Ladesteuerung von Elektrofahrzeugen und deren Einfluss auf betriebsbedingte Emissionen

Transkript

1 Ladesteuerung von Elektrofahrzeugen und deren Einfluss auf betriebsbedingte Emissionen Steffen Fattler Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v. München 10. Internationale Energiewirtschaftstagung Wien, 15. Februar

2 2 Betriebsbedingte Emissionen? Erste Einordnung und Motivation

3 3 Betriebsbedingte Emissionen? Erste Einordnung und Motivation

4 4 Betriebsbedingte Emissionen? Erste Einordnung und Motivation

5 5 Betriebsbedingte Emissionen? Erste Einordnung und Motivation

6 6 Betriebsbedingte Emissionen? Erste Einordnung und Motivation

7 Überblick Datenbasis Ziel Untersuchung verschiedener Ladesteuerungsarten und deren Einfluss auf die betriebsbedingten Emissionen von Elektrofahrzeugen: ungesteuertes Laden spätest möglich Laden Preisoptimiert Laden Emissionsoptimiert Laden Daten Möglichst repräsentative Fahrzeugfahrprofile zur Abbildung der Ladelastgänge Stündliche Emissionswerte des Kraftwerkparks Preiszeitreihe Mobilitätserhebung Mobilität in Deutschland 2008 Erzeugungszeitreihen 1 (2013) und Simulationsergebnisse ISAaR 2 (2030) Realmarktdaten Day-Ahead 3 (2013) und Simulationsergebnisse ISAaR (2030) 7 1) Daten von Entso-E Transparency Plattform 2) Integriertes Simulationsmodell zur Anlageneinsatz- und Ausbauplanung mit Regionalisierung der FfE, 3) Daten von der EEX-Transparency Plattform

8 Mobilität in Deutschland Umfassende Mobilitätserhebung des DLR und des infas aus dem Jahre befragte Haushalte Personen Fahrzeuge zurückgelegte Wegstrecken + weitere Zusatzinformationen zur Fahrzeughalten wie Haushalttyp, Fahrleistung, Einkommen, Arbeitswegstrecken etc. Umfangreiche Datenbasis zur Ableitung von repräsentativen Fahrprofilen Ausschließlich Tagesfahrprofile! 8 1) Mobilität in Deutschland 2008 : Struktur Aufkommen Emissionen Trends. Bonn: infas Institut für angewandte Sozialwissenschaft GmbH, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v. Institut für Verkehrsforschung, 2010

9 Von Eintagesfahrtenbüchern zum Ladelastgang Filter und Plausibilisierung (nutzergruppenspezifische) Ladelastgänge durchschnittliche betriebsbedingte Emissionen Tagesfahrprofile Aufarbeitung, Kategorisierung nach Nutzergruppen und Verknüpfung zu statistisch sinnvollen Wochenfahrprofilen n Wochenfahrprofile Ladeleistung Batteriekapazität Ladeorte Emissionszeitreihe Strompreiszeitreihe Ladeverhalten Ferienzeiten Temperatur n Jahreslastgänge Berechnung der Ladelastgänge unter gegebenen Randbedingungen n Jahresfahrprofile 9 Extrapolation unter Berücksichtigung von Feiertagen/Brückentagen

10 Annahmen 2013 Stromerzeugung Braunkohle 26 % Steinkohle 20 % Gas 11 % Kernkraft 15 % Öl 1 % Sonstige fossil 3 % PV 5 % Wind 8 % Laufwasser 4 % Biomasse 7 % FfE BMWi-37#Dynamis_eV_00109 Batteriekapazität: 22 kwh Energiebedarf: 18 kwh/100 km Elektrofahrzeuge Stündl. CO 2 -Emissionen Strom 10 Häufigkeit = 600 gco 2 /kwh σσ 2013 = 81 gco 2 /kwh FfE BMWi-37#Dynamis_eV_ Spezifische Emissionen in g/kwh 2013 = 38 /MWh σσ 2013 = 16 /MWh Day-Ahead-Strompreise

11 11 Ergebnisse 2013

12 12 Ergebnisse 2013

13 13 Ergebnisse 2013

14 Ergebnisse Day-Ahead-Optimierung führt aufgrund des höheren Braunkohleanteils sogar zu höheren betriebsbedingten Emissionen Insgesamt ist nur eine recht geringe Verbesserung durch Emissionsoptimierung erzielbar

15 Annahmen 2030 Stromerzeugung Biomasse 9 % Laufwasser 4 % Wind 41 % Gas 13 % Braunkohle 16 % Steinkohle 9 % PV 8 % Batteriekapazität: 52 kwh Energiebedarf: 18 kwh/100 km Elektrofahrzeuge FfE BMWi-37#Dynamis_eV_00112 Stündl. CO 2 -Emissionen Strom 15 Häufigkeit = 600 gco 2 /kwh σσ 2013 = 81 gco 2 /kwh 2030 = 296 gco 2 /kwh σσ 2030 = 121 gco 2 /kwh FfE BMWi-37#Dynamis_eV_ Spezifische Emissionen in g/kwh 2013 = 38 /MWh σσ 2013 = 16 /MWh 2030 = 41 /MWh σσ 2030 = 23 /MWh Day-Ahead-Strompreise

16 16 Ergebnisse 2030

17 17 Ergebnisse 2030

18 18 Ergebnisse 2030

19 Ergebnisse Deutliche Reduktionen durch Day-Ahead- und Emissionsoptimierte Ladestrategien erzielbar! Emissionsoptimiertes Laden verringert die spez. Emissionen nochmals um rund 13 %

20 20 Zusammenfassung

21 21 Zusammenfassung

22 Ausblick und kritische Würdigung aus Sicht des ETS Grundsätzlich führen sektorkoppelnde Technologien zu einer erhöhten Stromnachfrage und damit höheren Zertifikatspreisen Problem Ladesteuerung im ETS: Optimierung der Ladezeitpunkte verringert Emissionen im Gesamtsystem nicht! Kostenvergleich zu anderen Maßnahmen relevant und Gegenstand des Projekts Dynamis 22

23 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Steffen Fattler +49 (89) Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v. Am Blütenanger München 23

24 Verknüpfung zu Wochenfahrprofile 1 Verknüpfung über verhaltenshomogene Nutzergruppen Spezifisches Verkehrsaufkommen: SSSS = AAAAAAAAAAA dddddd FFFFFFFFFFFFF ddddddddd FFFFFF. dddddd GGGGGGGGGGGG pp AAAAAAAAAAA dddddd FFFFFF. iiii GGGGGGGGGGGG pp Spez. Verkehrsaufkommen Durchschnittliche Wegstrecke Durchschnittliche Tageskilometer Anzahl Fahrzeug e 1 Einpersonenhh, Person Jahre 1, Einpersonenhh, Person Jahre 1, Einpersonenhh, Person > 60 Jahre 1, HH mit zwei Erwachsenen, jüngste Person Jahre 0, HH mit zwei Erwachsenen, jüngste Person Jahre 1, HH mit zwei Erwachsenen, jüngste Person > 60 Jahre 1, HH mit drei und mehr erwachsenen Personen 1, HH mit mindestens einem Kind unter 6 Jahre 1, HH mit mindestens einem Kind unter 14 Jahre 1, HH mit mindestens einem Kind unter 18 Jahre 1, Alleinerziehende 1, NG = 1 NG = 2 NG = 3 Ein- und Mehrpersonenhaushalt ohne Kind Ein- und Mehrpersonenhaushalt mit Kind Ein- /Zweipersonenhaushalt Rentner

25 Verknüpfung zu Wochenfahrprofile Verknüpfung Pendlerprofile über Weg zur Arbeit Clusterung in verhaltenshomogene Pendlerfahrprofile Ankunft am Arbeitsplatz Mo. - Do. 5 bis 7 Uuhr 7 bis 9 Uhr 9 bis 11 Uhr Anteil Anzahl 0-10 km % % 121 4% 41% km % % 76 2% 28% km 258 8% % 68 2% 23% 775 über 40 km 74 2% 143 4% 24 1% 7% % % 289 9% 100% P km km bis 9 Uhr bis 7 Uuhr 9 bis 11 Uhr km über 40 km

26 Verknüpfung zu Wochenfahrprofile Beispiel Pendlerprofil Pendlerfahrprofile 1 Pendler- Wochenprofil Zufällige Auswahl nach stat. Verteilung der Pendlergruppen Pendlerprofil-i Mo- Do Pendlerprofil-i Fr Fahrprofil-i Sa Fahrprofil-i So Info: - PG - NG - Stichtag = Mo.-Do. x 4 + Info: - PG - Stichtag = Fr. + Info: - NG - Stichtag = Sa. + Info: - NG - Stichtag = So. Verknüpfung über Pendlergruppe Verknüpfung über Nutzergruppe Verknüpfung über Nutzergruppe 26

27 Emissionsbilanz Deutschland 2014 Schienenpersonenverkehr Schienengüterverkehr Personenflugverkehr Binnenschifffahrt (Güter) Güterflugverkehr Straßenpersonenverkehr Straßengüterverkehr 27

28 Vergleich der Jahre 2013 und Stromerzeugung Day-Ahead-Preis vs. Emissionen Stromerzeugung 28 Day-Ahead-Preis vs. Emissionen