Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. (SFV)

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Datum: 08.03.2006 - überarbeitet 30.03.2006

EXergie - oder die höhere Wertigkeit von Strom


von Eberhard Waffenschmidt und Wolf von Fabeck

Strom kann man vollständig in Wärme verwandeln, Wärme jedoch nicht vollständig in Strom. Das liegt nicht nur an mangelhafter technischer Ausrüstung, sondern ist naturgesetzlich bedingt. Carnot hat nachgewiesen, dass selbst bei idealen technischen Voraussetzungen ein Rest nicht nutzbarer Wärmeenergie übrig bleiben muss. Er nennt dazu eine Formel, die den höchstmöglichen Wirkungsgrad einer Wärmemaschine angibt.

      η = ( T1 - T2 )   /   T1

Die Formelzeichen bedeuten:

  η     Wirkungsgrad
 T1   Temperatur der Wärmequelle
 T2   Temperatur, auf die das Medium abgekühlt werden kann

(Temperaturen gegenüber dem absoluten Nullpunkt von minus 273,15 Grad)

Mit anderen Worten:

Man kann 1 kWh elektrische Energie vollständig in 1 kWh Wärmeenergie umwandeln, sogar ohne Verluste, wenn man die Versuchsanordnung gut thermisch isoliert. Andersherum geht es nicht vollständig, hier gilt Carnot. Man kann 1 kWh Wärmeenergie nicht zu 100 % in elektrische Energie umwandeln. Der Abdampf oder die Auspuffgase (das „Arbeitsmedium“) sind immer noch wärmer als die Umgebungsluft und enthalten ungenutzte Wärmeenergie.

Aber selbst in einer idealen Maschine, in der sich das Arbeitsmedium bis auf Umgebungstemperatur abkühlt und ihm dabei auch noch der letzte Rest an nutzbarer Wärmeenergie entzogen wird, enthält das Arbeitsmedium immer noch die nicht mehr nutzbare Wärmemenge gegenüber dem absoluten Nullpunkt von minus 273 Grad. Es wird also - selbst bei einer idealen Maschine - immer Wärmeenergie übrigbleiben, umsomehr, je höher die Umgebungstemperatur ist und je geringer die Temperatur der Wärmequelle liegt. Die Bilanz - in kWh gemessen - stimmt aber auch dann: 3 kWh Wärmeenergie werden z.B. umgewandelt in 1 kWh elektrische Energie und 2 kWh Restwärme (nicht mehr vollständig nutzbar).

Für die Umwandlung gilt: Wirkungsgrad = Elektrische Energie (die rauskommt) / Wärmeenergie (die man reinsteckt). Die Tatsache, dass man elektrische Energie leicht in Wärme umwandeln kann, dass dies aber umgekehrt nur mit großen Einschränkungen möglich ist, wird unter Umweltfreunden meistens etwas nachlässig dadurch ausgedrückt, dass man elektrische Energie als eine "Edelenergie" ansieht, die man möglichst nicht zum Heizen verbrauchen soll. Physiker bezeichnen den nutzbaren Energieanteil als EXergie, den verbleibenden nicht nutzbaren Anteil als Anergie. (Natürlich wird EXergie mit einem kleinen "x" geschrieben, aber viele Laien halten das dann für einen Druckfehler und lesen "Energie".)

Für uns liegt im höheren Exergie-Anteil von Strom auch der Grund, warum wir eine Kraft-Wärme-Kopplung nur dann für sinnvoll halten, wenn die Wärme auch benötigt wird. Wärmegeführte Kraftwärmekopplung oder auf Österreichisch "Wärme-Kraft-Kopplung (WKK)".

 


Weitere Informationen zum Carnot-Prozess

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