk sprach laut den ersten Ermittlungen um 14:04 ein Überstromschutz bei einem 400-Kilovolt-Sammelschienenkuppler an, sodass sich dieser automatisch abschaltete. Damit wurden auch zwei Höchstspannungsverbindungen unterbrochen, die Strom vom Balkan in andere Teile Europas führen. Dies betraf in nordwestlicher Richtung die Leitungen nach Žerjavinec (Kroatien) und Pecs (Ungarn). Ergebnis war, dass sich das europäische Stromnetz innerhalb von weniger als 50 Sekunden in zwei Gebiete aufteilte: Den Nordwesten, dem 6,3 GW Erzeugungsleistung fehlte, und den Südosten, in dem ein entsprechender Überschuss bestand.

In manchen Regionen hat es sichtbare Probleme gegeben. Beispielsweise sind Lampen in Haushalten und auf den Straßen aufgeleuchtet oder ausgegangen. Auch elektrische Geräte seien an- und ausgegangen. Der Radiosender RFI România berichtete von Stromausfällen in Teilen Rumäniens. Der Frequenzeinbruch führte bei verschiedenen Infrastrukturbetreibern, wie dem Wiener Flughafen oder auch in Krankenhäusern, zu Folgestörungen, welche die Notstromversorgung auslösten. Am Flughafen Wien kam es zudem zu einem schwerwiegenden Zwischenfall, wo hunderte Hardware-Teile zerstört wurden und ein Schaden von mehreren hunderttausend Euro entstanden ist.

Ungefähr eine Stunde nach der Abtrennung erfolgte eine Resynchronisierung der beiden Netzteile.

Genauer Ablauf der Störung
Um 14:05 Uhr fiel die Frequenz im nordwestlichen Netzteil so zunächst auf 49,74 Hertz (Hz). Nach rund 15 Sekunden stabilisierte sie sich bei 49,84 Hz, was noch innerhalb des zulässigen Bandes für Abweichungen von Plusminus 0,2 Hz liegt. Gleichzeitig sprang die Frequenz im südöstlichen Bereich auf 50,6 Hertz, bevor sie sich bei einem Wert zwischen 50,2 und 50,3 Hz stabilisierte.

Die Abtrennung des Teilnetzes hatte deutliche Auswirkungen auf die Netzfrequenz. So sank die Netzfrequenz um 14:04:55 (CET) innerhalb von 14 Sekunden von ca. 50,027 Hz auf minimal 49,742 Hz. Damit wurde der normale Regelbereich von 50,000 Hz ±200 mHz verlassen. Die erste Stufe des Ablaufplans (Aktivieren von Leistungsreserven) wurde erreicht. Der Wiederanschluss an das Verbundnetz um 15:08 Uhr (CET) hingegen hatte keine Auswirkungen auf die Netzfrequenz.