Wie funktioniert der Energiemarkt?
Die Papierindustrie ist energieintensiv. Das liegt vor allem an zwei Prozessen: zum einen am langen Zellstoff-Kochen und zum anderen am raschen Papier-Trocknen. Nun steht das Thema Energie durch die aktuellen Entwicklungen noch mehr im Fokus der Branche: erstens, weil die steigenden Kosten die Fabriken und ihre Kunden in echte Schwierigkeiten bringen und zweitens, weil die integrierten Kraftwerke zurzeit noch für einen großen Teil der CO2-Emissionen der Branche verantwortlich sind – was sich ändern soll. Das ist Grund genug, um mit dem Energie-Lexikon ein paar Fakten und Zusammenhänge zu erklären.
Was ist Energie?
Energie ist eine Größe, die in allen Teilgebieten der Physik sowie in Chemie, Biologie, Technik, und der Wirtschaft eine wichtige Rolle spielt. Sie wird in Joule oder Watt angegeben.
Energie kann in unterschiedlichen Formen auftreten:
Wie kommt Energie zu uns?
Die Energiequelle ist jene Form, die die Energie zur Umwandlung zur Verfügung stellt. Die wichtigste Energiequelle der Erde sind die Kernfusionen, die in der Sonne stattfinden. Der Energieträger hingegen ist das Mittel, das die Energie enthält und überträgt. In unserem Beispiel sind das (Sonnen-) Strahlen.
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Was ist Wärmeenergie?
Die Wärmeenergie – oft auch thermische Energie genannt – ist jene, die in der ungeordneten Bewegung der Atome oder Moleküle eines Stoffes gespeichert ist. Sie ist eine Zustandsgröße und Teil der inneren Energie.
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Was ist elektrische Energie?
Als elektrisch bezeichnet man Energie, die mittels Elektrizität übertragen oder in elektrischen Feldern gespeichert wird. Energie, die zwischen elektrischer Energie und anderen Energieformen umgewandelt wird,
heißt elektrische Arbeit. In der Energiewirtschaft wird die übertragene elektrische Energie auch Strommenge genannt. Als Maßeinheit für elektrische Energie und Arbeit wird neben Joule auch Watt verwendet.
1 kWh = 3600 Joule
Was leitet Strom?
Nicht alle Stoffe leiten elektrischen Strom, man unterscheidet deshalb Leiter und Nichtleiter. Die
physikalische Größe der elektrischen Leitfähigkeit trägt die Einheit Siemens pro Meter (S/m). Gute
elektrische Leiter sind fast alle Metalle: besonders Aluminium, Silber, Kupfer, Gold oder Blei. Moderne
Glasfaserkabel hingegen übertragen keinen Strom, sondern Lichtsignale. Eine Besonderheit stellen sogenannte Halbleiter dar. Das sind Stoffe, die im Ausgangszustand keinen Strom leiten, unter bestimmten Umständen aber doch, zum Beispiel wenn sie Temperaturen, Licht oder elektrischen Feldern ausgesetzt werden.
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Warum wird Energie nicht verbraucht?
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Verschiedene Energieformen können ineinander umgewandelt werden, wobei die Summe der Energiemenge vor und nach der Umwandlung stets die gleiche ist. Das sagt eines der wichtigsten naturwissenschaftlichen Prinzipien – der Energieerhaltungssatz. Deshalb ist ein Verlust von Energie nicht möglich – Energie kann nicht erzeugt oder vernichtet werden. Umgangssprachlich ist es dennoch üblich, von Energieverbrauch, Energieverschwendung, Energiesparen und Energieverlust zu sprechen. Menschen, Tiere und Pflanzen können Energie nur in bestimmten Formen nutzen. Das allgemein verwendete Wort Energieerzeugung meint dann die Umwandlung vorhandener Energie in eine für uns nutzbare Form, meist Strom oder Wärme.
Welche Energiequellen gibt es?
Der Mensch braucht seit jeher Formen von Energie zum (Über)leben. Die Hauptenergiequelle der Erde ist die Sonne. Ihre Strahlen bewirken viele andere Energieträger, wie zum Beispiel Meeresströmungen, Regen oder das Wachstum von Biomasse. Mit der Industrialisierung hat der Energiebedarf der Menschheit stark zugenommen und sich gewandelt.
Moderne Quellen sind:
Wo kommt unser Strom her?
In Österreich werden rund 70.000 GWh Strom im Jahr erzeugt, 60 % davon sind aus Wasserkraft. Die Anlagen dafür sind einerseits die 3.080 Laufkraftwerke aller Größen, andererseits die 110 Speicherkraftwerke im Gebirge. Weitere Erneuerbare sind Windkraft (9 %), Biomasse (6 %) und Fotovoltaik (3 %). Bei den Fossilen machen Gas 14 % und Kohle 6 % aus.
Quelle: Verbund
Quelle: Austropapier
Mit dem Ökostrom-Gesetz 2005 wird vermehrt in Wind, PV und Biomasse investiert.
Quelle: W. Hamburger
Zellstoff- und Papierhersteller gehören mit zur Gruppe der energieintensiven Industrie, hier das Werk in Pitten (NÖ).
Wofür brauchen wir Wärme?
Während in Haushalten die Verwendung für Raumwärme und Warmwasser im Vordergrund
steht, hat in der Produktion die Bereitstellung von Prozesswärme Priorität. Große Verbraucher sind die Hochöfen der Stahlwerke, die Prozesse in der chemischen Industrie, oder die Papierhersteller, die Zellstoff kochen und Papierbahnen schnell trocken müssen. Für mehr als die Hälfte der aller industriellen Anwendungen wird Prozesswärme über 200°C benötigt.
Wo kommt unsere Wärme her?
Wärme wird in der Regel durch Verbrennen erzeugt. Zur Zeit wird dafür noch hauptsächlich Erdgas verwendet, das zu 95% aus Methan (CH4) besteht. 2020 hat Österreich insgesamt 7,4 Milliarden Euro für die Einfuhr von fossilen Brennstoffen ausgegeben. Importiert werden große Mengen Erdöl und Erdgas, zusätzlich noch Steinkohle. Bei den Gasimporten ist Österreich sehr stark von Russland abhängig: Ungefähr 80 Prozent der hierzulande verbrauchten Menge – rund 8,5 Milliarden Kubikmeter – stammen vom russischen Monopolisten Gazprom, mit dem es langfristige Lieferverträge gibt. Knapp ein Zehntel der verbrauchten Menge wird in Österreich gefördert, der Rest kommt aus anderen Ländern, etwa aus Norwegen.
Quelle: Gasconnect
In Baumgarten im Weinviertel befindet sich ein großes Gas-Verteilzentrum mit Verdichterstation.
Wofür verwenden wir Energie?
Der energetische Endverbrauch in Österreich liegt bei etwas über 300.000 GWh, davon entfallen rund 16.000 GWh auf die Papierindustrie. Ein Drittel des Energiebedarfes benötigt allein der Verkehr. 27 % der Energie verwenden wir bei uns zuhause. Der produzierende Bereich benötigt 29 % der Energie. Der Rest entfällt auf öffentliche und private Dienstleistungen (10 %) sowie die Landwirtschaft (2 %). Wärmeenergie macht mit 42 % den größten Anteil aus, gefolgt von der Mobilität (31 %) und Strom (22 %). Durch die zunehmende Elektrifizierung des Verkehrs ist hier eine weitere Verschiebung in Richtung Strom zu erwarten.
Wie sieht die Energiebilanz der Papierindustrie aus?
Die Zellstoff- und Papierfabriken benötigen in der Produktion zwar viel Energie, insgesamt rund 16.000 GWh, aber sie ist auch ein großer Energieerzeuger von 16.100 GWh. Der Großteil der Energieträger ist dabei erneuerbar, denn zu 60 % werden Reststoffe aus der Produktion wie Zellstofflauge, Rinden oder Klär-Schlämme eingesetzt. In Summe erzeugen die Unternehmen der Papierindustrie damit sogar mehr Strom und Wärme, als sie selbst für die Produktion brauchen. Die überschüssige Energie liefert sie an externe Verbraucher. Die Menge entspricht dabei dem gesamten Verbrauch von rund 100.000 Haushalten.
Quelle: Austropapier
In einer Papiermaschine gibt es viele Walzen, die sowohl Strom
zum Drehen als auch Dampf zum Trocknen benötigen.
Was bedeutet KWK?
94 % der in der österreichischen Papierindustrie eingesetzten Kraftwerke arbeiten mit einer Kraft-Wärme-Kopplung. Dabei werden gleichzeitig Strom und Wärme erzeugt, was zu höheren Wirkungsgerade führt. Eine Papiermaschine ist für dieses Nutzungsprofil besonders geeignet, weil sie sowohl Strom zum Drehen der Aggregate benötigt, als auch den Dampf, um die Zylinder
in der Trockenpartie heiß zu halten.
Welche Kraftwerkstypen gibt es?
Die meisten Werke in der Papierindustrie haben eigene Kraftwerke, in denen biogene oder fossile Brennstoffe eingesetzt werden. Zur Erzeugung von Strom kommen unterschiedliche Turbinen-Typen zum Einsatz:
Gegendruckturbine 6
bei Sappi Gratkorn
In einer Gegendruckturbine wird die thermische Energie von Wasserdampf genutzt. Der Abdampf der Anlage wird aber nicht wie bei einer Kondensationsturbine bis in den Unterdruck-Bereich entspannt, sondern nur bis in den Überdruck- Bereich. Der Abdampf wird also überhitzt entnommen. Sie wird häufig eingesetzt, um Prozessdampf konstant zu nutzen.
Kondensationsturbine 4
bei Zellstoff Pöls
Eine Kondensationsturbine ist ihr Gegenstück. Sie arbeitet im Niederdruck- Bereich, in der der Dampf bis zum Sattdampf-Zustand entspannt wird, sodass Kondensation im Abdampf eintritt. Der Kondensator ist der Turbine nachgeschaltet, der eine möglichst niedrige Temperatur und somit einen möglichst niedrigen Gegendruck (Unterdruck) erzeugt. So wird ein guter Wirkungsgrad mit Energieausbeute erreicht.
Gasturbine 2
bei Norske Skog Bruck
In einer Gasturbine wird Kraftstoff so verbrannt, dass damit eine Heißgasströmung entsteht, die in einer Entspannungsturbine zu mechanischer Rotationsenergie umgewandelt wird. Daraus wird einerseits Strom erzeugt, aber auch der Verdichter der Gasturbine betrieben. Das austretende Heißgas wird in einem Abhitze-dampfkessel zur Versorgung einer Dampf-turbine genutzt. Die Anlage zeichnet sich durch ihre Schnellstartfähigkeit aus, weshalb sie auch zur kurzfristigen Spitzenlastabdeckung
dient.
Was sind die Umweltauswirkungen?
Brennstoffeinsatz der Österr. Papierfabriken
Alle Angaben in %
Überall wo fossile Energieträger in elektrische und/oder thermische Energie umgewandelt werden, werden auch Emissionen freigesetzt. Dabei handelt es sich nicht nur um Treibhausgase, hauptsächlich Kohlendioxid (CO2), sondern auch um andere Luftschadstoffe wie Stickoxide (NOx), Schwefeldioxid (SO2), flüchtige organische Verbindungen (NMVOC), Ammoniak (NH3) und Staub, beziehungsweise Feinstaub (PM10). Die dafür vorgeschriebenen, strengen Grenzwerte werden von der Papierindustrie alle eingehalten, viele sogar deutlich unterschritten. Das Verbrennen von fester, flüssiger oder gasförmiger Biomasse wird gemäß internationalen Bilanzierungsvorgaben als CO2-neutral bewertet. Andere dabei emittierte Schadstoffe, wie zum Beispiel Stickoxide, werden jedoch bilanziert.
Wo und Wie kann man Energie speichern?
Erzeugung und Verbrauch müssen ausgeglichen sein. Aber gerade Zukunftstechnologien wie Windkraft oder PV sind volatil. Gerade dann helfen Speicher, Energie zu einem gewissen Zeitpunkt aufzunehmen und sie später, bei steigender Nachfrage, wieder zur Verfügung zu stellen. Dabei sind sie wichtig, um eine intelligente, dezentrale Vernetzung zu gewährleisten. Nur wenn alle Energieerzeuger, besonders die in der Erbringung schwankenden Nutzer von Erneuerbaren, die Speicher und die Energieverbraucher miteinander digital gesteuert werden, kann Versorgungssicherheit gewährleistet werden.
Verschiedene Speicherarten von Energie
Wie bilden sich die Preise?
Bei der Stromrechnung machen Energiepreise nur einen Teil aus, nämlich 36 %. Der Rest sind Netznutzungsentgelte, sowie Steuern und Abgaben.
Elektrizitätsabgabe: Damit hebt der Bund 1,5 Cent pro kWh ein.
Ökostrom-Pauschale: Damit wird der Ausbau der Erneuerbaren finanziert. Die Ökostrompauschale für Haushalte betrug 36 Euro und für Unternehmen rund 110.000 Euro. Wegen der hohen Strompreise und der dadurch geringeren Notwendigkeit der Subvention wurde die Einhebung der Pauschale 2022 ausgesetzt.
Ökostrom-Förderbeitrag: Dieser Beitrag ist nicht fix, sondern wird jährlich von der E-Control als prozentualer Aufschlag auf den regulären Netztarif festgelegt. Zuletzt lag der Tarif bei 28 % des regulären Netztarifs, ist jetzt aber für ein Jahr auf Null gesetzt.
KWK-Pauschale: Sie wird von allen an das öffentliche Netz angeschlossenen Stromkunden pro Zählpunkt geleistet.
Weitere Abgaben: Länder und Gemeinden heben außerdem noch eine Energie-, Netzgebrauchs- oder Benützungsabgaben ein. Diese betragen meist 6 bis 7 % des Netto-Netztarifes.
Bestandteile der Stromrechnung
Angaben in Prozent. Quelle: E-Control, Oesterreichs Energie,
Austropapier-Grafik
Warum kostet CO2 etwas?
Kohlendioxid ist das wichtigste Treibhausgas, es behindert die Wärmerückstrahlung der Erde in den Weltraum und trägt so zum Klimawandel bei. Um den Ausstoß zu reduzieren, hat die EU den Emissionshandel 2005 eingeführt. Nun brauchen gewisse Emittenten Zertifikate für Ihren Ausstoß, die entweder zugeteilt werden, oder an einer Börse zu Marktpreisen gekauft werden müssen. Um den geplanten Reduktionspfad für CO2 einhalten zu können, hat die EU-Kommission die Menge der Zertifikate zuletzt so stark reduziert, dass der Preis deutlich angestiegen ist. Neben der Industrie ist die Energiewirtschaft der wichtigste Nachfrager dieser Zertifikate, die diese Kosten an Ihre Kunden weitergibt.
Wie haben sich die Preise für Energie, speziell für Gas und Strom, entwickelt?
Kohlendioxid ist das wichtigste Treibhausgas, es behindert die Wärmerückstrahlung der Erde in den Weltraum und trägt so zum Klimawandel bei. Um den Ausstoß zu reduzieren, hat die EU den Emissionshandel 2005 eingeführt. Nun brauchen gewisse Emittenten Zertifikate für Ihren Ausstoß, die entweder zugeteilt werden, oder an einer Börse zu Marktpreisen gekauft werden müssen. Um den geplanten Reduktionspfad für CO2 einhalten zu können, hat die EU-Kommission die Menge der Zertifikate zuletzt so stark reduziert, dass der Preis deutlich angestiegen ist. Neben der Industrie ist die Energiewirtschaft der wichtigste Nachfrager dieser Zertifikate, die diese Kosten an Ihre Kunden weitergibt.
Was ist eine Strompreiszone?
So eine Zone, auch Gebotszone / Bidding Zone genannt, ist das größte geografische Gebiet, in dem Strom auf dem Großhandelsmarkt ohne Kapazitätsallokation gehandelt werden kann. Die
Annahme dabei ist, dass innerhalb einer Gebotszone keine Engpässe auftreten und der Austausch von Energie deshalb ohne Einschränkungen möglich ist. In einer Gebotszone bildet sich außerdem ein einheitlicher Marktpreis.
Warum wurde die deutsch-österr. Strompreiszone getrennt?
Bereits im November 2016 hatte die Agentur der Energieregulierungsbehörden (ACER) im Rahmen der Festlegung der Capacity Calculation Regions (CCR) einen
neuen Engpass zwischen Deutschland und Österreich angeregt. Hintergrund war vor allem der schleppende Netzausbau. Im Mai 2017 gab es zischen der deutschen und der österreichischen Regulierungsbehörde (BNetzA und E-Control) die Entscheidung, die seit der Liberalisierung des Strommarkts bestehende, gemeinsame Strompreiszone zu trennen. Als Regelzonenführer sorgte die APG im Oktober 2018 für die technische Umsetzung dieser Entscheidung. Seitdem ist der grenzüberschreitende Austausch von Strom zwar weiter möglich, wird aber nur für 4,9 Gigawatt garantiert. Dies entspricht rund der Hälfte des österreichischen Verbrauchs zu Spitzenzeiten.
