Wie viel Strom ist 1 Megawatt?

Akronym: kWh

Definition: die Energiemenge, die bei einer Leistung von 1 kW innerhalb von einer Stunde umgesetzt wird

Englisch: kilowatt hour

Kategorien: Einheiten, elektrische Energie, Wärme und Kälte

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 06.03.2010; letzte Änderung: 01.10.2022

URL: https://www.energie-lexikon.info/kilowattstunde.html

Eine Kilowattstunde (kWh) ist die Energiemenge, die bei einer (Wirk)Leistung von einem Kilowatt (1 kW) innerhalb von einer Stunde umgesetzt wird. Es handelt sich also um ein Kilowatt multipliziert mit einer Stunde, nicht etwa ein “Kilowatt pro Stunde”. (Siehe unten den Abschnitt über häufige Fehler.) Eine Kilowattstunde entspricht 3 600 000 Joule = 3,6 MJ. Das “h” in “kWh” kommt vom lateinischen hora = Stunde.

Entsprechend gibt es größere Einheiten:

• Eine Megawattstunde (MWh) entspricht 1000 kWh. Das verbraucht eine Familie innerhalb einiger Monate.
• Eine Gigawattstunde (GWh) ist 1000 MWh = 1 Million kWh. Das produziert ein Großkraftwerk z. B. in einer Stunde, oder eine große Windenergieanlage (ein Rotor, nicht ein Windpark) in einem Monat.
• Eine Terawattstunde (TWh) bedeutet eine Milliarde Kilowattstunden. Deutschland braucht pro Jahr über 500 TWh. Viele Energiestatistiken arbeiten mit Terawattstunden.

Dagegen gibt es für kleine Energiemengen die Wattstunde (Wh = tausendstel kWh) und die Wattsekunde (Ws = J = Joule).

Die Kilowattstunde wird insbesondere (aber nicht nur) für die Quantifizierung elektrischer Energiemengen (elektrischer Arbeit) verwendet und taucht deswegen auf Stromrechnungen auf, basierend auf der Ablesung von Stromzählern. Private Verbraucher bezahlen in Deutschland pro Kilowattstunde rund 0,30 € (seit der Energiekrise 2022 teils auch wesentlich mehr), im Nachttarif oft deutlich weniger. Diese Kosten stammen anders als bei Großverbrauchern nur zum kleineren Teil von der Stromerzeugung. (Siehe auch den Artikel über Stromtarife.)

Man kann auch andere Energiemengen (z. B. Wärmemengen) in Kilowattstunden angeben; beispielsweise wird der Primärenergiebedarf von Häusern meist in kWh pro Quadratmeter beheizter Fläche und Jahr (kWh/(m2 a)) angegeben. Häufig wird auch der Bezug von Erdgas in Kilowattstunden abgerechnet mit Bezug auf den Heizwert, also die aus dem Gas gewinnbare Wärmemenge. Für den Kunden ist schließlich die bezogene Energiemenge relevanter als das Volumen des Gases (in Normkubikmetern), zumal der spezifische Heizwert je nach Gasqualität (L- oder H-Gas) deutlich variieren kann. Eine Kilowattstunde Wärme aus Erdgas ist weitaus billiger als eine Kilowattstunde elektrischer Energie. Beispielsweise zahlen Privatkunden in Deutschland z. Zt. rund 0,06 € (Stand 2020, ohne Grundpreis), also ca. fünfmal weniger als bei Strom zum Tagestarif.

Seit der Energiekrise 2022 sind die Kosten pro Kilowattstunden Strom und Gas teils massiv angestiegen. Dies ist eine Folge von Engpässen, mit sehr unterschiedlichen Ursachen:

• Beim Erdgas ist die Versorgungskrise praktisch vollständig Folge des Konflikts mit Russland, welches völkerrechtswidrig sein Nachbarland Ukraine überfallen hat, dort schwerste Kriegsverbrechen begeht und wesentliche Teile des Landes rechtswidrig annektiert hat. Dies hat einen Konflikt mit zunehmender Eskalation mit dem gesamten Westen geführt, in diesem Zusammenhang auch zu einer zunächst stufenweisen und schließlich vollständigen Beendigung der Erdgas-Lieferungen aus Russland. Diese können bislang nur teilweise mit Lieferungen aus anderen Weltregionen ersetzt werden.
• Beim Strom gibt es Engpässe vor allem wegen massiver Probleme mit Kernkraftwerken in Frankreich. Diese begannen zwar schon in früheren Jahren, spitzten sich in 2022 jedoch wesentlich zu – mit der Folge, dass zeitweise mehr als die Hälfte dieser Kraftwerke nicht zur Verfügung steht. Frankreich muss deswegen in größtmöglichem Umfang Strom importieren, was die Preise auf dem europäischen Strommarkt in die Höhe treibt. Zusätzlich verschärft werden diese Engpässe dadurch, dass nur noch sehr begrenzt Erdgas für Gaskraftwerke zur Verfügung steht, und dies zu sehr hohen Preisen.
• Man beachte, dass die Strompreise sogar wesentlich stärker steigen als die durchschnittlichen Stromerzeugungskosten, weil sich die im Strommarkt mit dem Merit-Order-Prinzip so ergibt. Siehe dazu den Artikel über Strommarkt.

Rechenbeispiele

Eine Vielzahl von Berechnungen mit Relevanz z. B. im Haushalt und Gewerbe ist möglich auf der Basis von Kilowattstunden. Einige Beispiele hierfür:

• Eine Energiesparlampe mit 20 W Aufnahmeleistung kann mit 1 kWh für eine Zeit von 1000 Wh / 20 W = 50 h (50 Stunden) betrieben werden. Bei einem energieeffizienten Kühlschrank reicht dies für z. B. drei bis vier Tage. Ein Heizlüfter mit 2000 W Heizleistung verbraucht eine Kilowattstunde dagegen bereits innerhalb einer halben Stunde, oder 48 kWh beim Dauerbetrieb über 24 Stunden.
• Ein Zwei-Personen-Haushalt in einem Einfamilienhaus braucht im Jahresmittel rund 10 kWh elektrische Energie pro Tag, also 3650 kWh pro Jahr, wenn er seinen Wärmebedarf mit einer Gas- oder Ölheizung deckt, also nicht elektrisch. Die durchschnittliche bezogene Leistung beträgt dann 10 kWh / 24 h = 417 W. (Wenn gerade elektrisch gekocht wird, kann der Momentanverbrauch mehrere kW betragen, also weit höher sein.) Der gleiche Haushalt in einem Mehrfamilienhaus sollte erheblich weniger brauchen, da sich der Verbrauch für die Heizungsanlage, die Außenbeleuchtung etc. auf mehrere Parteien verteilt oder ohnehin separat abgerechnet wird.
• Ein gut wärmegedämmter Warmwasserspeicher verliert im warmen Zustand 50 W an Wärme in die Umgebung. Pro Tag entspricht dies 50 W · 24 h = 1200 Wh = 1,2 kWh Wärme. Wenn der Speicher über einen Elektroheizstab warm gehalten wird, entspricht dies derselben Menge an elektrischer Energie (zusätzlich zum Aufwand für den Warmwasserverbrauch). Mit einer Wärmepumpe wäre der Verbrauch elektrischer Energie um die Leistungszahl reduziert, also z. B. dreimal oder viermal kleiner.
• Das Aufheizen von 1000 Litern Wasser (spezifische Wärmekapazität 4,19 kJ / (kg K)) um 40 Kelvin erfordert eine Wärmemenge von 4,19 kJ / (kg K) · 1000 kg · 40 K = 168 MJ = 46,6 kWh. Zum Vergleich: Um diese Wassermenge auf der Erde um einen Meter anzuheben, benötigt man nur 9,81 m / s2 · 1000 kg · 1 m = 9,81 kJ = 0,00273 kWh mechanischer Energie.
• Wenn ein Auto mittlerer Größe eine Antriebsleistung von 10 kW für das Fahren mit 100 km/h benötigt, entspricht dies pro 100 km einer mechanischen Energie von 10 kWh. Bei einem Wirkungsgrad des Motors von 20 % benötigt man 50 kWh in Form von Benzin, was ca. 5,5 l entspricht.
• Ein Großkraftwerk mit einer Leistung von 1 GW erzeugt pro Tag 1 GW · 24 h = 24 GWh = 24 Millionen kWh. Pro Jahr würden bei ununterbrochenem Betrieb 8760 GWh = 8,76 TWh = 8,76 Milliarden Kilowattstunden erzeugt. Realistischer sind z. B. 7500 Volllaststunden pro Jahr, was eine Produktion von 7500 GWh ergibt.
• Der Bruttostromverbrauch Deutschlands liegt bei ca. 600 TWh pro Jahr. Das entspricht einer durchschnittlichen Leistung von 600 TWh / 8760 h = 68,5 GW.
• Eine handelsübliche AA-Batterie mit 1,5 V und einer Kapazität von 2,8 Ah speichert eine Energiemenge von 1,5 V · 2,8 Ah = 4,2 Wh = 0,0042 kWh. Wenn man diese in einer Großpackung für 20 ct pro Batterie kauft, ergibt sich ein Energiepreis von ca. 48 €/kWh, also über 100 mal mehr als bei Strom aus dem Netz. Bei Marken-Batterien oder Knopfzellen kann die Kilowattstunde noch viel teurer werden. Schon deswegen müssen batteriebetriebene Geräte meist mit sehr geringen Energiemengen auskommen.
• Ein Ebike hat einen Akku mit einer Kapazität von z. B. 500 Wh; dies entspricht 0,5 Kilowattstunden. Sie einmal nach vollständigem Entladen wieder voll aufzuladen, braucht etwas mehr als 0,5 kWh wegen der Energieverluste im Ladegerät. Für die gleiche Fahrstrecke bräuchte ein Elektroauto weitaus mehr – beispielsweise 15 oder 20 kWh pro 100 km Fahrstrecke.

Häufige Fehler

Da das Konzept der Kilowattstunde nicht allseits verstanden wird, kommen gewisse Fehler beispielsweise in Zeitungsartikeln häufig vor. Einer davon ist, Kilowattstunden als “Kilowatt pro Stunde” zu verstehen: “Der Ofen braucht 2 Kilowatt pro Stunde.” Richtig wäre, dass er 2 Kilowatt braucht, also 2 Kilojoule pro Sekunde oder 2 Kilowattstunden pro Stunde. Die Kilowattstunden ergeben sich, indem man Leistungen (in Kilowatt) und Zeiten (in Stunden) multipliziert, nicht etwa dividiert: In fünf Stunden (5 h) braucht der Ofen 2 kW × 5 h = 10 kWh und nicht etwa 2 kW / 5 h = 0,4 kW/h. Natürlich müssen längere Betriebszeiten zu größeren Energiemengen führen.

Es kommt auch vor, dass beispielsweise die Kapazität eines Batteriespeichers falsch in Kilowatt angegeben wird. Vermutlich ist dann in Wirklichkeit die speicherbare Energiemenge in Kilowattstunden gemeint. Es könnte aber auch die maximal entnehmbare Leistung (tatsächlich in Kilowatt) oder die maximale Ladeleistung gemeint sein.

CO2-Emissionen pro Kilowattstunde

Neben den Kosten interessiert häufig auch, wie viel klimaschädliche CO2-Emissionen mit der Bereitstellung einer Kilowattstunde verbunden sind. Beispielsweise sollte ein Stromanbieter in der Lage sein, diesen Wert in Einheiten von g/kWh (Gramm CO2 pro Kilowattstunde) anzugeben (auch auf der Stromrechnung). Beim deutschen Strommix kommt man auf ca. 474 g/kWh (Stand 2018, Tendenz deutlich sinkend), während es für Strom aus Braunkohlekraftwerken über 1000 g/kWh sind, bei Ökostrom dagegen annähernd null.

Solche Angaben sind auch für Heizwärme interessant. Bei einer modernen Gasheizung (mit Brennwertkessel) kommt man auf gut 200 g/kWh, bei einer Ölheizung ca. 270 g/kWh. Elektrowärme aus einer Elektroheizung liegt je nach Stromanbieter zwischen nahe null und ca. 1000 g/kWh; mit einer Elektrowärmepumpe liegt um die Leistungszahl bzw. Jahresarbeitszahl (z. B. um einen Faktor 3 bis 5) tiefer. Somit ist eine Elektrowärmepumpe bei Betrieb mit Kohlestrom ähnlich klimaschädlich wie ein Öl- oder Gasheizung, mit dem deutschen Strommix oder gar Ökostrom dagegen erheblich besser.

Auch für Verbrennungsmotoren findet man manchmal CO2-Angaben in g/kWh, bezogen auf die abgegebene Antriebsenergie. Auch der spezifische Kraftstoffverbrauch kann in g/kWh angegeben werden, was natürlich entsprechend niedrigere Zahlenwerte ergibt, weil 1 kg Kraftstoff mehrere Kilogramm CO2 ergibt (z. B. ca. 3 kg bei Benzin). Solche Werte hängen stark von den Betriebsbedingungen ab, etwa Volllast oder Teillast, weil der Wirkungsgrad entsprechend variiert. Ein moderner Benzinmotor (Atkinson-Motor, wie er in manchen Fahrzeugen mit Hybridantrieb eingesetzt wird) kann am besten Arbeitspunkt auf einem spezifischen Kraftstoffverbrauch von ca. 200 g/kWh kommen, entsprechend ca. 600 g/kWh bzgl. CO2. Im praktischen Fahrbetrieb liegt man aber wesentlich höher, weil die Auslastung meist nicht optimal ist.

Literatur

Siehe auch: Watt, Joule, Stromtarif, Stromrechnung
sowie andere Artikel in den Kategorien Einheiten, elektrische Energie, Wärme und Kälte