Auswirkungen zukünftiger Elektromobilität auf die österreichische Elektrizitätswirtschaft. Marktrelevante Themen

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1 Auswirkungen zukünftiger Elektromobilität auf die österreichische Elektrizitätswirtschaft Marktrelevante Themen

2 Auswirkungen zukünftiger Elektromobilität auf die österreichische Elektrizitätswirtschaft erstellt durch Prof. DI Mag. Dr. Heinz Stigler DI Dr. Christoph Gutschi DI Gernot Nischler DI Wilhelm Süßenbacher DI Stefan Otzasek Institut für Elektrizitätswirtschaft und Energieinnovation der Technischen Universität Graz Inffeldgasse Graz Graz, April 2010 im Auftrag von Oesterreichs Energie in Zusammenarbeit mit

3 Inhaltsverzeichnis 1. Zusammenfassung Batterietechnologien Herausforderungen an Verteilernetzbetreiber Modellierung des Strombedarfs für Elektromobilität und der Auswirkungen auf die Elektrizitätswirtschaft anhand verschiedener Entwicklungsszenarien Möglichkeiten der Lastbeeinflussung Abrechnungssysteme Herausforderungen an Stromerzeuger und Vertrieb Weitere Aspekte der Elektromobilität Energiespeichertechnologien für den Einsatz in der Elektromobilität Funktionsweise, Nenn- und Betriebsgrößen einer Batterie Energie und Nennkapazität Nennspannung Laderate und Entladerate (C-Rate) Energiedichte und spezifische Energie Leistungsdichte und spezifische Leistung Nominale Spannung und Zellenspannung Entladeschlussspannung Innenwiderstand Zyklenfestigkeit und Lebensdauer Batterienutzungsgrad und Ladefaktor Derzeit eingesetzte Batterietypen und abschließender Vergleich Nickel-Metallhydrid Batterie Natrium-Nickelchlorid Batterie Lithium-Ionen Batterie Lithium-Polymer Batterie Lithium-Titanat Batterie Gegenüberstellung und abschließender Vergleich der Batterietechnologien Doppelschicht-Kondensatoren als Speicher in der Elektromobilität Entwicklung neuer Batterietechnologien Laden von Batterien für Elektrofahrzeuge Ladeverfahren von Nickel-Metallhydrid Batterien Ladeverfahren von Lithium-Ionen Batterien Auswirkungen von Schnellladung auf Batterien Herausforderungen für Verteilernetzbetreiber Aufstellungsort der Ladestation Ladekonzepte und Anschlussleistung Anschlussleistung der Ladestation und damit einhergehende Ladekonzepte Normung und Standardisierung Investitionserfordernisse für die Errichtung von Ladestationen II-

4 3.5 Geografische Verteilung der Ladeinfrastruktur Anforderung an die Sicherheit der Ladestation Ladeeinheit der Batterie Allgemeine Grundlagen zu Elektrofahrzeugen Derzeitiger Fahrzeugbestand Allgemeines zu Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen Elektrofahrzeuge Hybridfahrzeuge Plug-In-Hybridantrieb Leistungsbedarf eines Fahrzeuges Verbrauchscharakteristik von konventionellen Fahrzeugen mit Verbrennungskraftmaschine Verbrauchscharakteristik von Elektrofahrzeugen Verbrauch von Hybridfahrzeugen Marktübersicht über ausgewählte Elektro- und Plug In Hybrid- Fahrzeuge CityEL NICE Mega City NICE Ze-O Tesla Roadster Twike Plug-In-Hybridauto BYD F3DM Kostenvergleich zwischen Elektrofahrzeug und konventionellem Dieselfahrzeug Pedelec und Elektrofahrräder Kurz- und mittelfristiges Marktpotenzial der Elektromobilität Marktpotenzial für Elektroautos Marktpotenzial für Plug-In-Hybridautos Modellierung des Strombedarfs für Elektromobilität und der Auswirkungen auf die Elektrizitätswirtschaft Eingangsvariablen des Simulationsmodells Ergebnisse des Simulationsmodells Daten der zugrunde gelegten Fahrzeugtypen Typ 1 Plug-In-Hybridauto Typ 2 Sportliches Elektroauto Typ 3 Sparsames Elektroauto Bestandsentwicklung Gesamtbestand an PKW Entwicklung der Anzahl der Elektrofahrzeugtypen im Modell Stromverbrauch der Fahrzeuge Modellierung des Batterieladestromes Einzelfahrzeuge Fahrzeugflotten mit unterschiedlicher täglicher Fahrzeugnutzung Beispiele für modellierte Ladekurven Verteilungen der täglichen Wegstrecken im Fahrzeug III-

5 5.8 Lastgang der Ladeleistung Summenlastgang Extremfallbetrachtung CO 2 -Einsparung Berechnung des maximalen Einsparungspotenzials Berechnung der Emissionen durch den Kraftstoffverbrauch des Typs Berechnung der Emissionen durch den zusätzlichen Stromverbrauch Abschätzung der Netto-Emissionseinsparung Entwicklungsszenarien des Strombedarfs für Elektromobilität Allgemeine Annahmen Szenario realistischer Zuwachs Ungesteuerte Ladung Gesteuerte Ladung Schlussfolgerung aus dem Szenario realistischer Zuwachs Szenario 20 % in Ungesteuerte Ladung Gesteuerte Ladung Schlussfolgerung aus dem Szenario 20 % in Fortführung des Szenarios 20 % in Ungesteuerte Ladung Gesteuerte Ladung Schlussfolgerung des fortgeführten Szenarios 20 % in Szenarienübersicht Extremfallbetrachtung: mögliche Auswirkungen auf das Verteilernetz Ergebnisse der Extremfallbetrachtung Schlussfolgerung Möglichkeiten der Lastbeeinflussung Tonfrequenzrundsteuerungen Allgemeines Lastmanagement mittels TFR im Bereich der Elektromobilität Funk-Rundsteuerung Allgemeines Lastmanagement mittels Funkrundsteuerung im Bereich der Elektromobilität Smart Metering Allgemeines Advanced Meter Management (AMM) Lastmanagement mittels Smart Metering für den Einsatz in der Elektromobilität Lastschaltung Bepreisung Anforderungsprofil für Smart Meter im Bereich der Elektromobilität IV-

6 8. Abrechnungssysteme Stromrechnung Bezahlung mittels Bankomatkasse Bezahlung mittels Quick-Terminal Barzahlungsautomat Prepaid Mobiltelefon (Paybox) Abrechnungsmöglichkeiten nach Ladeort Abrechnung im Privathaushalt Abrechnung außerhalb des Privathaushaltes Besitzverhältnisse einer öffentlichen Ladestation Kostenvergleich unterschiedlicher Verrechnungssysteme Berechnung Best Case -Szenario Berechnung Worst Case -Szenario Weitere Aspekte der Elektromobilität Potenziale zur Aufbringung der Ladeenergie durch neue Ökostromanlagen Wasserkraft Potenzial der Windkraft Abschätzung der theoretischen Realisierbarkeit regenerativer Mobilität Volkswirtschaftliche Aspekte von Elektromobilität Bewertung der Idee des Vehicle-to-Grid Allgemeines Vergleich der Kapazitätskosten über die Zyklenlebensdauer bezogen auf die gesamte Speicherkapazität Pilotprojekte zur Elektromobilität in Österreich und in Europa VLOTTE Vorarlberg ElectroDrive Salzburg Lebensland Kärnten Energie Graz E-Mobilität Linz AG StromMobil austrian mobile power Park&Charge MINI E Pilotprojekt e-mobility Berlin Energy Group Better Place Verzeichnisse Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Literaturverzeichnis Kontaktliste V-

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