Perspektiven der Elektromobilität und Wachstumspotentiale in der Schweiz

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1 Perspektiven der Elektromobilität und Wachstumspotentiale in der Schweiz Grafik: Elektromobilität, April 2009 Prof. Dr. Franz Baumgartner Institut für Energiesysteme und Fluid-Engineering, ZHAW Vortrag Kongress Zürich, Stadt Energie Verkehrt am Projekt BAER Solarelektromobilität; Internationale Bodenseehochschule University of Applied Science Zuerich; ; bauf@zhaw.ch;

2 Inhalt 1. Hauptproblem für Treibhauseffekt Verkehr 2. Hauptproblem der E-Mobile Batteriekosten 3. Lösungen ab 2011 mit Elektroautos am Markt! 4. Das E-Mobil braucht Solarstrom 5. Wachstumsszenarien der Blick in die Glaskugel? University of Applied Science Zuerich; ; bauf@zhaw.ch; BFS Mobilität und Verkehr, Taschenstatisik 2009, Neuchatel, CH

3 1) Der Verkehr und das Geld Der Verkehr bindet 8% der Haushaltsausgaben oder ca. 500 Fr monatlich Die Schweizer Haushalte geben weniger Geld zum Essen aus als zum Fahren University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 3 Ref: Taschenstatistik der Schweiz 2009;

4 1) Wachstum des Verkehrs 4 Mio PW Endenergieverbrauch University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 4 Ref: Taschenstatistik der Schweiz 2009;

5 1) Vorteil E-Mobil: 0-Emission, Lärm, beim Bremsen die Batterie laden Solarmobil TINO km/h mit 7kW University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 5 4kW Battrieladung F. Baumgartner, M. Simon, R. Burkhardt; Endbericht , Optimierung eines elektrischen Umrichters für den Einsatz in Elektrofahrzeugen; Energiestiftung Baden-Württemberg; Förderkennzeichen A

6 2) Vom E-Starter zum E-Mobil 20% Effizienz 1 Liter Benzin Steckdose Stromkosten 10kWh / 1.5 CHF Stromkosten 5* *0.15 = 0.75 SFr/kWh 0.15 SFr/kWh 02SF/kWh 0.2 SFr/kWh University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 6 Steckdosenstrom billiger wie Benzinstrom

7 2) Vergleich Tankkosten E-Mobil Verbrauch: 20kWh/100km Konv. Stromkosten: 0.2SFr/kWh 4 SFr / 100km (Batteriekosten nicht eingerechnet!) Solarbetriebes E-Mobil min PV Stromkosten 0.3 /kwh BRD Benzinauto Verbrauch: 6 Liter/100km Spritkosten: ca.1.4sfr/l 8 SFr/100km (Sprit tanken ist doppelt so teuer wie Strom tanken aus der Steckdose ohne Batteriekosten!) oder 0.4SFr/kWh 8Fr/100km die Hälfte des Benzingelds zur Finanzierung der Batterie nutzen University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 7

8 2) Grösstes Risiko bleibt der Öl-preis Trend Öl: mittel und langfristig 400% Trend Solar mittel und langfristig 100% University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 8

9 2) Kosten Benzinauto 17% Treibstoff Wert Auto CHF Rp/km bei km 52 Rp/km CHF Rp/km CHF Rp/km TCS und BFE 2009, Flyer Genf Autosalon 2010 University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 9

10 2) EV Kostenvergleich 2010 University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 10

11 2) EV Kostenvergleich ca University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 11

12 2) Batterietechnologien 2009 Wh/kg Diveres Li Ionen ca / 20kWh Na / NiCl Hochtemp. 300 C Ni Metallhydrid 90 20% auf 80% 3.5 h Laden Bleibatterie 30 Zu schwer; eventuell Lechitmobile in China? NiCd 60 EU Aus; Citroen E-Autos getestete 95 bis 2005 Kostenziel 2012: 5000 / 20kWh; 3000 Zyklen, km Fahrleistung; 100km University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 12

13 2) EV Batteriekosten, Lebensdauer B. Fleet, Toronto Canada; IAMF , Geneva, Session, Market Introduction University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 13

14 3) Die Elektromobile kommen ab LEAF Renault/Nissan 2. E-Mini BMW 3. E-Smart Mercedes/Daimler 4. imiev Mitsubishi 5. Ampera Opel 6. Greenster Ruf/Porsche Elektra Fiat/Kamoo 8. Panda Fiat/Kamoo 9. University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 14

15 3) Nissan; Marketing / Tests E-Mini & Vattenfall, Berlin 09 LEAF schickt eine SMS wenn Batterie voll! University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 15

16 3) LEAF / Renault/Nissan Schnelladen: 30 Minuten 80%; Standard 230V mit 7 Stunden (Akku ca.7500 ) 1. Power: 80kW / 280 Nm /10s* 2. Battery: 24kWh Li Ion(160km) 3. Hybrid: PermSM 4. Wh/km: ca. 20kWh/100km 5. EU market: 2012 (US 10) produziert 2010e University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 16

17 3) E-Smart / Daimler Li-Ion in 2010!? Daimler+ Evonik= Litec 1. Power: 30kW (max. 112km/h) 2. Battery: NaNiCl 15.5kWh/115km5kWh/115km 3. Div.: (850kg) 5.7s / 60km/h 4. Wh/km: 12kWh/100km 5. EU market: 2010 (US?) 6. www: University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 17

18 3) eruf Porsche / Siemens 270kW * 11 Min = 51kWh!! 1. Power: 270kW / 950 Nm / 5s 2. Battery: Li Ion (250km)51kWh 3. Hybrid: PermSM 4. Wh/km: 5. EU market: 2010 (Kleins.) 1900 Lohner E-Porsche University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 18

19 E-Smart, Mercedes University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 19 Slide 19

20 3) Fiat 500 Elektra aus der Schweiz Preis: ca CHF Batteriekauf Garantie: 3 Jahre ca. 375 Ladungen a 80% 1. Power: 15kW / 50 Nm 2. Battery: Zebra 29kWh(120km) 3. Div.: Bat. Na /NiCl2 4. Wh/km: 16.0 kwh/100km 5. EU market: 2009 CH 6. University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 20

21 3) BYD China, 57kWh/ 75kW/2200kg Automobilsalon Genf 2010 University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 21 Slide 21

22 2010 zu kaufen S: Think City 24kWh / 37kW / 1038kg/180km/ca 40 TSFr Automobilsalon Genf 2010 University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 22 Slide 22

23 Citroen C-zero / 16kWh / 47kW Automobilsalon Genf 2010 University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 23 Slide 23

24 3) Problem der Reichweite Lösungsansätze: 1. Range Extender ist von der Funktion ein Notstromaggregat an Bord welches mit Benzin/Diesel Strom für den E-Antrieb liefert Elegante Möglichkeit um typische Kurzstrecken Arbeits- /Einkaufverkehr elektrisch zu realisieren, Langstrecken mit CO2 Emissionen verbunden 2. Schneller Batteriewechsel z.b. Better Place; Vorteil alles elektrisch University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 24

25 3) Hybrid Fahrzeuge am Markt University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 25

26 3) Opel Ampera E-REV Autosalon Genf 2010: E-REV Extended Range Electrical Vehicle Reichweite 60km, immer 150PSel, 40g CO2/100km, 1.6l Ca in 2011 University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 26

27 3) Batteriewechsel: z.b. Post University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 27

28 3) Daimler & RWE: Ladestrom!! Sep. 09: Berlin Goal: Dez 09; Berlin; 500Stk. RWE E-Tankstellen (150 E-Smarts) London (100 E-Smarts) 480 leasing /month Rom (100 E-Smarts) Greenpeace "Elektro-Smart + Kohlestrom von RWE = Klimaschwein" Greenpeace RWE Strom 2006; 752g CO2/kWh (Germany average 520g CO2/kWh) E-Smart mit RWE Strom = 90g CO2/100km Smart mit Diesel= 88g CO2/100km University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 28

29 3) RWE Tanke sucht den Markt Automobilsalon Genf 2010 University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 29 Slide 29

30 5kW PV Dach Solare Tages Fahrleistung Pn Module Pges [W] PN[kW] 5 Smart Elektra 81 eporsche 33 CH Haushalte 80% 1 Auto 30% 2 Autos 33km 5kW, 81km University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide km

31 4) Solarzellenleistung für E-Mobile Tagesleistung 35 km 950 kwh/kwp E-Mobil kwh/100km kwh/tag Pn [kw] A [m2] Smart, Mercedes 12 4,2 1,61 11,5 500, Fiat 16 5,6 2,14 15,3 E-Porsche 40 13,9 5,36 38,3 Durchschnitt 20 7,0 2,7 19,1 CH-Haushalt Stromverbrauch ca kwh (12.4kWh täglich) Jahresverbrauch h E-Mobil Deutschland ca. 2500kWh (ca. 6.8kWh/Tag) wie 2-Personen Haushalt; Quelle: Studie Elektromobilität, April 2009 University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 31

32 4) Potential der Photovoltaik auf den Dächern ist riesig! 1.5 Mio Solardächer je 10kW 40kW 65kW The average village Bubikon near lake Zurich with 5000 habitant, offers a PV potential of 10 MW on their rooftops; Studentenarbeit an der ZHAW Sommer 2008; ISBN: X; Dez 2006 University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 32

33 4) PV 1kWp pro E-Mobile TINO W = 15km 1.5km Mit einer 1000W Solartankstelle fährt TINO 12kWh/100km täglich 21km F. Baumgartner; Euro PV Conf. 1994, Amsterdam University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 33

34 IBH Projekt: BAER Projekt Projektleitung: Prof. Dröge, Hochschule Liechtenstein University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 34

35 2020 Die lokale Strombilanz Sie sind ihr eigener Oil-SCHEICH Strom täglich [kwh/d] Solars 10 Haush 4 Wärm 3 3 E-Mob Übers typ. E-Autobatterie Kapazität rstrom PV 10kW PV, 50 m 2 ; 30kWh/m2/a haltsgeräte mepumpe bilität schuss Wärmepumpe Leistungz. 3.5 Das Stromnetz ist nötig als Stromspeicher und Handelsplattform 12kWh/100km, 25km Tagesfahrt; 1.2kWp 3600kWh/a University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 35

36 EV-Stromverbrauch / Schweiz 62 TWH Stromverbrauch Schweiz (2009) davon schon heute ca. 5TWh für Bahn, Tram 4 Mio PW (Stand 2008) Konversion zu E-mobilen mit täglich 35km täglich Strombedarf 7 kwh Jahr 2,6 MWh 4Mio E-mobile/a 10,2 TWh Anteil Stromverbrauch % oder 16% Ziel für Anteil Erneuerbaren Strom für EV University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 36

37 Zeitprofil der Stromnetze University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 37

38 Solartankstellen sind gefragt Quelle: Solar Wings CH University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 38

39 5) Marktwandel Beispiel Energie J.H. Ausubel, A. Grübler, N. Nakicenovic; IASA Laxenburg, Austria; Climatic Change 12;(1988), University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 39

40 5) Erfahrung in der Schweiz Mendrisio ab 1995 Projektdauer 1995 bis 2001 Durchschnittlich 2.5 Liter/100km Verbrauch belegt Start t 458 LEM Leicht Elektro Mobile Projektende 395 (ca. 130 PW) 8% E-Mobilität in Mendriso nicht erreicht E-Mobil PW Preis ca SFr (15 000SFr Bat.) Investitionskosten: 13 Mio. Öffentliche Gelder + 4. Mio der Nutzer; Gesamtkosten inkl. Begleitprogramm 21 Mio SFr 81% der Bevölkerung findet eine Förderung von LEM für sinnvoll University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 40

41 5) Marktanteile versus Batteriekapazität K. Kely, M. Wietschel, FhG Syst Inno Karlsruhe; IAMF , Geneva, Session, EV University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 41

42 5) EV market scenario Portugal National EV Plan: 2020 goal 10% als sales are EV P. Baptista, Uni Lisboa, Portugal; IAMF , Geneva, Session, Market Introduction University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 42

43 5) Market Modelle BRD, H2 P. Propfe, S. Schmid, DLR Stutgart; IAMF , Geneva, Session, Market Introduction University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 43

44 5) Prognose E-Mobile : BRD 10GW_PV Grafik: Elektromobilität, April 2009 Schweiz E-Mobile Winterthur E-Mobile (vgl. alle Parkplätze Winti Innenstadt 3000) 100 E-Mobile (alle Parkplätze Stadttheater Wint.) Rückschau: 1996 Anzahl E-Mobil pro 1Mio Einw.: 310 Schweiz; 56 BRD, A, S 2020 In China 50% aller neuen Autos E-Mobile; Roland Berger Consult. University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 44

45 5) Unterstützung für Feldversuche ZHAW Bachelorarbeit 2010 Jonas Gratmann, Flavio Perucchi University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 45

46 Fazit: Elektromobilität PROBLEM CO2 Emission im Verkehr muss gesenkt werden Weitere Emissionen, PMxx und Lärm reduzieren Abhängigkeit von fossilen Quellen muss gesenkt werden Kostensicherheit! Nachtladung vermeiden Wertschöpfung bleibt im Land University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 46 LÖSUNGSANSATZ Nicht möglich mit E-Mobilen die Kohlestrom laden! E-Mobil Nullemission Fahrt und sehr geräuscharm! Die lokalste Energiequelle ist die Sonne am Dach. Kostensicherheit: Investition Netz von E-Tankstellen! Bei Investition in Photovoltaik u. Batterietech. EMPFEHLUNG: Beim Kauf des E-Mobils auch gleich 1kW PV Kraftwerk mit kaufen!! Öffentliche Hand sollte für jede E-Tankstelle eine 10kW PV Anlage errichten!

47 Mögliche Marktanreize / Potentiale Vermögende Volkswirtschaften können Anreize schaffen Vorreiterprojekte des öffentlichen Sektors Dienstfahrzeuge Post, E-Wirtschaft, Verwaltung E-mobile, E-Zweirad in Kombination mit Solartankstellen Vorreiterprojekte Industrie, Dienstleistung in Verbindung mit Steuervergünstigung für E-Dienstfahrzeuge Private PW s Förderbeitrag für kwh Batterie (Umweltaspekt und Unabhängigkeit herausarbeiten; Auto bleibt Bauchentscheid ) Nicht tjeder Hyprid muss ussein ökologischer oogsc Segen sein; 220 kw CO2 versus 10kW EV University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 47

48 Solarelektromobilität University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 48

49 University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 49

50 Der lange Weg des Prius zum EV 1997 (1.7kWh/5.1l); 2010 (5.2kWh/2.6l); 2020 (??20kWh/0l) University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; slide 50 Slide 50