Innovation und Technologie im Zeichen des Klimawandels und der Ressourcenverknappung

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1 WKO-NÖ Standortsymposium 28. April 2009, Wiener Neustadt Innovation und Technologie im Zeichen des Klimawandels und der Ressourcenverknappung Günther Brauner Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 1/47

2 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 2/47 Energiesituation heute 1,0 Bedarfsanstieg 1%/a Fossil Renewable

3 Österreichische Strategien zur Erhöhung des Anteils der regenerativen Energien 2050 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 3/47 Ausbau der Wasserkraft von 38 auf 45 TWh (9 Mrd. /7 TWh) Investitionskosten (dies sind 7 TWh von noch nutzbaren 13 TWh) Ausbau der Windkraft von 2 TWh auf 6 TWh (4 Mrd. / 4 TWh) (Ausschöpfung des Potenzials mit 5 MW-Anlagen) Ausbau der Solarenergie (PV) auf 20 TWh (100 Mrd. /20 TWh) (Dachflächen in AT 140 km 2, Fassadenflächen 50 km, davon müssen 50 % für PV genutzt werden!) Das regenerative Potenzial der Elektrizität betragt: TWh Österreich steht kurz vor der Erschöpfung des Potenzials!

4 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 4/47 Energie Energie-Vision: Point of return zur Erneuerbaren Energieversorgung durch Effizienz und Energiesparen erreichen point of no return Bedarf Renewable potential fossil point of return REN- Mobilität erneuerbar Effizienz-Initiative Nachaltigkeits-Initiative Zeit

5 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 5/47 Zukunftsstrategie Energie in AT? Renewable 1%/a 1,0 & Bedarfsminderung 1%/a = Fossil -2%/a

6 Fossiler Energiebedarf des Verkehrs in AT [Statistik Austria 2005] Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 6/47 Anteil am Endenergiebedarf energetischen Endverbrauch Verkehr; 29,9% Dienstl.; 10,4% Landw.; 2,9% Prod. Bereich; 26,4% Haushalt; 30,3% Anteile an Mineralölprodukten Anteil am Ölbedarf Dienstl.; 3,1% Landw.; 4,0% Prod. Bereich; 9,9% Verkehr; 63,5% Haushalt; 19,5%

7 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 7/47 Wege aus der Energiekrise Energieaktive Siedlungen Thermische Sanierung des Baubestandes Energieaktive Siedlungen und Regionen Nachhaltige Mobilität Elektrischer Nahverkehr Biotreibstoffe? Wasserstoff und Brennstoffzelle? Erneuerbare Energieversorgung Speichertechnologien

8 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 8/47 ADRES Autonome Dezentrale Regenerative Energie Systeme

9 Energie und 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 9/47

10 Entwicklung der Welt-Siedlungsstrukturen Population in Millions urban rural Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 10/47

11 Mega Cities 2007 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 11/47 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 Los Angeles down town Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 12/47

13 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 13/47

14 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 14/47 Kategorien des Verkehrs Fernverkehr Zentrum suburban Urbaner Nahverkehr

15 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 15/47 Mobilität der Zukunft Zentren der Megacities Fußgänger U-Bahn, Straßenbahn, Bus Kleine Elektrofahrzeuge (Fahr-Genehmigung) Suburbaner Bereich der Megacities Kleines E-Fahrzeug oder konventionelles Auto Bus Fernverkehr konventionelles oder Hybrid-Fahrzeug Elektrofahrzeug (Batterie-Austausch, Schnellladung) Hochgeschwindigkeits-Bahn

16 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 16/47 80,0% 70,0% 60,0% 50,0% 40,0% 30,0% 20,0% 10,0% 0,0% Änderung des Mobilitätsverhaltens in Österreich 1971 bis 2001 [ÖSTAT] walking bicycle car, motorbike train tram, subway bus

17 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 17/47 Elektro-Antriebskonzepte Batterie Tank Paralleler Hybrid = ~ E-Motor V-Motor Getriebe Tank Batterie ~ = = ~ Serieller Hybrid V-Motor E-Generator E-Motor

18 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 18/47 Fahrzeugkosten (Mittelklasse) Li-Ion Batteriepreis verringert sich auf 40 % innerhalb von 10 Jahren 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 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 19/47

20 Batterie Technologien density of power and energy [SAFT Batteries] acceleration Ziel 960kg 320kg 220kg 140kg for 24 kwh capacity reach targets: > 1000 W/kg; >200 Wh/kg; / kwh 20 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 20/47

21 Kapazitätsverlust bei Lagerung Lagerungs- Temperatur bei 40 % Ladung Verlust pro Jahr bei 100 % Ladung Verlust pro Jahr 0 o C 2 % 6 % 25 o C 4 % 20 % 40 o C 15 % 35 % 60 o C 25 % 80 % (6 Monate) Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 21/47

22 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 22/47 Ladeprinzipien Haushalt: max. 11 kw, typ. 3 kw max. 16 A, 3-phasig typ. 4h Ladezeit Schnellladung: 22 kw max. 32 A, 3-phasig typ. 1h Ladezeit

23 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 23/47 Ladestrategien der Zukunft Fahrzeuge sind zu 95% der Zeit geparkt Intelligente Ladestrategien bei Parken gehört die Zukunft Das Elektrofahrzeug ist der Speicher für regenerative Energie in den Aktivhaus-Siedlungen der Zukunft

24 Mobilität begann mit dem elektrischen Antrieb Lohner-Porsche 1900 (TMW Vienna) Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 24/47 2 kw Randnaben Motoren je 115 kg

25 Active Wheel [Michelin] 30 kw Radnabenmotor: 5 kg (60 kw für 20 Sekunden!) Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 25/47

26 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 26/47 Elektromotor versus Verbrennungsmotor electrical machine combustion engine

27 Smart Electric (Brabus) Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 27/47

28 Nissan Nuvu Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 28/47

29 km / year motor 45 kw gasoline 30 kw electrical Energy density 8,9 kwh / liter Fuel per100km 4,7 liter 12 kwh / (eq. 1.1 liter) kwh / 100 km Relation kwh/km 3,5 1,0 CO 2 emissions 1110 kg / a 20 kg / a hydro power 540 kg / a European mix Relation CO Source: TU Wien Leitinger Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 29/47

30 Bluecar (Pininfarina) Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 30/47

31 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 31/47

32 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 32/47

33 Honda E-Bike Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 33/47

34 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 34/47 Elektrisches Nahverkehrsmobil Mittlere einfache Entfernung in Österreich km Energiebedarf für Mobilität: 4 kwh/d (35 km) (1.800 kwh/a, eta-ladung: 0,8) Typischer Elektrizitätsbedarf eines Haushalts: kwh/a oder 9,5 11 kwh/d Mobilität stellt 50 % des Bedarfs dar Zwei Elektrofahrzeuge verdoppeln den Elektrizitätsbedarf eines Haushalts Zwei Elektrofahrzeuge sparen 20 kwh/d (fossile Treibstoffe) Vollständige Mobilität mit E-Cars: 4 Mio. E-Cars entspricht 5 TWh, dies ist etwa 10 % des heutigen Elektrizitätsbedarfs

35 Nachhaltige Energieversorung für die E-Mobilität Wasserkraft Windenergie Photovoltaic (Bio-Elektrizität) Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 35/47

36 Wind Energie für Mobilität Wind Konverter 2 MW, h/a Jahres-Energieversorgung von E-Fahrzeugen ( km/a) Speicherung erforderlich (Pumpspeicher) Windpark in Österreich von 1000 MW für 1 Mio. E-Cars Windpotenzial von Österreich von 3000 MW (3 Mio. Cars) Europäischer Wind 300 GW (2030) für 440 Mio. E-Cars (EU-27: 498 Mio. Einwohner 2008) Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 36/47

37 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 37/47 Solar-Energie für Mobilität E-car Bedarf 4 kwh/d oder 300 d/a: 1200 kwh/a PV-Kollektor Eta 12 % Solarstrahlungsdichte 800 W/m 2 T m = 900 h/a äquivalent zu 86 kwh/m 2 /a Solar Kollektorfläche pro E-car (Jahresbedarf): 15 m 2 Investitionen ungefähr Euro pro E-Vehicle Pumpspeicher notwendig

38 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 38/47 Kaprun: Limberg II Pumpspeicher Speicher 2 x 80 Mio. m 3 entspricht to MWh Pump-Turbinen 2x240MW Energieinhalt des Speichers entspricht 3,1 Mio. E-Car Batterien je 24 kwh

39 Wege für Umsetzung Kooperation Forschung Entwicklung TU Wien: Forschungszentrum Energie und Umwelt (2009) Energieaktive Siedlung Nachhaltige Mobilität Energiewandlung und Speicherung TU-Transferzentrum (2009) Plattform Elektromobilität (2009) Dissemination ADRES ab 2010 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 39/47

40 Innovationsagentur NÖ? Landesregierung WKO-NÖ Forschung Industrie Gewerbe Risikokapitalgeber Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 40/47

41 Innovationen? Fragen Anschubfinanzierungen? Ansiedlung neuer Industrien? Konvertierung bestehender Industrien? Risiken und deren Begrenzung? Pluralität und Diversität? Wie passen Innovations-Planung und Markt zusammen? Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 41/47

42 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 42/47 Beispiele für Krisenbewältigung Glashütte im Erzgebirge Silberminen, Bergbau seit dem Mittelalter Ab 1800 Erzbergbau erschöpft Re-Industrialisierungsversuch der königl.- sächsische Regierung 1845 Ansiedlung von Uhrenindustrie

43 Beispiel Krisenbewältigung Ferdinand Adolph Lange Uhrmacher aus Dresden mit internationaler Ausbildung in Paris und London Darlehn der Regierung von Talern Auflage Uhrenindustrie aufbauen und Uhrmacherschule gründen Aufbau arbeitsteiliger Uhrenfertigung Einsatz neuer Präzisionswerkzeuge für Herstellung von Komponenten Herstellung von Uhren hoher Qualität Ab 1875 wirtschaftlich Blüte durch Uhrenindustrie Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 43/47

44 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 44/47 Analyse Krisen sind wiederkehrende Ereignisse Krisenbewältigung: Qualifizierte Forschung und Ausbildung Marktorientierte Innovation Know how aufbauen oder importieren Kapital (Anschubfinanzierung) Aus- und Weiterbildung (Dissemination) Stetiger Prozess: Risikovorsorge für zukünftige Krisen Langfristiges Innovationsmanagement Forschung, Entwicklung, Umsetzung, Ausbildung

45 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 45/47 Nach der Krise ist vor der Krise! Wertschöpfung Innovation Produkt 1 Zeit

46 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 46/47 Vision E-Mobilität Forschung Technol. Produkt. Risko LI-Ion Batterietechnologie Leistungselektronik E-Motoren Elektro-Auto Elektro-Moped Ladeinfrastrukturen Nachhaltige Energie Energielogistik Modellregion Mobilität

47 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 47/47 Vision Nachhaltige Energieversorgung Forschung Technol. Produkt. Risko PV-Kollektoren Solarthermischer Kollektor Wärmepumpe Effizientes Hausgerät LED-Beleuchtung Aktivhaus Gebäudesanierung Modellsiedlung Planungsmethoden

48 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 48/47

49 Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 49/47