Nachhaltige Elektromobilität für den suburbanen Raum

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1 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 1/ März 2010, Graz Nachhaltige Elektromobilität für den suburbanen Raum Univ.-Prof. Dr. Günther Brauner TU Wien

2 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 2/50 World Peak Oil 2008? World peak 2008 Middle east peak 2011 Produktivity Gb/Yr

3 Ölpreise seit 1960 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 3/50

4 Fossile Energieträger Monopol- bzw. Oligopolbildung Starke Zunahme des Bedarfs in China, Indien Geringe Abnahme des Ölbedarfs in Industrieländern (anlegbarer) Preis entsteht überwiegend ohne Wettbewerb Strategien zur Absicherung der fossilen Energieträger Nabucco (OMV mit EU-Partnern) LNG (mit EU-Partnern) Speicherung (Baumgarten) eigene Exploration (RAG OMV) Beteiligung an Kohlekraftwerken in DE, PL, CZ Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 4/50

5 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 5/50 Fossiler Energiebedarf in AT [Statistik Austria] fossiler Endenergiebedarf nach Sektoren Dienstl.; 10,4% Verkehr; 29,9% Landw.; 2,9% Haushalt; 30,3% Prod. Bereich; 26,4% Anteile an Mineralölprodukten Dienstl.; 3,1% Landw.; 4,0% Prod. Bereich; 9,9% Verkehr; 63,5% Haushalt; 19,5% Ölbedarf: Verkehr besonders abhängig

6 GHG-Emissions in EU-27 (1990=100%) Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 6/50

7 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 7/50 Energie-Vision: point of return zur nachhaltigen Energieversorgung durch Effizienz und Energiesparen erreichen Energie point of no return Bedarf alt renewable potential fossil point of return nachhaltige Mobilität erneuerbar Effizienz-Initiative Bedarf neu Nachaltigkeits-Initiative Zeit

8 Mögliche Energiestrategie im Bereich der Mobilität Minderung des Elektrizitätsbedarfs durch Effizienzsteigerung und Energieeinsparung um 10 % bis 2030 Einführung der Elektromobilität mit einem hohen Anteil von über 50 % bis 2030 Dies führt zu einer Minderung des Ölbedarfs und der aus dem Verkehr stammenden Emissionen um 50 % bis 2030! Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 8/50

9 Vision: Mobilität Megacities der Zukunft Spezifischer Energiebedarf für Mobilität Nahverkehr im suburbanen Bereich Fernverkehr Nachhaltige Mobilität Ladelogistik und E-Tankstellen Nahverkehr E-Vehicle Fernverkehr E-Vehicle Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 9/50

10 Entwicklung der Welt-Siedlungsstrukturen Population in Millions urban rural Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 10/50

11 Mega Cities 2007 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 11/50 Inhabitants in Mio Tokyo-Yokohama Mexiko-Stadt New York Seoul Bombay Sao Paulo Manila Jakarta Delhi Los Angeles Shangai Kairo Kalkutta Moskau London Paris Berlin Wien

12 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 12/50 Kategorien des Verkehrs Fernverkehr Zentrum suburban Urbaner Nahverkehr

13 Mobilität der Zukunft Zentren der Megacities Fußgänger U-Bahn, Straßenbahn, Bus Kleine Elektrofahrzeuge (Fahr-Genehmigung) Suburbaner Bereich der Megacities und Bundesländer Kleines E-Fahrzeug oder konventionelles Auto Bus, Schnellbahn, U-Bahn Fernverkehr konventionelles oder Hybrid-Fahrzeug Elektrofahrzeug (Batterie-Austausch, Schnellladung) Hochgeschwindigkeits-Bahn Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 13/50

14 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 14/50 Änderung des Mobilitätsverhaltens in Österreich 1971 bis 2001 [ÖSTAT] 80,0% 70,0% 60,0% 50,0% 40,0% 30,0% 20,0% 10,0% 0,0% walking bicycle car, motorbike train tram, subway bus

15 Typische Mobilitätsprofile im Individualverkehr Jahresverteilungsfunktion des Individualverkehrs 120 Gegenüberstellung Fahrtenverteilung und Fahrleistungsverteilung 100 Anteil in % kumulierte Fahrtenzahl kumulierte Fahrleistungen Fahrtlängen Fahrleistungen pro Tag in km km per day Jahresdauerlinie des Individualverkehrs Typisches Verkehrsverhalten eines PKW-Nutzers - Jahresdauerlinie 1000 Quelle: Leitinger, EAEW Reichweite 150 km (15kWh/100km, Batterie23 kwh) Number Tagezahl of pro day Jahr Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 15/50

16 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 16/50 Electrical drive principles Batterie = ~ E-Motor Tank V-Motor Getriebe Parallel Hybrid Tank Batterie ~ = = ~ Serial Hybrid V-Motor E-Generator E-Motor

17 Die Fahrzeugentwicklung begann mit dem Elektroantrieb Lohner-Porsche 1900 (TMW Wien) Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 17/50 2 kw in Radnaben- Motoren je 115 kg

18 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 18/50 E-Fahrzeug-Kosten (Mittelklasse) vehicle costs in Euro combustion gasoline combustion diesel parallel hybrid serial hybrid 2030 electrical vehicle batteries electric drive combust.motor & gear basic vehicle Source: AVL List / Kloess TU Wien

19 Pininfarina Honda Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 19/50 Nissan: Nuovo E-smart

20 Modellregion Vorarlberg: VLOTTE (FFG 2009) 100 Elektrofahrzeuge bis Ende 2009 durch VKW Pannenhilfe durch ÖAMTC Forschungs-Kooperationspartner: TU Wien Umfassendes Fahrzeug und Lademonitoring Szenarien für die Ladelogistik Energiewirtschaftliche Analyse Vorarlberg neben London und Paris derzeit bedeutendste Modellregion der Welt Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 20/50

21 Energie Effizienz von Antrieben (tank / battery to wheel) Motor Antriebseffizienz Mittlere Effizienz (European drive cycle) Benzinmotor % 15 % Dieselmotor % 20 % Elektrischer Antrieb % 50 % Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 21/50

22 Batterie Technologien density of power and energy [SAFT Batteries] Beschleunigung Ziel 960kg 320kg 220kg 140kg for 24 kwh capacity Reichweite Ziele: > 1000 W/kg; >200 Wh/kg; / kwh 22 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 22/50

23 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 23/50 Verkehrsträger Flugzeug A Energieeffizienz: Tank to Wheel Energie- Bedarf kwh/100 km Sitzplätze Mittlere Auslastung % Energie je Passagier kwh / 100 km Energie je Passagier Liter * / 100 km ,7 ICE 200 km/h ,0 Regionalbahn ,0 U-Bahn ,7 Bus ,0 Pkw fossil ,2 Hybrid-Auto ,8 Elektrofahrzeug ,7 * ) 1 Liter Benzinäquivalent = 8,9 kwh

24 Vergleich: Diesel- und E-Mobil (Elektrizität aus fossilen Kraftwerken). η(cc) = 60%, η(coal)=46% η(grid) = 95%, η(charging) = 80%. η(total CC) = 45%, η(total coal) = 35%, Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 24/ Diesel Diesel Diesel CNG 600 g CO2 / km kwh/100km E- 10kW GuD E- 15kW GuD E- 10kW Kohle E- 15kW Kohle

25 Spezifische Emissionen bei nachhaltiger Energiebereitstellung g CO2/km 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 3,78 0,38 0,28 Solar Wind Wasser Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 25/50

26 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 26/50 Prognose des Ausbaus der Windenergie in EU-27 Wind Power in EU-27 in GW EWEA-2006 EU-2006 IEA

27 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 27/50 Installierte Leistung Onshore und Offshore in EU-27 Wind Power in GW offshore onshore

28 Effizienzsteigerungspotenziale aus Sicht des Gesamtenergiebedarfs Wärme- und Kühlbedarf der Gebäude sehr groß Warmwasserbereitung mittel Kühlen und Kochen mittel Stand-By Bedarf der elektrischen Haushaltsgeräte mittel bis gering Beleuchtung gering Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 28/50

29 5MW, 2400h/a Fahrzeuge ( km/a 15 kwh/100 km) 180 m Windenergie 2MW, 2.000h/a E-Fahrzeuge ( km/a 15 kwh/100 km) TU Wien Institut für Elektrische Anlagen und Institut Energiewirtschaft für Elektrische Anlagen Brauner und Energiewirtschaft 29/50

30 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 30/50 Entwicklung der Welt-Photovoltaik 2008: Installierte Kapazität 10 GW, Fertigungskapazität 12 GW/a Welt-PV-Installation in MW Sillizium CIS

31 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 31/50 Wachstumsraten von Wind und PV in D Erneuerbare Energien in Deutschland jährlicher Zubau in MW Wind Photovoltaik

32 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 32/50 Solarer Tagesgang und Haushaltsprofil (H0-Last-Profil) 1 0,8 0,6 0,4 0, Power in kw 21. March/Sept. 21.June 21.Dec H0-Load Profile day time

33 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 33/50 Solare Mobilität Solar-Kollektor (Photovoltaik) Eta = 12 % 800 W/m h/a ungefähr 20 m 2 pro E-Fahrzeug erforderlich Für km/a

34 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 34/50 Kaprun: Limberg II Pumpspeicher Volumina 2 x 80 Mio. m 3 äqiv. zu MWh Pump-Turbine 2x240MW Speicherinhalt entspricht 3,1 Mio. E-Mobilen, Batterien mit je 24 kwh

35 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 35/50 Energiebereitstellung für die E-Mobilität: km/a AT: 500 E-Mobile je 1000 Einwohner. 15 % des Strombedarfs Quelle Wirkungsgrad Volllaststunden pro Jahr Installierte Leistung je Elektromobil Bemerkung Photovoltaik % 900 2,5 kw m 2 PV je E-Mobil Wind % ,0 kw 2 MW Wind für E-Mobile Wasser (Freudenau) % ,5 kw 170 MW Wasserkraft für E-M. GuD- Kraftwerk % ,25 kw 350 MW- Anlage für 1,35 Mio. E-M.

36 Modellregion Vorarlberg: VLOTTE (FFG 2009) 100 Elektrofahrzeuge bis Ende 2009 durch VKW Pannenhilfe durch ÖAMTC Forschungs-Kooperationspartner: TU Wien Umfassendes Fahrzeug und Lademonitoring Szenarien für die Ladelogistik Energiewirtschaftliche Analyse Vorarlberg neben London und Paris derzeit bedeutendste Modellregion der Welt Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 36/50

37 Erforderliche Ladesäulen für Schnellladung heute 2800 Tankstellen in Österreich Ladezeit 5 min., Aufenthaltszeit 10 min. number ofl e-charging connetions per charging station % 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% e-car penetration, 5 min. charging time 90% 100% 100 % penetration = 500 e-vehicles per 1000 inhabitants Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 37/50

38 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 38/50 Erforderliche Ladesäulen für 1-h Ladung (heute 2800 Tankstellen in Österreich) Ladezeit 55 min., Aufenthaltszeit 60 min. number of e-charging connections per charging station 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 5% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% e-carl penetration, 60 min. charging time

39 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 39/50 Methoden zur Batterieladung Laden zu Hause Vorteil: keine öffentliche Ladesäulen erforderlich Nachteil: Netzüberlastung am Abend Laden zu Hause mit Ladungsmanagement Vorteil: Netzfreundlich, keine Überlastung Nachteil: Ladung vorwiegend über Nacht. Laden beim Parken Vorteil: solare Energie möglich, Reduktion der Abendspitze bei Laden. Nachteil: öffentliche Ladesysteme und elektronische Zugangsberechtigung erforderlich.

40 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 40/50 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Univ.-Prof. Dr. Günther Brauner TU Wien Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Gusshausstrasse 25/373 A-1040 Wien Tel: (01) , Fax: (01)

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