I A A - S y m p o s i u m C a r S h a r i n g D i e n s t a g, 1 7. S e p t e m b e r , F r a n k f u r t

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1 WIE VIELE ELEKTROFAHRZEUGE SIND IN EINER CARSHARING - FLOTTE SINNVOLL? M a r t i n W i e t s c h e l F r a u n h o f e r I n s t i t u t I S I I A A - S y m p o s i u m C a r S h a r i n g D i e n s t a g, 1 7. S e p t e m b e r , F r a n k f u r t

2 Agenda Warum brauchen wir Elektrofahrzeuge? Was beeinflusst die Wirtschaftlichkeit von Elektrofahrzeugen und welche Marktdurchdringung ist künftig zu erwarten? Wie viele Elektrofahrzeuge sind in einer CarSharing-Flotte sinnvoll? Seite 2

3 Elektromobilität umfasst eine Reihe an unterschiedlichen Antriebskonzepten Definition von Elektromobilität Elektromobilität bezieht sich i. d. R. auf den motorisierten Individualverkehr, wobei die Fahrzeuge einen Elektromotor als Antrieb verwenden Verschieden Konzepte: Seite 3

4 Der Verkehrssektor steht vor einer Reihe an Herausforderungen Die weltweite Verkehrsnachfrage steigt und die notwendigen fossilen Reserven gehen zu Ende Ambitionierte Klimaschutzziele führen zu drastischen THG- Emissionssenkungen im Verkehrssektor Sektorale CO 2 -Emissionen im Baseline und im Klimaschutzszenario (Blue-Map) Fahrzeugbestand: 1950: 80 Mio. 2000: 900 Mio. 2050: 2 Mrd.? Quelle: IEA: Energy Technology Perspectives 2010 Seite 4

5 THG-Emissionen in CO 2 -Äquivalent /km Weniger Emissionen Elektro-Pkw sind bei Effizienz und Emissionen anderen Konzepten deutlich überlegen Effizienz und Emissionen von verschiedenen Antriebstechnologien (PKW) im Jahre 2015 Seite Biokraftstoffe 2. Gen. Elektromobilität für den Personenverkehr Biodiesel (RME) H 2 Strom-Mix Kohle Otto/ Diesel H 2 Erdgas H 2 Wind Plug-in Hybrid Wind BEV Plug-in Strom-Mix Hybrid Strom-Mix Mehr Effizienz BEV Wind 350 0% 20% 40% 60% 80% 100% Effizienz (Well-to-Wheel Analyse) Anmerkungen: BEV - reines Batteriefahrzeug, Otto/Diesel Verbrennungsmotoren, PHEV - Plug-in-Hybride, RME - Raps- Methyl-Esther, H2 - Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeug, Kohle - Synthetischer Kraftstoff aus Kohle Quelle: Eigene Berechnungen und Wietschel + Bünger 2009: Vergleich von Strom und Wasserstoff als CO 2 -freie Endenergieträger, 2010 Strom muss mit möglichst geringen CO 2 -Emissionen belastet sein Biokraftstoffe in den Ferntransport (LKW, Schiffe, Flugzeuge)

6 Elektromobilität ist langfristig der Schlüssel für eine nachhaltige Individualmobilität Senkung der Treibhausgasemissionen Unabhängigkeit von fossilen Rohstoffen Integration von fluktuierenden Erneuerbaren Energien Reduzierung von lokalen Emissionen (Ozonvorläufer, Photooxidantienbildnern, Säurebildner, Lärm) Aber um die Herausforderungen im Verkehrssektor umfassend zu lösen sind noch eine Reihe an anderen Maßnahmen notwendigen, wie Effizienzsteigerungen bei Verbrennungsmotoren, Verkehrsträgerwechsel, Und der Weg zur Elektromobilität ist ein Marathonlauf und kein Sprint! Seite 6

7 Agenda Warum brauchen wir Elektrofahrzeuge? Was beeinflusst die Wirtschaftlichkeit von Elektrofahrzeugen und welche Marktdurchdringung ist künftig zu erwarten? Wie viele Elektrofahrzeuge sind in einer CarSharing-Flotte sinnvoll? Seite 7

8 Studie Markthochlaufszenarien für Elektrofahrzeuge Ausgangsfrage: Welcher Marktanteil an Elektrofahrzeugen ist in Deutschland bis zum Jahre 2020 zu erwarten? Zielsetzungen: Entwicklung eines Modells zur Berechnung des Markthochlaufes von Elektrofahrzeugen auf Basis von Wirtschaftlichkeitsrechnungen (Totoal Cost of Owenrship (TCO)) unter Berücksichtigung hemmender Faktoren (wie beschränktes Modellangebot) und fördernder Faktor (wie Mehrpreisbereitschaft für innovative Technologie) Projektion der Marktentwicklung von Elektrofahrzeugen in verschiedenen Szenarien Analyse der Auswirkungen von Änderungen in den politischen Rahmenbedingungen Auftraggeber: Nationale Plattform Elektromobilität (AG 7) und von Acatech Quelle: Wietschel, M.; Plötz, P.; Gnann, T.; Kühn, A. (2013) Seite 8

9 Markthochlauf Erweiterungen Kundenverhalten TCO-Modell Überblick über die Vorgehensweise Fahrprofile Ca für private, Flotten & Dienstwagen Fahrzeugdaten Techno-ökonomische Parameter, Preise Berechnung im TCO-Grundmodell Simulation elektrischer Fahranteile Simulation technischer Ersetzbarkeit Individuelle Gesamtnutzungskosten Individuelle TCO aller Antriebe Grundmodell: TCO- Rechnung 5 x TCO Ladeinfrastruktur Szenarien zu Kosten, Verfügbarkeit & Leistung Marktdaten Analyse der angekündigten Modelle Kundenverhalten Ergebnisse Kauf- und Akzeptanzforschung Infrastruktur & Kundenverhalten Kosten Ladeinfrastruktur Beschränkte Verfügbarkeit von EV Mehrpreisbereitschaft der Kunden Anteile von Fahrprofile für EV 3 Optionen: An / Aus An / Aus An / Aus 2 3 = 8 Varianten Marktdaten Neuzulassungen pro Segment und Gruppe, Verschrottungen Aggregation und Markthochlauf Hochrechnung der EV-Anteile auf Neuzulassungen Bestandsmodell Markthochlauf Elektrofahrzeuge Ergebnis: TCO-Rechnung Infrastrukturkosten Beschr. Verfügbarkeit + Mehrpreisbereitschaft Seite 9

10 Jährliche TCO Ladezustand Batterie Basis: Analyse von knapp Fahrprofilen (über Einzelfahrten (Privat, Flotten, Gewerblich) 1. Technische Ersetzbarkeit/Fahrstrecke von Fahrzeugen (Simulation Batterieladestand) Te c h n i s c h e s P o t e n z i a l m i t H i l f e v o n B a t t e r i e s i m u l a t i o n A schematisch B Gefahrene Kilometer Sind Inputs: alle Wege mit BEV möglich? Fahrprofile Verbräuche Batteriekapazitäten Welcher Anteil der Gesamtfahrstrecke Outputs: wird beim PHEV elektrisch zurückgelegt? BEV nutzbar? Ja/Nein elektrischer Fahranteil PHEV und REEV 2. Ökonomisches Potenzial von Gruppen von Fahrzeugen (TCO-Analyse) Berechnungslogik: Batterie TCOa wird BEV entladen, TCOa wenn PHEV Fahrzeug TCOa fährt ICEV (A) TCOa DIESEL Batterie wird geladen, wenn Fahrzeug steht und Infrastruktur zur Verfügung (B) Seite Varianten/Optionen: Infrastruktur an mehr Standorten Welches 4 Größenklassen, Fahrzeug hat die geringsten 2 Antriebsarten Total Cost of Ownership? Annahmen für Grafik: 1) Ladestrategie am Arbeitsplatz, zu Hause und am Zweitwohnsitz 2) Batteriekapazität 32 kwh, Verbrauch 16 kwh/100 km

11 Definition von drei Szenarien und Inputparameter n (alles Bruttopreise) Pro-EV Mittleres Szenario Contra EV Dieselpreis ,45 Euro/Liter ,73 1,58 1,43 Benzinpreis ,57 Euro/Liter ,79 1,65 1,54 Strompreis priv ,265 Euro/kWh ,29 0,29 0,33 Strompreis gew ,20 Euro/kWh ,215 0,215 0,25 Batteriepreis (alle EVs) Euro/kWh Seite 11

12 Die Ökonomie ändert sich TCO-Differenz zwischen Diesel und Benzin (links) bzw. Diesel und REEV (rechts) (Mittelklasse privat 2020 ohne Infrastrukturkosten oder Mehrpreisbereitschaft): Jeder Punkt ist ein Fahrprofil aus dieser Gruppe ( bisherige Modelle) Diesel ab km in der Mittelklasse günstiger als Benziner REEV braucht hohe elektrische Fahranteile und kann sich rechnen Elektrofahrzeuge sind 2020 in gewissen Bereichen ökonomisch attraktiv. Quelle: ALADIN (2013_04_26) Ip1Ig1SmOpt000), Mittelklasse Seite 12

13 Ergebnisse elektrische Fahranteile: Hohe elektrische Fahranteile sind wichtig Simulierte elektrische Fahranteile der drei Nutzergruppen in Abhängigkeit von der Jahresfahrleistung für 2020 mit gleitendem Durchschnitt: Mittelklasse REEV Groß REEV Mittlere elektrische Fahranteile vergleichbar, aber geringere Streuung in Flotten Hohe elektrische Fahranteile und hohe jährliche km-leistung ( km) nötig für positive TCO bei EV Quelle: ALADIN (2013_04_26) Ip1Ig1SmOpt000), Mittelklasse und Groß Fit: Nadaraya-Watson Kernel-Regression mit Gauss-Kern über N nächste Nachbarn. Seite 13

14 Bestand Elektrofahrzeuge Millionen M a r k t h o c h l a u f : U n t e r g ü n s t i g e n R a h m e n b e d i n g u n g e n s i n d 1 M i o. E V e r re i c h b a r, u n t e r s c h w i e r i g e n i m m e r n o c h Markthochlauf nach TCO-Entscheidung incl. Infrastrukturkosten, begrenzter Verfügbarkeit und Mehrpreisbereitschaft in den drei Szenarien: 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 Pro EV Szenario Mittleres Szenario Contra EV Szenario 0, Die Rahmenbedingungen haben klaren Einfluss. Die farbigen Flächen zeigen die Projektion der Bestandsentwicklung für Konfidenzintervalle mit 10%, 30%, 50%, 70% und 90%-Konfidenzniveau. Die Konfidenzintervalle umfassen nur die Unsicherheit aufgrund der endlichen Stichprobe. Unsicherheiten zukünftiger Preisentwicklungen oder Fraunhofer in der Verfügbarkeit ISI von Marken sind bspw. nicht enthalten. Quelle: ALADIN (2013_04_26) IP1IG1Sm/p/cOpt111). Seite 14

15 Bestand Elektrofahrzeuge 2020 Millionen Ergebnisse Markthochlauf: Sensitivitäten zeigen starken Einfluss der Rahmenbedingungen Einfluss der Parameter auf EV-Bestand 2020 (auf mittleres Szenario incl. Infrastrukturkosten, beschränkter Verfügbarkeit & Mehrpreisbereitschaft) Parameterwerte für 2020 incl. MwSt., Werte für 2013 nicht verändert Alle Parameter wurden um ±25% variiert Ergebnisse sind sensitiv Varianten sind nicht alle gleich wahrscheinlich 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 Strompreise Kraftstoffpreise Batteriepreise Zinssatz 0 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10 1,20 1,30 relative Parameteränderung im Vergleich zum mittleren Szenario 2020 Quelle: ALADIN (2013_05_13) Ip1Ig1SmOpt111. Alle Preise incl. MwSt. Kraftstoffpreise umfassen Benzin & Diesel (Zahlen für Benzin). Beim Strompreis ist der private Strompreis gezeigt. Gewerblicher Strompreis wird auch 25% variiert: 16,1 ct/kwh 21,5 ct/kwh 26,9 ct/kwh Seite 15

16 Markthochlauf: Einfluss förder nder & hemmender Faktoren Differenzierter Markthochlauf im mittleren Szenario: Reine TCO- Rechnung 0,6 % Bestand ,0 % Neuzulassungen 2020 TCO mit Infrastrukturkosten 0,3 % Bestand ,6 % Neuzulassungen 2020 TCO mit Infrastrukturkosten und beschränkter Verfügbarkeit TCO mit Infrastrukturkosten beschränkter Verfügbarkeit und Mehrpreisbereitschaft 0,25% Bestand ,4 % Neuzulassungen ,2 % Bestand ,1 % Neuzulassungen EV-Bestand 2020 Infrastrukturkosten halbieren den Bestand Mehrpreisbereitschaft erhöht den Bestand sehr deutlich (aber hohe Unsicherheit) Quelle: ALADIN (2013_04_26) Ip1Ig1SmOpt000,100,110,111. Seite 16

17 Schlussfolgerungen Rahmenbedingungen sind wichtig Es gibt eine hohe Unsicherheit beim Markt-hochlauf, da dieser sensitiv auf die Rohöl- und Batteriepreisentwicklung oder die Akzeptanz des neuen Mobilitätsangebotes reagiert. Viel elektrisch Fahren ist entscheidend Hohe elektrische Fahranteile und hohe Jahresfahr-leistungen sind entscheidende Voraussetzung für die ökonomische Attraktivität von EV. Elektromobilität rechnet sich für einige Bis 2020 erfüllt ein nennenswerter Fahrzeuganteil obige Voraussetzungen. Bei niedrigen Fahrleistungen werden unter Wirtschaftlichkeitsaspekten weiterhin Benziner dominieren, bei sehr hohen die Diesel. Höhere Marktanteile von REEV & PHEV Obwohl EV-Typen im interessanten Bereich ökonomisch nah zusammenliegen, werden REEV & PHEV wahrscheinlich größere Marktanteile haben als BEV. Zuhause Laden ist am wichtigsten Für Privatnutzer mit Garagen/Stellplätzen bietet sich die Umstellung an, weil die Kosten der Ladeinfrastruktur einen signifikanten Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit haben. Seite 17

18 Agenda Warum brauchen wir Elektrofahrzeuge? Was beeinflusst die Wirtschaftlichkeit von Elektrofahrzeugen und welche Marktdurchdringung ist künftig zu erwarten? Wie viele Elektrofahrzeuge sind in einer CarSharing-Flotte sinnvoll? Seite 18

19 Studie: Integration von Elektrofahrzeugen in Carsharing-Flotten Ziel: Analyse, ob eine Integration von Elektrofahrzeugen (reine Batteriefahrzeuge (BEV)) in Carsharing-Flotten wirtschaftlich möglich ist und in welcher Größenordnung sich das Potenzial bewegt. Auswertung von realen Fahrprofilen für Stadtmobil Karlsruhe und Stadtmobil Berlin im Zeitraum Juli 2009 und Juli 2010 Auftraggeber: BMBF (Fraunhofer Systemforschung Elektromobilität) Quelle: Doll, C.; Gutmann, M.; Wietschel, M. (2011) Seite 19

20 Vereinfachte Darstellung des Simulationsmodells Simulation: Alle Fahrten einer Station werden dahingehend analysiert, ob sie mit BEV unter Reichweitenrestriktion und Ladezeiten durch ein BEV abdeckbar sind Der Einsatz von BEV muss wirtschaftlich sein (TCO-Analyse) Seite 20

21 Vergleich der Carsharing-Organisationen Stadtmobil Karlsruhe und Berlin Kriterium Karlsruhe Berlin Verfügbare Fahrzeuge Durchschnittliche Jahresfahresfahrleistung pro Fahrzeug [km] Durchschnittliche Fahrtlänge pro Nutzung [km] Die Voraussetzung sind sehr unterschiedlich! Seite 21

22 Schlussfolgerungen Kurzfristige Marktdurchdringung von BEV im stationsgebundenen Carsharing: Unter günstigen Voraussetzungen ca. 10 bis 15% Unter ungünstigen Voraussetzungen: 0% Günstige Voraussetzungen: Sinken der Fahrzeugpreise Steigende Differenz der Benzin und Dieselpreise gegenüber den Strompreisen Geringe Ausgaben für Ladeinfrastruktur Hohe jährliche Fahrleistungen Anpassung der Buchungssysteme an die BEV-Erfordernisse Große Carsharing-Stationen (bzw. Nutzerflexibiltät zum Ausweichen auf andere Stationen) Seite 22

23 Künftige Analysen Einbezug von Nicht-stationsgebundenen Konzepten Nachteil: Hohe Kosten der Ladeinfrastruktur Vorteil: Höhere Auslastung Einbezug von Plug-in-Hybriden oder Range Extendern in Carsharing-Flotten Seite 23