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Strom und Wärme

Erdgas ist als Primärenergieträger in Deutschland zu einem essentiellen Teil des Energie-Mix geworden, insbesondere seit der Preis pro Barrel Erdöl zunehmend steigt und eine ganze Reihe an technologischen Innovation die Förderung, den Transport, die Speicherung und nicht zuletzt die Nutzung von Erdgas für Strom und Wärme effizienter und sicherer gestalten.

Erdgas deckt immerhin 70 Prozent des Bedarfs an Strom- und Wärme-Produktion in Industrie und privaten Haushalten in Deutschland, wobei die inländische Produktion kaum ein Sechstel des Bedarfs abdeckt. Dadurch wird Deutschland zunehmend dem politischen Druck von Erdgaslieferanten wie etwa Russland ausgesetzt. Der Nachbar im Osten entdeckt seine enormen Energievorräte und die Tatsache, dass die heimische Produktion ein Fünftel des weltweiten Bedarfs an Erdgas bedient, zunehmend als Druckmittel in politischen Verhandlungen. Darum sind die Europäische Union und die Bundesregierung gleichermaßen bemüht, die Abhängigkeit von ausländischen Energieimporten zu reduzieren, indem entweder Alternativen wie erneuerbare Energiequellen gefördert werden oder Abkommen mit moderateren Lieferanten geschlossen werden. Dazu gehören unter anderem unsere nördlichen Nachbarn Dänemark und vor allem Norwegen.

Erdgas wird in Deutschland zu etwa 40 Prozent von der Industrie genutzt, vor allem in der Schwerindustrie wie dem Bergbau, dem Schiff- oder Maschinenbau. Dabei gilt Gas als günstige Alternative zum Erdöl bei ähnlich hohem Energienutzen. Obwohl viele Unternehmer ein reges Interesse an der Nutzung von alternativen Energiequellen wie Wind-, Solar- oder Wasserkraft bekunden, scheint ein grundlegendes Hindernis weiterhin das geringe Energiepotential pro Produktionseinheit und die Versorgungssicherheit zu sein.

Heizkraftwerk Würzburg

Erdgas wird aber auch zunehmend für Privatpersonen interessant, vor allem vor dem Hintergrund der steigenden Preise für Strom aus fossilen Energieträgern wie Erdöl, Stein- oder Braunkohle. Rund 50 Prozent der privaten Haushalte in Deutschland werden über das öffentliche Netz für die Heizung beliefert. Etwa 22 Prozent der Privatverbraucher decken ihren kompletten Energiebedarf - Heizung und warmes Wasser, Strom, Gebrauchsgas für die Küche und andere Geräte - aus Erdgas. Erdgasanlagen bieten die großen Vorteile, dass sie meist platzsparender und zudem günstiger sowohl in der Beschaffung als auch im Betrieb sind als andere Energiearten (etwa Holzpellets- oder Öl-Heizungen). Außerdem schonen sie die Umwelt, da der Ausstoß an Feinstaub minimal ist.

Durch die zusätzliche Sicherheit neuer Standards und Technologien wird der Einsatz von Erdgas auch für den Endverbraucher immer vielseitiger. Inzwischen gibt es mit Erdgas betriebene Wäschetrockner, die nicht nur schneller sondern auch leiser und energieeffizienter arbeiten, Profis wie Hobby-Köche schwören regelrecht auf die Vorzüge des Gasherds und sogar der Kohlegrill - Urgestein deutscher Urlaubskultur - wird immer mehr vom komfortableren Gasgrill abgelöst.

Das Prinzip der Wärmeproduktion ist relativ einfach verständlich: In einer geschützten Umgebung, einer Brennkammer, wird das Gas unter der Zufuhr von Sauerstoff, etwa aus atmosphärischer Luft, kontrolliert verbrannt. Dabei gibt es unterschiedliche Verfahren zur Vorbereitung der Verbrennung, je nach Art und Größenordnung der Anlage:

Ein handelsübliches Feuerzeug ist ein klassisches Beispiel für einen Diffusionsbrenner. Dabei strömt das komprimierte Gas über ein so genanntes Reduzierventil mit hohem Druck aus dem Tank. Der Metalldeckel dient dabei als Brennerdüse. Diese schirmt die Reaktion ab - ähnlich dem Faradäischen Käfig in der Elektrotechnik - und hält die Flamme vom Ventil fern, um so zu verhindern, dass das Metall überhitzt und der Tank explodiert. Erst außerhalb der Brennerdüse gelangt atmosphärische Luft als Reaktionspartner hinzu und das Gas verbrennt.

Die allgemein als Sturmfeuerzeug bekannten Teilvormischbrenner erzielen eine höhere Temperatur und eine konstante Flamme, selbst bei starkem Wind. Durch eine Spiralfeder am Ausgang der Brennerdüse wird schon kurz vor Beginn der Verbrennung Luft angesaugt. Nach demselben Prinzip funktionieren auch die so genannten Vormischbrenner. Dies sind jedoch viel effizientere Brenner im Sinne eines Nachbrenners und bilden daher extrem heiße, sehr feine Flammen, die teilweise zum Löten genutzt werden können.

Schneidbrenner funktionieren übrigens ebenfalls nach diesem Prinzip, allerdings ist die Austrittsöffnung für das Gas größer und die Schneidflamme daher ebenfalls größer. Schneidbrenner können dabei durch die Effizienzsteigerung des Nachbrenners Temperaturen bis zu 1200 Grad Celsius erreichen.

Die Produktion von Strom aus Erdgas funktioniert wie ein Dampfkessel auf dem Gasherd: In einem geschlossenen Tank wird Wasser über Gasflammen erhitzt, der Druck durch den entstehenden Wasserdampf wird über ein Ventil zusätzlich komprimiert und zum Antreiben einer Dampfturbine ähnlich einem Wasserrad genutzt. Die Turbine überträgt die Kraft auf einen Generator, der im Prinzip wie ein großer Fahrrad-Dynamo Strom erzeugt. Dabei wird das Kraftwerk für eine möglichst hohe Energieausnutzung in der Regel als ein geschlossener Kreislauf angelegt.

Moderne Erdgaskraftwerke arbeiten dabei mit einem Druck von etwa 80 bis 200 bar pro Turbine und nutzen den Wasserdruck am Ende der Turbine zusätzlich über ein Kraft-Wärme-Kopplungssystem. Dabei wird der Wasserdampf beim Austritt aus der Turbine über Rohrleitung an Kaltwasserleitungen vorbeigeführt, die bei der Kondensierung des Wasserdampfs einen Teil der Energie wieder aufnehmen. So wird das kalte Wasser auf immerhin etwa 70 bis 80 Grad Celsius erhitzt, was etwa für die Heizung in Fernwärmesystemen genutzt werden kann um ganze Stadtteile mit Wärme zu versorgen.

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