Elektromobilität und Erneuerbare Energien Wechselwirkungen, Umweltaspekte und wirtschaftlicher Kontext

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1 Elektromobilität und Erneuerbare Energien Wechselwirkungen, Umweltaspekte und wirtschaftlicher Kontext VZ-NRW Fachgespräch Individuelle Mobilität im Zeichen des Klimawandels Düsseldorf, Frank Merten, Georg Wilke Forschungsgruppe 1 Zukünftige Energie- und Mobilitätsstrukturen

2 Überblick 1. Einleitung 2. Entwicklungspfade 3. Potenzialbetrachtungen 4. Klimawirksamkeit und Wechselwirkungen mit EE 5. Resümee 29. Jan Quelle: 1

3 Einleitung Verkehrsutopien in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts Jan Quelle: deutsche bauzeitung, Nr. 11/

4 Einleitung Gegenwart Klimabelastung und Ressourcenknappheit ( Peak Oil ) als Problemlagen Die Hoffnungsträger zur Schaffung eines nachhaltigeren Verkehrs Alternative Kraftstoffe, insbesondere BTL (Biosprit), daneben GTL und CTL Wasserstoff und Brennstoffzellenantrieb Erdgas (CNG) bzw. Bio-Methan (CBM) u. CNG-Kfz./Infrastruktur Elektrifizierung des Automobils, Strom als alleinige (reine Elektroautos) oder zusätzliche (Hybridkonzepte) Antriebsenergie Neue Infrastruktur! 29. Jan Quelle: 3

5 Entwicklungspfade Modellvarianten Elektrofahrzeuge Smart ed Think City seriell Anordnung der Antriebe parallel Hybridfahrzeuge Mischform Mikro-Hybrid C3 Stop & Start Grad der Hybridisierung Plug-In Mild-Hybrid Vollhybrid Honda Civic ohne Plug-In Golf TwinDrive i MIEV Volt Prius 2 Prius 1 Quelle: Thomas Aigle und Lutz Martz (2007): Automobilität und Innovation. 29. Jan Quelle: WZB Berlin. Modifiziert 4

6 Potenzialbetrachtungen Zentrale Bestimmungsgrößen der potenziellen Stromnachfrage für Elektromobilität Marktreife/Verfügbarkeit Infrastruktur Fahrzeugnachfrage Stromnachfrage für Elektromobilität Akzeptanz/Nutzungsmuster 29. Jan Quelle: 5

7 Potenzialbetrachtungen Infrastruktur Unidirektional Ausbau Kraftwerkspark Netzausbau Ladestationen privat und öffentlich; Normalstrom (220 V) und Starkstrom (33 V) Austauschstationen für Akkumulatoren (z.b. Anbieter Better Place, Kooperationsverträge mit Israel, Portugal, Dänemark) Bidirektional (Vehicle-to-Grid) >>> Fahrzeuge als Zwischenspeicher Kommunikationsstruktur und Steuerungstechnik Ein- und Ausspeisung Infrastruktur für Erfassung, Übermittlung und Auswertung von Betriebsdaten; Einsatz von Smart Metering Optimierung des Anteils von Strom aus Erneuerbaren Energien >>> fluktuierende Einspeisung Kommunikationstechnik mit Übertragungs- und/oder Teilnetzbetreibern 29. Jan Quelle: 6

8 Potenzialbetrachtungen Marktreife/Verfügbarkeit Modell / Jahr Smart ed Flottenversuch 100 Fahrzeuge Markteinführung Think City Markteinführung 2010 mit Pkw Golf TwinDrive Flottenversuch 20 Fahrzeuge Marktreife Volt Markteinführung mit Pkw Prius 2 Flottenversuch Markteinführung i-miev Flottenversuch Seit 2007 Markteinführung in Japan 29. Jan Quelle: Medienberichte. 7

9 Potenzialbetrachtungen Marktreife/Verfügbarkeit Entwicklung und Lebenszyklus von Fahrzeugmodellen (schematisch) 29. Jan Quelle: Wuppertal Institut, Karl Otto Schallaböck,

10 Potenzialbetrachtungen Marktreife/Verfügbarkeit Diffusion neuer Techniken in der Fahrzeugflotte (schematisch) 29. Jan Quelle: Wuppertal Institut, Karl Otto Schallaböck,

11 Potenzialbetrachtungen Akzeptanz Bisher nur Indizien Studien Continental-Studie: 43 % der Deutschen grundsätzlich zum Kauf eines Elektroautos bereit, 27 % grundsätzliches Interesse an Hybridfahrzeugen, bei steuerlicher Förderung und Zufahrtbeschränkungen der Innenstädte zwei Drittel BUND-Studie: für 67 % der Deutschen niedriger Energieverbrauch wichtigstes Kriterium bei Neuwagenkauf Hemmnisse Reichweiteneinschränkung bei reinen Elektrofahrzeugen Hohe Fahrzeugpreise: z.b. GM Chevrolet Volt ca Euro, hauptsächlich durch hohe Preise Akkus, z. B. bei Mitsubishi i-miev Kosten Akku bis Euro 29. Jan Quelle: Medienberichte. 10

12 Potenzialbetrachtungen Marktreife/Verfügbarkeit Übersicht Fahrzeugsegmente 2008 Wohnmobile 0,8 % Utilities 2,9 % Großraum-Vans 4,2 % Mini-Vans 3,4 % Sportwagen 1,4 % Geländewagen 2,9 % Oberklasse 0,5 % Obere Mittelklasse 6,2 % Sonstige 4,4 % Minis 5,2 % 2,1 Mio. Pkw insgesamt: 41,2 Mio. Kleinwagen 19,5 % 8,0 Mio. Zusammen etwa > 21,6 Mio. KFZ (entspr. 52 %) Mittelklasse 20,6 % Kompaktklasse 28,0 % 11,5 Mio. 29. Jan Quelle: KBA 2008, eigene Darstellung. 11

13 Potenzial-Betrachtungen Eigene Abschätzung der induzierten Stromnachfrage in 2030 (1) Modellrechnung Stromnachfrage für Elektromobilität 2030: Annahmen Stationäre Flotte (gleiche Größe und Zusammensetzung wie heute, gleiche Erneuerungsraten) Einstieg in Serienproduktion 2015, davor Versuchsflotten und Kleinserien Kein Durchbruch in Speichertechnologie bis 2030, d.h. eingeschränkte Reichweite bei reinen Elektrofahrzeugen Orientierungswert durchschnittliche Jahresfahrleistung Pkw: rund bis Kilometer (ohne vorübergehend abgemeldete Fahrzeuge) Segmente Antriebskonzepte Bestandsanteile in Mio. Bestandsanteile Elektro-Pkw Bestandsanteile Elektro-Pkw in Mio. Jahresfahrleistung / Pkw elektrisch Jahresfahrleistung / Pkw gesamt Netzstrombedarf Minis 2,14 Elektrisch 50 % 1, kwh / 100 km Kleinwagen 8,03 Elektrisch 30 % 2, kwh / 100 km Kompaktklasse 11,53 Plug-in- Hybrid 40 % 4, (mit Netzstrom) kwh / 100 km 29. Jan Quelle: KBA 2008, eigene Berechnungen. 12

14 Potenzial-Betrachtungen Eigene Abschätzung der induzierten Stromnachfrage in 2030 (2) Modellrechnung Stromnachfrage für Elektromobilität 2030: Ergebnisse Netzstrombedarf für Elektromobilität insg. 4,89-9,79 TWh z. Vgl. Netto-Strombedarf in Deutschland insg. rd. 506 TWh (2006) Minis Kleinwagen Kompaktwagen Jahresfahrleistung Stromnachfrage, untere Annahme Stromnachfrage, obere Annahme 29. Jan Quelle: KBA 2008, eigene Berechnungen. 13

15 Potenzial-Betrachtungen Stromnachfrage durch PKW in Deutschland im Szenariovergleich 40 [TWh/a] EWI/Prognos Energiereport IV EWI/Prognos Energie- Gipfelszenarien , Jahr 29. Jan Quelle: EWI/Prognos 2005; EWI/Prognos 2007; BMU/Nitsch

16 Potenzial-Betrachtungen Stromnachfrage durch PKW in Deutschland im Szenariovergleich 40 [TWh/a] EWI/Prognos Energiereport IV EWI/Prognos Energie- Gipfelszenarien BMU-Leitstudie 2008 Leit- Szenario ,0 0 0, Jahr 29. Jan Quelle: EWI/Prognos 2005; EWI/Prognos 2007; BMU/Nitsch

17 Potenzial-Betrachtungen Stromnachfrage durch PKW in Deutschland im Szenariovergleich 40 [TWh/a] 35 34, EWI/Prognos Energiereport IV EWI/Prognos Energie- Gipfelszenarien BMU-Leitstudie 2008 Leit- Szenario BMU-Leitstudie 2008 E3- Szenario ,0 0 0, Jahr 29. Jan Quelle: EWI/Prognos 2005; EWI/Prognos 2007; BMU/Nitsch

18 Potenzial-Betrachtungen Stromnachfrage durch PKW in Deutschland im Szenariovergleich 40 [TWh/a] 35 34,5 30 EWI/Prognos Energiereport IV ,8 EWI/Prognos Energie- Gipfelszenarien BMU-Leitstudie 2008 Leit- Szenario BMU-Leitstudie 2008 E3- Szenario Eig. AbschŠtzung (untere Annahme fÿr KSV) Eig. AbschŠtzung (obere Annahme fÿr KSV) 5 4,9 5,0 0 0, Jahr 29. Jan Quelle: EWI/Prognos 2005; EWI/Prognos 2007; BMU/Nitsch

19 Potenzial-Betrachtungen Stromnachfrage durch PKW in Deutschland im Szenariovergleich 40 [TWh/a] 35 34,5 EWI/Prognos Energiereport IV ,8 21,9 9,8 25,3 27,7 EWI/Prognos Energie- Gipfelszenarien BMU-Leitstudie 2008 Leit- Szenario BMU-Leitstudie 2008 E3- Szenario Eig. AbschŠtzung (untere Annahme fÿr KSV) Eig. AbschŠtzung (obere Annahme fÿr KSV) Photovoltaik (pot. JahresertrŠge) 5 0 6,5 4,9 5,0 0, Jahr 2050: PV-Anteil an gesamtem EE-Strom rd. 6 % (etwas mehr als Wasserkraft) 29. Jan Quelle: EWI/Prognos 2005; EWI/Prognos 2007; BMU/Nitsch

20 Potenzial-Betrachtungen (Stromnachfrage durch PKW) Motivation und Annahmen für das E3-Szenario (BMU-Leitstudie 08) Motivation Ab 2030 können prinzipiell große Mengen an EE-Strom mit günstigen Gestehungskosten (im Mittel 6,4 ct 2005 /kwh ohne PV) verfügbar sein Für deren Integration sind zusätzliche Abnehmer vor allem im Verkehrssektor (geringer EE-Anteil) interessant und geeignet => Impulse für Elektro- sowie Wasserstoff-Antriebe Annahmen Anteil Elektroantriebe an der Verkehrsleistung des mot. Individualverkehrs 2,5 % (2020) und 30 % (2050) Spezifische mittlere Stromnachfrage 22 kwh/100km pro PKW (entspricht ca. 2,3 l Benzin äq /100km) 29. Jan Quelle: BMU: Leitstudie

21 Potenzial-Betrachtungen (Stromnachfrage durch PKW) Struktur des Endenergieverbrauchs im Verkehr im Szenario E3 +320% Ca. 126 PJ/a 29. Jan Quelle: BMU/Nitsch, J.: Leitstudie

22 Potenzial-Betrachtungen (Stromnachfrage durch PKW) Struktur des Endenergieverbrauchs im Verkehr im Szenario E3-23% -33% Fossiler Kraftstoff- Bedarf kann um 70 % gesenkt werden! 29. Jan Quelle: BMU/Nitsch, J.: Leitstudie

23 Potenzial-Betrachtungen (Stromnachfrage durch PKW) Struktur des Endenergieverbrauchs im Verkehr im Szenario E3 Signifikante Strom-Nachfrage (ca. 30 PJ/a) erst ab 2025 erwartet In 2040 mit 70 PJ/a etwa gleich hohe Nachfrage wie die Bahn In 2050 mit 126 PJ/a (35 TWh/a) größere Nachfrage als durch die Bahn Trotzdem: Anteil von Strom PKW an Gesamtnachfrage liegt langfristig bei nur rd. 7 %, trotz hoher Gesamteinsparung (-33%) bis dahin. Zum Vergleich: Für Wasserstoff-PKW wird mit 170 PJ/a fünf mal so viel Strom als für Elektro-PKW benötigt 29. Jan Quelle: BMU/Nitsch, J.: Leitstudie

24 Klimawirksamkeit und Wechselwirkungen mit EE Generelle Wechselwirkungen mit Energiesystem z.b.?! 29. Jan Quelle: ifeu/wi 2007 Elektromobilität und Erneuerbare Energien 23

25 Klimawirksamkeit und Wechselwirkungen mit EE Treibhausgas-Emissionen im Vergleich Zzgl. Verluste! Die tatsächliche Treibhausgas-Wirkung von Elektro-PKW hängt vom Ladeprofil und der Wechselwirkung mit dem stationären System und letztlich der EE- Verfügbarkeit ab! Rebound-Effekte sind möglich und zu beachten! 29. Jan Quelle: Agentur für Erneuerbare Energien

26 Zur Anzeige wird der QuickTime Dekompressor TIFF (Unkomprimiert) benötigt. Strom-Pkw als zukünftig mögliche steuerbare Lasten am Beispiel der Plug-in-Technologie (V2G) GPS Verwalter/ Aggregator kabelloser Provider Internet Fahrerbenutzungsprofil Abschätzung der Größenordnung: geforderte Reichweite: 250 km (inkl."angstzuschlag") Verbrauch: 20 kwh/100 km davon 25 kwh "Angstreserve" notwendige Gesamtkapazität: 50 kwh, Bei 4 Mio. Pkw (ca. 10 % der heute in D zugelassenen Pkw) potentielle Regelenergiekapazität 100 GWh 29. Jan Quelle: Quelle: V. Grimm/WI 25

27 Resümee Elektromobilität Zahlreiche Unwägbarkeiten (tatsächliche Markteinführung und Verfügbarkeit, Infrastruktur, Akzeptanz, Nutzungsmuster) Klärungsbedarf: Besteuerung von Fahrstrom Serienstart im fünfstelligen Bereich Elektrofahrzeuge etwa 2015 E-Autos: Minis und Kleinwagen für Stadtverkehr und Berufspendler; Plug-in-Hybride: Kompaktwagen Langsame Marktdiffusion zu beachten Zusätzliche Strombedarfe auf absehbare Zeit überschaubar Aufgabe: Sinnvolle Kopplung Elektromobilität an Erneuerbare Energien Langfristig Vehicle-to-Grid als Option 29. Jan Quelle: 26

28 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Weitere Informationen finden Sie auf unserer Website:

29 Wechselwirkung von Elektro-PKW und EE-Strom Mögliche Handelsbeziehungen Innovative Varianten? 29. Jan Quelle: Agentur für Erneuerbare Energien

30 Potenzielle Geschäftsfelder Absatzsteigerung Erhöhung Kundenbindung Vehicle-to-Grid, Einsatz für Bilanzkreisbewirtschaftung Engpassmanagement Bereitstellung von Regelenergie Mobilitätsbezogenen Dienstleistungen Verleasen von E-Autos Car-Sharing Lieferung Fahrstrom EVU/Energieerzeuger Shared Services Automobilhersteller Finanzdienstleister Kooperationen Infrastruktur Netzausbau Ladestationen Energienahe Dienstleistungen Smart Metering Abrechnung Integrierte Dienstleistungen Full Service 29. Jan Quelle: Eigene Darstellung. 29

31 Einleitung Einschätzungen zur Bedeutung der Elektromobilität für die automobile Zukunft Deutsche Bundesregierung: Nationaler Entwicklungsplan Elektromobilität Großprojekte Daimler/RWE (Elektrosmart), VW/EON (Golf TwinDrive) Herbert Kohler, Daimler (Leiter Antriebsforschung): Auf absehbare Zeit Begrenzung Elektroautos auf rund 200 Kilometer Reichweite, in erster Linie Anwendung für den urbanen Verkehr Martin Winterkorn, VW: Die Zukunft wird den Elektromotoren gehören betankt aus der Steckdose. Ferdinand Dudenhöffer, Center of Automotive Research an der Fachhochschule Gelsenkirchen (CAR): Ab etwa 2025 keine Neuwagen mehr ohne Hybridisierung, Markt für reine Elektroautos aufgrund eingeschränkte Reichweite auf absehbare Zeit begrenzt, lediglich als Option im Stadtverkehr 29. Jan Quelle: Medienberichte. 30

32 Potenzialbetrachtungen Kompatibilität der heutigen Nutzungsmuster von Pkw mit Elektromobilität (ausgewählte Aspekte) Fahrzeugwahl Plug-in-Hybride Elektroauto als Stadtfahrzeug + konventioneller Pkw Elektroauto + ÖV bis unter 1 km 1 bis unter 2 km Verteilung der MIV-Wege nach Entfernungsklassen (Stichtag) Reichweiten Plug-in-Hybride: VW Golf Twin Drive elektrisch 50 km GM Chevrolet Volt elektrisch 60 km Reine Elektrofahrzeuge: Daimler Elektrosmart 100 km Mitsubishi i-miev 80 km (Schnellladung) / 300 km 2 bis unter 5 km 5 bis unter 10 km 10 bis unter 15 km Betankungsdauer Plug-in-Hybride: VW Golf Twin Drive elektrisch 4 Std. GM Chevrolet Volt elektrisch 6 Std. (bei 110 V) Elektrofahrzeuge: Daimler Elektrosmart 3,5 Std. auf 80 % / 8 Std. auf 100% Mitsubishi i-miev 30 Min. (Schnellladung) / 8 Std. 15 bis unter 20 km 20 bis unter 50 km 50 km und mehr in Prozent 29. Jan Quelle: Medienberichte (links); MiD 2002, eigene Berechnungen (rechts). 31