Herausforderungen auf dem Weg zur Elektromobilität Technologische, ökologische und wirtschaftliche Kriterien. DI Martin Beermann

Transkript

1 Herausforderungen auf dem Weg zur Elektromobilität Technologische, ökologische und wirtschaftliche Kriterien DI Martin Beermann Elektrisch unterwegs Heute und in der Zukunft! Ökopark Hartberg, 10. Dezember 2013

2 Überblick Fahrzeuge PKW + Energieverbrauch Batterien Stromerzeugung + Ökologie Beispiel einer erfolgreichen Einführung von Elektrofahrzeugen

3 Aktuelle Serien Elektro und Plugin-PKW Renault Twizy < Renault ZOE Renault Kangoo Renault Fluence Z.E. Tesla S > Nissan Leaf VW e-up Smart electric Mitsubishi imiev Volvo XC60 Plugin BMW i3 Audi A3 e-tron Ford Focus electric Toyota Prius Plugin Opel Ampera

4 Bestand Batterie- & Plugin-Hybrid PKW Weltweit: ca (Juni 2013) Nissan Leaf Update Nov: Chevy Volt/Ampera Österreich: (Okt 2013) Mitsubishi imiev Renault (ZOE, Kangoo, Fluence, Twizy) Toyota Prius Plugin Ford C-Max Tesla S Sonstige (Datenquelle: evsroll.com) (Quelle: myampera.wordpress.com)

5 Energieverbrauch im Realbetrieb (Stadt, Land, Autobahn) Fahrenergie ohne Zusatzverbraucher (Klimaanlage, Heizung) (Vermessung im Rahmen Diplomarbeit DI Andreas Hartberger, FH Pinkafeld) Mitsubishi imiev 15,16 [kwh/100km] Messstrecke Graz+GU Stadt+Land+Autobahn 12,55 12,60 7,27 Herstellerangabe: 10,7 kwh/100km (NEDC) Rekuperation Bremsenergie Quelle: A. Hartberger, DA, 2011

6 Energieverbrauch im Realbetrieb inkl Ladeverluste Gemessene Ladeverluste 30% (Anmerkung: Ladeverluste erscheinen hoch, Stand der Technik sind % Ladeverluste) (Vermessung im Rahmen Diplomarbeit DI Andreas Hartberger, FH Pinkafeld) Mitsubishi imiev 21,88 [kwh/100km] Messstrecke Graz+GU Stadt+Land+Autobahn 18,11 18,18 10,50 Herstellerangabe: 10,7 kwh/100km (NEDC) Quelle: A. Hartberger, DA, 2011

7 Energieverbrauch im Realbetrieb inkl Zusatzverbraucher Klimaanlage, Heizung, Radio Modellregion ElectroDrive Salzburg (Ergebnisse TU Wien): [kwh/100km] 24,8 (=64km) 19,5 (=80km) 18,9 (=85km) Mitsubishi imiev 14,3 (= 110km) Messstrecke Salzburg + SL Stadt+Land+Autobahn Herstellerangabe: 10,7 kwh/100km = 150km (NEDC) Nebenverbraucher: Klimaanlage (Sommer), Heizung (Winter), Radio Ergebnisse inklusive Ladeverluste

8 Energieverbrauch im Realbetrieb Internationale Untersuchungen Niederlande 6 Nissan Leaf (6 Taxis & öff. Dienst): 29 kwh/100km (Mix Stadt-Land-Autobahn) Quelle: R. Baert, Fontys Univ, NL., Präsentation bei EVS27, Barcelona 12 Nissan Leaf: 24 kwh/100km (Mix Stadt-Land-Autobahn) Quelle: J. Kieft, TNO, NL, Präsentation bei EEVC 2012, Brüssel Nissan Leaf Herstellerangabe: 15,2 kwh/100km = 170km (NEDC) 6 Peugeot ion: 20 kwh/100km (Mix Stadt-Land-Autobahn) Quelle: J. Kieft, TNO, NL, Präsentation bei EEVC 2012, Brüssel

9 Energieverbrauch im Realbetrieb Einflussfaktoren Elektrische Zusatzverbrauchertypische Leistungen (ca %): Heizung: 3-4,5 kw Klimaanlage: 1,5 kw Sitzheizung: 0,3 kw Heckscheibenheizung: 0,15 kw Gebläse: 0,1-0,4 kw Navi, Radio: 0,1 kw Scheinwerfer: 0, kw Scheibenwischer: 0,2 kw (Quelle: ADAC, e-auto.tv) Geschwindigkeit: Autobahn gegenüber Stadt bis +100% Niedrige Außentemperatur (ca %): Im Winter v.a. bei Kaltstart und Kurzstrecken Ursache: niedrigere Batteriekapazität (aufgrund höherer Innenwiderstände bzw. Stromverbrauch für Batterieheizung) (Quelle: Badin, EVS27, 2013) Fazit: Sitzheizung vor Raumheizung, Fensterlüftung vor Klimaanlage Licht, Scheibenwischer, Navigation und Radio beruhigt in Betrieb halten Wer schneller fährt, kommt später an (Mehrverbrauch Zwischenladungen) Werks-Reichweitenangaben auch für schwierige Bedingungen nehmen Reichweitenangst Reiner Stadt-Stop&Go-Kurzstrecken-Betrieb mit größtem Energieverbrauchsvorteil gegenüber Benzin- und Dieselfahrzeugen (real > 10l/100km)

10 Batterien Hybrid-PKW Batterie-PKW Energiedichte Wh/kg Leistungsdichte W/kg (Quelle: Frieske, DLR,, EVS27, 2013) (Quelle: Fraunhofer, Roadmap Li-Ionen Batterien 2030, 2012)

11 Zylindrisches Standardformat Lithium-Ionen Batterien Tesla S Laptop E-Bike (Quelle: Sternad, TU Graz, Vortrag Ökopark Hartberg, Juli 2013) Batteriemanagement aufwändig, Einzelzellen austauschbar. Billigstes Li-Ionen Batterieformat derzeit (Quelle: Sternad, TU Graz, Vortrag Ökopark Hartberg, Juli 2013) Daneben neuere Batterieformate z.b. Pouch-Zelle oder BMW-i3 Zelle

12 Batteriesystem-Kosten Folge: Elektroautos wurden 2013 deutlich günstiger: Bsp Nissan Leaf II EUR Bsp Mitsubishi imiev EUR (Quelle: Fraunhofer Studie Markthochlaufszenarien für Elektrofahrzeuge, 2013) (Quelle: Roland Berger "LIB value chain cost model" 2011)

13 Stromerzeugung in Österreich Ca. 70 % erneuerbar

14 Treibhausgasemissionen der Stromerzeugung in Österreich Source: JOANNEUM RESEARCH 2013

15 Treibhausgasemissionen der Stromerzeugung im internationalen Vergleich

16 Treibhausgasemissionen der Stromerzeugung im internationalen Vergleich Unconventional shale oil&gas have higher GHG emissions Fossil fueled vehicles (conventional sources) Saving > 35% Source: IEA HEV Task 19 With current average electricity mix

17 Treibhausgas-Emissionen [g CO 2 -Äq/PKW-km] Treibhausgasemissionen der Transportdienstleistung im Lebenszyklus Beispiel: Reiner Stadt-Stop&Go-Kurzstreckenbetrieb PKW mit Verbennungskraftmotor und Batterie-Elektro-Fahrzeug Strom Erdgas Diesel Erdgas Strom Österreich-Mix Strom Wasserkraft Treibstoff-Bedarf [kwh/100 PKW-km] Biodiesel I Raps Biodiesel II Holz

18 Zusätzlich erzeugte erneuerbare Energie und Elektrofahrzeuge Direktes Laden 2. Über de-/zentrale Speicher 3. Netz als Speicher 4. Direktes Laden + Netz als Speicher Wie miteinander verbinden?

19 Direktes Laden mit zusätzlich erzeugtem erneuerbarem Strom PV Strom von PV-Anlage Strom aus Wind

20 Zwischenspeicherung des Fahrzeug- Strombedarfs in station. Batterie oder Pumpkraftspeicher PV Strom von PV-Anlage Li-Ion Battery Strom aus Wind Pump kraft speicher

21 Treibhausgasemissionen erneuerbare Stromerzeugung inklusive Stromspeicher %

22 Speicherung des Fahrzeug-Strombedarfs im Stromnetz ~ 80 g CO2-eq/kWh PV η = < 100% Ersatz von Erdgas- Kraftwerk während des Tages, z.b. während Mittagsspitze η = <100% Δ ~ 520 g CO2-eq/kWh 1 kwh Zusätzlicher Strom aus Kohlekraftwerken während der Nacht

23 Direktes Laden + Netz als Speicher z.b. 30% direktes Laden mit PV-Strom ~ 80 g CO2-eq/kWh PV PV Erzeugung 1 kwh η = < 100% Ersatz von Erdgas- Kraftwerk 0.7 kwh Einsparung Δ ~ 520 g CO2-eq/kWh Direktes PV Laden 0,3 kwh η = < 100% Fahrzeug 1 kwh Indirektes PV Laden 0.7 kwh Produktion Zusätzlicher Strom aus Kohlekraftwerk

24 Norwegen: erfolgreiches internationales Beispiel für Einführung von Elektrofahrzeugen Insgesamt ca Elektrofahrzeuge (Dez 2013) Sept 2013: Tesla S Platz 1 aller Neuzulassungen in N Okt 2013: Nissan Leaf Platz 1 aller Neuzulassungen in N Gründe: Keine MWSt (25%), keine Zulassungsgebühren Keine Autobahnmaut, City-Maut bis 2017 Freie Busspuren, freies Parken, subventioniertes Laden Strom zu 98% aus Wasserkraft nationale CO2-Ziele Kehrseite: Busspuren in Oslo teilweise bereits langsamer aufgrund starker Nutzung durch Elektrofahrzeuge

25 Task 19 ( ) Life Cycle Assessment of Electric Vehicles - From raw material resources to waste management of vehicles with an electric drivetrain

26 Kontakt JOANNEUM RESEARCH Forschungsgesellschaft mbh Martin Beermann Elisabethstraße 18, 8010 Graz