Elektrifizierung des Antriebsstranges bei Leichten Nutzfahrzeugen

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1 CO 2 -Emission und Ressourcenbedarf E-TRAKTION billig.strom.1tipp.de ÖKOSTROM ZIEL Technologie und Energieträger Elektrifizierung des Antriebsstranges bei Leichten Nutzfahrzeugen, Volksw agen Nutzfahrzeuge IAA Symposium: Umwelt- und klimafreundlicher Straßentransport,

2 Gliederung Mobilität und Ökologie Volkswagen Kraftstoff- und Antriebsstrategie Elektrifizierung des Antriebes Batterieelektrischer Antrieb von LNfz Randbedingungen, Anforderungen für LNfz Technische Konzepte Wirtschaftliche Aspekte Zusammenfassung Seite 2

3 Gliederung Mobilität und Ökologie Volkswagen Kraftstoff- und Antriebsstrategie Elektrifizierung des Antriebes Batterieelektrischer Antrieb von LNfz Randbedingungen, Anforderungen für LNfz Technische Konzepte Wirtschaftliche Aspekte Zusammenfassung Seite 3

4 Gesetzliche Herausforderungen, globale Verpflichtungen Lokale Emissionsgesetzgebung Fahrverbote Immissionsgesetze Globale Emissionsverpflichtung Seite 4

5 Weltw eites Entstehen von Mega-Cities Tokyo: 629 km 2, 12 Mio. Einwohner, 10 Mio. Fahrzeuge Seite 5

6 Verfügbarkeit von nicht-erneuerbaren Energien Erdöl (konventionell und nicht konventionell) Reserve Ressource Quelle: BGR 2002 Erdgas (konventionell und nicht konventionell) Steinkohle Braunkohle Uran Rohölpreis in 2009 wieder steil ansteigend! >200 >1000 Jahre in Gt SKE (Gigatonne=10 9 Tonnen, Steinkohleeinheiten) Seite 6

7 Prognostizierte Erdölförderungen w eltw eit, erw artete Deckungslücke Seite 7

8 Entw icklung der CO 2 -Emissionen für Leichte Nutzfahrzeuge Entwicklung Vergangenheit bis heute (Crafter - Klasse) CO2 [g/km ] Transporter 1980 Neue Motorengeneration Anpassung der Übersetzung und Reibungsreduzierung Verringerung des cw-wertes Optimierung der Lichtmaschine, Lenkhilfepumpe usw. Verringerung des Rollwiderstandes Gestiegene Kundenerwartungen und Sicherheitsanforderungen Euro IV/V NO X Emissionen Tran sp orter 2008 Leichte Nutzfahrzeuge sind bereits hocheffizient: Ein Transporter emittiert heute ein Drittel CO 2 weniger als noch Alle relevanten Komponenten eines leichten Nutzfahrzeugs sind verbrauchsoptimiert. Die Umwelt- und Sicherheitsanforderungen, die durch zusätzliche Fahrzeug- und Motormaßnahmen das Fahrzeug mit über 30 g/km CO 2 Mehrausstoß belasten, konnten durch verbesserte Antriebstechnologien mehr als kompensiert werden. Motor Getriebe Technologie Marktanforderungen Aerodynamik Nebenaggregate Reifen Emissionen Gewicht Moderne und saubere Turbodieselmotoren der neuesten Generation haben diese positive Entwicklung ermöglicht. Gesetzl. Bestimmungen Quelle: VDA Seite 8

9 Drastische Schritte zur Begrenzung der Erderw ärmung auf 2 C bis 2050 CO 2 -Emission durch Leichte Nutzfahrzeuge Emissionen und ihre Verursacher Treibhausgasemission Transportsektor (EU ) 10 % Flug-, Schienen-, Wasserverkehr und sonstige 80 % Pkw 10 % Leichte Nutzfahrzeuge Ist 2005 Ziel 2050 Begrenzung der Erderwärmung auf 2 C bis ) Ø 20 g CO 2 /km ~ 0,9 l Benzin/100 km (Deutschland) [Jahr] 1) Quelle: McKinsey & Company, Bundesumweltminister Röttgen 2) Politische Absichtserklärung, z. B. der EU- und G8+5-Staaten, Teil des Copenhagen Accord 2009 Seite 9

10 Mögliche Antriebstechnologien zur Senkung der CO 2 -Emission und des Ressourcenbedarfs [CO 2 -Emission und Ressourcenbedarf] OPTIMIERTE KONV. ANTRIEBE MultiFuel Rekuperation Start-Stopp ALTERNATIVE KRAFTSTOFFE CNG Rollwiderstand LPG HYBRIDE Mild-Hybrid Full-Hybrid Plug-In-Hybrid E-TRAKTION Range Extender ÖKOSTROM Batteriefahrzeug Treibhausgasemission LNfz EU27 Rollenzulassung ZIEL [CO 2 /km] 203 g (2007) Kraftstoffvebr. [l/100 km] ~ 8,8 l 175 g (2014) ~ 7,6 l Sollwert CO 2 -Regulierung 2014 Geringere künftige CO 2 -Sollwerte in Diskussion lokale Emissionsfreiheit [Technologien und Energieträger] Seite 10

11 Mögliche Kundenreaktionen bei nicht-realistischen CO 2 -Grenzw erten Für das max. Ladevolumen eines Crafter Kasten von 17 m³ CO 2 100% sind 2 T5 Kasten mit einem max. Ladevolumen von je 9,3 m³ CO 2 161% oder 6 Caddy Kasten mit einem max. Ladevolumen von je 3,2 m³ nötig. CO 2 373% Seite 11

12 Zielkonflikt Individuelle Mobilität vs. Transportaufgabe Seite 12

13 Gliederung Mobilität und Ökologie Volksw agen Kraftstoff- und Antriebsstrategie Elektrifizierung des Antriebes Batterieelektrischer Antrieb von LNfz Randbedingungen, Anforderungen für LNfz Technische Konzepte Wirtschaftliche Aspekte Zusammenfassung Seite 13

14 Energiepfade für Automobilantriebe Rohstoffe fossil Erdöl Kohle Uran Erdgas regenerativ Wind Wasser Solar Geothermie Biomasse Energie (-träger) Strom H2 Kraftstoffe Benzin/Diesel CTL GTL BTL Biogas Antriebe Batterie/ E-Motor Brennstoffzelle konventionelle Antriebe (ICE) Böhm, T.; Elektrifizierung der Fahrzeugantriebe Herausforderung Energiespeicher, Berlin Seite 14

15 Volksw agen Kraftstoff- und Antriebsstrategie erneuerbar elektrische Energie (Batterie/ Wasserstoff) E-Traktion SunFuel BlueMotion Erdöl Erdgas CNG LPG Diesel Benzin TSI / TFSI TDI DSG Seite 15

16 Der Volksw agen Caddy Ecofuel und Caddy Maxi Ecofuel Volksw agen Caddy Maxi Ecofuel (Klammerw erte Caddy Ecofuel) optimierter Motor: 2.0l, 80 kw, 160 Nm quasi-monovalent Benzinreservetank 13 l Unterflur-Gasflaschen, Gasvolumen ca. 210 l (160 l): Keine Einschränkung der Innenraumvariabilität Keine Einschränkung des Ladevolumens Wettbewerbsüberlegene Reichweite: 630 km (440 km) CNG 130 km Benzin Seite 16

17 Zukünftige Tankstellenw elt - Kraftstoffdiversifikation Seite 17

18 Gliederung Mobilität und Ökologie Volkswagen Kraftstoff- und Antriebsstrategie Elektrifizierung des Antriebes Batterieelektrischer Antrieb von LNfz Randbedingungen, Anforderungen für LNfz Technische Konzepte Wirtschaftliche Aspekte Zusammenfassung Seite 18

19 Elektrifizierung des Antriebes ELEKTROFAHRZEUG Micro-Hybrid/ Start-Stopp Mild-Hybrid Full-Hybrid (HEV) Plug-In- Hybrid (PHEV) Range Extender (RE BEV) Batteriefahrzeug (BEV) Brennstoffzelle (FCEV) 1) km km 2 km km km Batterie- Reichweite Elektromotor Boost Verbrennungsmotor +Stromerzeuger 1) ab 2020 Seite 19

20 Elektrifizierung des Antriebes von Leichten Nutzfahrzeugen ELEKTROFAHRZEUG Micro-Hybrid/ Start-Stopp Mild-Hybrid Full-Hybrid (HEV) Plug-In- Hybrid (PHEV) Range Extender (RE BEV) Batteriefahrzeug (BEV) Brennstoffzelle (FCEV) 1) 2 km km km km km Elektromotor Boost Verbrennungsmotor +Stromerzeuger emissionsoptimierte Lieferfahrzeuge im Kurz- und Langstreckenverkehr Lieferfahrzeuge im Kurz- und Langstreckenverkehr mit emissionsarmem Innenstadtbetrieb Lieferfahrzeuge im Kurz- und Langstreckenverkehr mit uneingeschränktem Zugang zu City- und Umweltzonen innerstädtische Lieferfahrzeuge langfristig: Lieferfahrzeuge mit Brennstoffzellenantrieb im Kurz- und Langstreckenverkehr 1) ab 2020 Seite 20

21 Gliederung Mobilität und Ökologie Volkswagen Kraftstoff- und Antriebsstrategie Elektrifizierung des Antriebes Batterieelektrischer Antrieb von LNfz Randbedingungen, Anforderungen für LNfz Technische Konzepte Wirtschaftliche Aspekte Zusammenfassung Seite 21

22 Typisches Einsatzszenario und Randbedingungen von E-LNfz Täglich wiederkehrende Fahrtrouten und Rückkehr zu Betriebshöfen, dadurch keine flächendeckende Lade-Infrastruktur notwendig Geplante innerstädtische Fahrtrouten durchschnittlich klein (Deutsche Post Caddy s: 80% der Fahrzeuge fahren weniger als 50 km/ Tag, Ø- Fahrstrecke 34 km/ Tag) Zufahrt in mögliche Ökozonen bzw. Innenstadtsperrungen Bevorzugung bspw. in City-Maut- oder Umweltzonen Nahezu geräuschloser Antrieb, d.h. Innenstadtbelieferung auch zu bisher unüblichen oder auch gesperrten Zeiten möglich Vorteile bei der CO 2 -Besteuerung oder möglichen Strafzahlungen Geringe Betriebs- und Wartungskosten Wegfall des konventionellen Antriebsstranges schafft Freiheitsgrade bei der Fahrzeuggestaltung; neue Fahrzeuggesamtkonzepte werden möglich Seite 22

23 Typischer Lieferverkehrzyklus (Ausschnitt) und dabei ermittelter Verbrauch Lieferzyklen führen zu extremen Kraftstoffverbräuchen! Verbrauch / Kraftstoffkosten für T5 im "Lieferzyklus Österreich" * Zeit [sec] Verbrauch l/100km Kraftstoffkos ten /100km * Basierend auf 1,50 /l bzw. 0,13 /kwh VKM = Verbrennungskraftmaschine MSS = Motor Start/Stop V KM V KM + M SS V o llhyb rid E- T ranspo rt er Geschwindigkeit [km/h] Dauer [sec]: 1200 Gesamtstrecke [km]: 1.37 Mittlere Geschw. [km/h]: 4.1 Mittlere Beschl. [m/s²]: 0.70 Mittlere Verz.[m/s²]: Seite 23

24 Technologien von Energiespeichern für E- Traktionskonzepte Typ Funktion konv. Fzg. Starten Energiespeicher Mild Hybrid Full Hybrid Elektro- Fzg. el. Leistung ~ 2 kw ~ 6 kw ~ 15 kw ~ 30 kw ~75 kw (typisch) Spannung 12 V < 60 V > 60 V >> 60 V (typisch) Start-Stopp (Rekuperation) Start-Stopp Rekuperation (Boost) Start-Stopp Rekuperation Boost (E-Drive, 2 km) E-Drive > 100 km Lebensdauer 5 Jahre 8-10 Jahre >10 Jahre (gefordert) Technologie Blei-Säure Micro Hybrid Nickel-Metallhydrid Lithium-Ion Plug-In Hybrid Start-Stopp Rekuperation Boost E-Drive, 20 km Seite 24

25 Anforderungen an Energiespeicher Zielkonflikt! Energie Elektrische Reichweite, Verfügbarkeit Komfortverbraucher Technologie zukünftig: Lithium-Ionen Kosten Wirtschaftlichkeit, Marktakzeptanz, Recycling Leistung Performance, Dynamik Technologie heute: Nickel-Metall-Hydrid Lebensdauer Zyklen, Standzeit Sicherheit Fehler, Unfall, Missbrauch, W artung Seite 25

26 Erw artete Fortschritte bei der Batterieentw icklung Heute Verbesserung je 5 Jahre Reichweite 100 km 150 km 200 km ~40 % Kostensituation heute Zusatzgewicht Batteriesystem (ggü. Zellen) 40 % % % ~20 % Spezifische Energie 70 Wh/kg 100 Wh/kg 160 Wh/kg ~50 % Kosten für die Traktionsbatterie bei mehr als 80% des Antriebsstrangs Batterie Energiedichte Preis /kwh ca. 90 Wh/L 120 Wh/L 200 Wh/L ~ < ~50 % ~50 % E-Motor Power Leistungselektr. Weitere Zusammensetzung Gesamtkosten des Antriebsstrangs bei einem E-Fahrzeug, entspr. 100% Ziel: Zukünftige Weiterentwicklungen verbessern spezifische Kennwerte der Batterie und liefern einen deutlichen Reichweitengewinn. Kosten für Batterie werden aber weiterhin dominieren! Seite 26

27 Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen hinsichtlich TCO (schematisch) TCO [ ] Maut o.ä. für Innenstädte, Steigerung der Kraftstoffkosten, aktuelle Förderungslücke Akzeptanz für E-LNfz bei höheren Betriebskosten des ICE (z.b. durch höhere Kraftstoffpreise oder Maut) oder durch Förderung von E-Fahrzeugen Wettbewerbsvorteil E-Fahrzeug ggü. ICE Kaufargument Betriebskosten Anschaffungskosten Kostensenkung durch Technologieentwicklung und höhere Stückzahlen Diesel (ICE) E-Fahrzeug Übergangsszenario E-Fahrzeug Zukunftsszenario Seite 27

28 E-Caddy Seite 28

29 T5 Plug-In Hybrid Seite 29

30 Gliederung Mobilität und Ökologie Heutige Erkenntnisse zu nicht erneuerbaren Energiequellen Volkswagen Kraftstoff- und Antriebsstrategie Elektrifizierung des Antriebsstranges Batterieelektrischer Antrieb von LNfz Randbedingungen, Anforderungen für LNfz Technische Konzepte Wirtschaftliche Aspekte Zusammenfassung Seite 30

31 Zusammenfassung Bei Prognose weltweit steigender Transportleistungen ist Absenken der CO 2 - Emissionen notwendig Fakt: Begrenzte herkömmliche Treibstoffressourcen Neue alternative Antriebskonzepte erforderlich Batterieelektrischer Antrieb nahezu ideal für Lieferverkehr in Ballungsräumen Schwerpunkt der Entwicklung: Batterie, E-Maschine, Leistungselektronik und Ladetechnologie W eitere Anstrengungen vom Gesetzgeber erwartet Stromerzeugung aus 100% regenerativen Energien erforderlich zur Erreichung auch globaler CO 2 -freier Mobilität Ziel Bundesregierung bis Mio. E-Fahrzeuge bietet bei entsprechender Förderung eine Marktperspektive für wirtschaftlich sinnvolle Leichte Nutzfahrzeuge mit elektrischem Antrieb Seite 31

32 CO 2 -Emission und Ressourcenbedarf E-TRAKTION billig.strom.1tipp.de ÖKOSTROM ZIEL Technologie und Energieträger Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

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