Elektrizität bezeichnet eine Reihe von Effekten aufgrund der elektromagnetischen Wechselwirkung: Elektrischer Strom, Elektrische Ladung, Elektromagnetisches Feld.
Die Elektrifizierung hat schon vor mehr als einem Jahrhundert angefangen.
Ladungsträger sind Elektronen
Gründe für den Erfolg der Elektrizität
Entkopplung Erzeugung / Verbrauch
Erzeugungsort
Elektrizität in Form von Wechselstrom muss nicht in der Nähe des Verbrauchs erzeugt werden. Es reicht eine einfach zu installierende, zu wartende und zu betreibende Leitung aus einem isolierten leitfähigen Material zwischen Erzeuger und Verbraucher aus, um den Strom nutzen zu können. Es ist keine mechanische Übertragung der Kraft durch Transmissionriemen oder Wellen notwendig.
Es können entsprechend auch weiter entfernte Energiequellen für die Erzeugung genutzt werden. Der physische Transport der Energieträger reduziert sich dadurch erheblich.
Erzeugungsart
Für die Nutzung der Elektrizität ist die Art, wie sie erzeugt wird technisch irrelevant. Es brauchen vor Ort oder im Bereich der Kraftanwendung keine thermischen Prozesse mehr stattfinden.
Kompakte, einfache Bauweise
Motorenbau
Elektrische Motoren sind sehr kompakte Geräte mit einem einfachen Aufbau. Sie bestehen üblicherweise aus einem Rotor und dem diesen umbebenden Stator. Kernelement des Rotors ist ein permanenter Magnet. Durch wechselnde Kraftfelder in den Spulen des Stators wird der Rotor in eine Drehbewegung versetzt, die direkt genutzt werden kann. Eine umwandung einer gradlinigen Auf- und Abbewegung in eine Drehbewegung ist nicht notwendig.
Wärme fällt bei einem Elektromotoer nur in einem geringen Maße an.
Leuchten
Einfacher Transport
Wechselstrom (Drehstrom)
Hochspannungs – Gleichstrom – Übertragung (HGÜ)
Besonderheiten der Elektrizität (Elektrischer Strom)
Omnipräsenz
Ohne das der der Verbrauch bewusst wahrgenommen wird.
Betriebsmittel für praktisch alle Geräte
Im normalen Leben läuft praktisch nichts mehr ohne elektrischen Strom. Kein Auto startet, eine Gaszentralheizung funktioniert, die Kommunikation ist ohne Strom Tod.
Elektrizität ist die Basis für die Computerisierung, Digitälisierung
Gesichtslosigkeit
Elektrizität ist keine physisch vorhandene Energieform. Sie ist nichts, dass in irgendwelche Verpackungen gesteckt werden kann und dann in einem Regal zu finden ist. Elektrizität ist nichts, das in irgendwelchen Gruben oder mittels Bohrlöcher gefördert wird. Ohne mich jetzt an dieser Stelle allzutief auf physikalische Eigenschaften zu berufen: Beim elektrischen Strom handelt es sich um eine Reihe von Effekten, die vom Verhalten der Elektronen innerhalb eines Metallgitters verursacht werden.
Uniformität
Im Unterschied zu Mobilfunknetzen gibt es europaweit nur ein öffentliches Elektrizitätsversorgungsnetz an dem sich der Endverbraucher anschließen kann. Es handelt sich um ein Produkt mit einer in Europa einheitlichen Spezifikation für den öffentlichen Bereich. Darüber hinaus gibt es durchaus noch private Netze mit einer abweichenden Stromqualität, z. B. das Stromnetz der Deutschen Bahn. Für den Anwender bringt das den Vorteil, er kann seine Geräte europaweit betreiben, für Hersteller, dass sie ihre Chargen für den gesamten Bereich Europas mit einer einheitlichen Spezifikation bauen können.
Was für den Werbeknecht der Alptraum, ist für den Ingenieur das Traumland. Er kann seine Netze aus Standardbausteinen zusammensetzen, der Anlagenbau kann durch die Größe des Marktes diese kostengünstig anbieten.
Koinizdenz Erzeugung / Verbrauch
Bei elektrischem Strom handelt es sich nicht um ein physisch vorhandenes Produkt. Es handelt sich um eine Kraftübertragung auf der Ebene von Elektronen innerhalb eines Metalgitters. Stoppt die Erregung der Elektronen (Erzeugung) oder wird die Leitung unterbrochen steht auch kein Strom zur Verfügung. Es muss auch genau soviel Elektrizität erzeugt werden, wie verbraucht wird. Kommt dieses aus dem Gleichgewicht, ändert sich die Frequenz des Drehstroms. Das ist wie bei einem Verbrennungsmotor im Fahrzeug. Geht es plötzlich bergauf sinkt die Drehzahl des Motors, es muss Gas gegeben werden. Geht es bergab, steigt die Drehzahl im Motor, es muss das Gas reduziert werden. Da die Frequenz eines der wichtigsten Produktkriterien mit hoher Verbrauchsrelevanz ist, müssen die an der Belieferung beteiligten Parteien (Lieferer, Übertragungsnetzbetreiber, Verteilernetzbetreiber) auf eine ausgeglichene Bilanz aus Einspeisung und Entnahme achten (Bilanzierung). Hierzu kommt, das ein elektrisches Netz nur eine geringe Systemträgheit aufweist (Systemdienstleistungen).
Leitungsnetz
Zwischen Erzeuger und Verbraucher muss eine ununterbrochene Verbindung bestehen. Eine direkte Speicherung von Elektrizität ist nur in Spulen und Kondensatoren in einem geringen Maße möglich.
Zwischenspeicherung geschieht durch Umwandlung in andere Energieformen (ohne Gewähr auf Vollständigkeit):
- Lageenergie bei Pumpspeicherkraftwerken
- Chemische Energie bei Akkumulatoren und Brennstoffzellen
- Kinetische Energie bei Schwungradkraftwerken
Transportverluste
Elektrizität ist ein Produkt, das keine oder kaum zusätzliche Energie für den Transport benötigt, wie z. B.
- die Energie für die Kompremieren von Gas und die Pumpen in Pipelines,
- die Energie um Gas zu Verflüssigen oder wieder zurück in den gasfürmigen Zustand zu versetzen,
- der Energieverbrauch bei der Förderung von Kohle, Öl oder Uran oder
- der Aufbereitung von Uran als Kernbrennstoff.
Allerdings geht Elektrizität auf einem Transport verloren. Ursache sind Induktions- und Widerstandsverluste in Transformatoren und Leitungen. Derartige Verluste müssen bei einem Geschäftsmodell mit einbezogen werden.