Bibliothek // Lexikon der Geothermie // E

Energieeinheit

James Prescott Joule (1818 − 1889), britischer Physiker, Autodidakt und Brauereibesitzer, hat mit seinen Arbeiten in der Mitte des 19. Jahrhunderts wesentlich zur Etablierung des Energiebegriffs beigetragen. Die international gültige Einheit der Energie trägt seinen Namen:

1 Joule [J] = 1 Wattsekunde [Ws] = 1 VAs = 1 N m = 1 kg m² s⁻².

Die Leistungseinheit Watt [W] ist nach James Watt und die Krafteinheit Newton [N] nach Isaac Newton benannt.

Mit 1 J kann man auf der Erde einen 100 g schweren Gegenstand auf die Höhe von etwa 1 m anheben. Die Energieeinheiten und die elektrische Leistung Watt werden, insbesondere wenn es um große Energiemengen geht, üblicherweise mit SI-Präfixen verwendet (siehe weiter unten im Text).

Die Leistungseinheit Watt wird zur Energieeinheit Joule durch Multiplikation mit Sekunde [s], Stunde [h] oder Jahr [a], siehe unten. Zum Beispiel ist

1 kWh [Kilowattstunde] = 3,6 MJ.

Mit 1 kWh kann man etwa 10 Liter Wasser von 20 °C auf den Siedepunkt von etwa 100 °C erhitzen.

Trotz dieser klaren Definition im SI-System gibt es wohl bei kaum einer Einheit so viel Vielfalt und Verwirrung wie bei der Energieeinheit. Im öffentlichen Gebrauch gibt es auch einen zeitlichen Wandel, eine Art 'Mode' für den Gebrauch von Energieeinheiten. Im Zeitalter der Steinkohle wurden fast alle Energien in Steinkohle-Einheiten (STE), also auf den Energieinhalt einer Tonne Steinkohle bezogen. Bei der heutigen Stromdominanz werden oft Gasmengen statt in m³(oder billion cubic meters, bcm) in TWh angegeben. Bei Nahrungsmitteln hällt sich nachhaltig die alte Kalorie (genauer Kilokalorie) auch in den offiziellen Etiketten und der Brennwert wird Kaloriengehalt genannt.

Weitere Maßeinheiten der Energie

Das "Système International d'Unités (SI) definiert die für den Gebrauch in Wissenschaft und Technik in Deutschland und anderen Ländern gesetzlich vorgeschriebenen sogenannten SI-Einheiten. Neben diesen Einheiten ist noch eine Vielfalt historisch entstandener Einheiten in Gebrauch. Die Steinkohleeinheit (tSKE) heißt englisch tce = ton of coal equivalent, und 1 tSKE entspricht genau 8,141 MWh. Die Verbrennung von 1 kg Steinkohle erzeugt demnach die gleiche Wärmemenge wie eine elektrische Heizung mit 8,141 kWh. Die Rohöleinheit (tRÖL) heißt englisch toe, ton of oil equivalent, und 1 tRÖL entspricht genau 11,63 MWh.

Es gelten folgende Umrechnungen:

Energieeinheit	In Joule [J]	Anmerkung
1 cal_IT	4,1868 J	internationale Kalorie, International Table calorie
1 cal_th	4,184 J	thermochemische Kalorie, thermochemical calorie
1 cal₁₅	4,1855 J	Kalorie für die Erwärmung von 14,5 °C auf 15,5 °C
1 erg	10⁻⁷ J	cgs-Einheit
1 eV	1,60218 × 10⁻¹⁹ J	Elektronenvolt
1 Eh	4,35975 × 10⁻¹⁸ J	Hartree, atomare Einheit
1 Btu	1055,06 J	Britische thermische Einheit nach ISO, to heat 1 pound water from 63 °F to 64 °F
1 tSKE	1 tce = 29,3076 × 10⁹ J	Tonne Steinkohle-Einheit, tce, ton of coal equivalent, 7000 kcalIT
1 tRÖL	1 toe = 41,868 × 10⁹ J	Tonne Rohöl-Einheit, toe, ton of oil equivalent, 10000 kcalIT

1850 wurde festgelegt, dass die Wärmemenge von einer Kilokalorie [1 kcal] ein Kilogramm Wasser um 1 °C erwärmt. Kalorie bzw. Kilokalorie [cal bzw. kcal] waren danach bis 1948 gesetzliche Einheiten. Sie sind auch heute noch (meist mit der oben für die internationale Kalorie angegebenen Umrechnung) neben dem Joule als Maßeinheit für die Wärmemenge im Gebrauch.

Die heute oft angeführte Sektorenkopplung wird von Vielen verstanden als ein Eindringen des Stromsektors in andere Märkte, z.B. den Wärmemarkt. Dabei werden oft die im Stromsektor gebräuchlichen (nicht-SI) Einheiten mitgenommen. So werden heute oft Mengen von Erdöl oder Erdgas in TWh statt in Kubikmetern oder Tonnen angegeben, wobei zur Vereinfachung der Brennwert von Öl oder Gas untertellt wird ohne Wirkungsgrade zu berücksichtigen. Zur Zeit (2022) lässt sich wohl noch nicht durchsetzen, ausschließlich SI-Einheiten zu nutzen.

Vervielfachung von Maßeinheiten

(siehe auch Präfixe)

Symbol	Exponent	Zahl	Präfix	Deutsch	Amer. Englisch	Brit. Englisch
k	3	10³	kilo	Tausend	thousand	thousand
M	6	10⁶	Mega	Million	million	million
G	9	10⁹	Giga	Milliarde	billion	thousand million
T	12	10¹²	Tera	Billion	trillion	billion
P	15	10¹⁵	Peta	Billiarde	quadrillion	thousand billion
E	18	10¹⁸	Exa	Trillion	quintillion	trillion

Die Tonne (1 t = 1000 kg = 1 Mg) ist zwar keine SI-Einheit, aber als gesetzliche Einheit zugelassen. Die SI-Einheit Mg (Megagramm) wird für diese Masse selten verwendet. Mit der Tonne sind auch die Massen dt (Dezitonne, ehemals Doppelzentner dz), kt (Kilotonne) und Mt (Megatonne) verbunden.

Multiplikation von Leistungs- mit Zeiteinheiten

Die Leistungseinheit Watt (mit den oben genannten Vielfachen) ergibt durch Multiplikation mit einer Zeiteinheit eine Energieeinheit, z. B. ist

1 Ws = 1 J.

Sehr gebräuchlich ist die Kilowattstunde:

1 kWh = 3600 kWs = 3,6 MJ.

Neben der Sekunde [s] und der Stunde [h] wird das Gregorianische Jahr [a] mit

1 a = 365,2425 d = 8765,81 h = 31 556 952 s

als Zeiteinheit verwendet.

Damit ergibt sich zum Beispiel die Einheit Megawattjahr mit

1 MWa = 31,557952 TJ [Terajoule].

Der jährliche Verbrauch von 1tRÖL (1 toe / a) ergibt einen täglichen Verbrauch von etwa 31,84 kWh/d.
Der Verbrauch von 1 GJ/a ergibt etwa 0,7605 kWh/d.

Umrechnung von Energieeinheiten

Obige Angaben ermöglichen die Umrechnung von Energieeinheiten mit dem Taschenrechner.
Wer sich dieser Mühe nicht unterziehen will, kann zahlreiche "Umrechner" im Internet nutzen.

Beispiele:

https://www.umrechnung.org/masseinheiten-energie-umrechnen/einheiten-umrechner-energie-energy.htm

https://www.onlineconversion.com/energy.htm

http://www.unitconversion.org/unit_converter/energy.html