IVU Public Transport Anwenderforum Elektrobusse! Auf dem Weg zur vollständigen Elektrifizierung des ÖPNV. 19.

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1 IVU Public Transport Anwenderforum 2018 Elektrobusse! Auf dem Weg zur vollständigen Elektrifizierung des ÖPNV 19. März 2018 Berlin Prof. Dr.- Ing. Adolf Müller-Hellmann Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe (ISEA) RWTH Aachen

2 Warum Elektromobilität? Quelle: Müller-Hellmann 2

3 Warum Elektromobilität? Quelle: Müller-Hellmann 3

4 Warum Elektromobilität? Quelle: Müller-Hellmann 4

5 Zuwachs der Weltbevölkerung pro Jahr pro Tag pro Minute pro Sekunde Menschen Menschen 159 Menschen 2,7 Menschen Quelle: Stand:

6 Wir werden immer mehr 6

7 Historische Entwicklung der Weltbevölkerung Die erste Milliarde erreichte die Weltbevölkerung im Jahr Bis 1900 lebten noch 1,6 Milliarden Menschen auf der Erde. Im 20. Jahrhundert hat sich die Weltbevölkerung nahezu vervierfacht ein in der Geschichte der Menschheit einmaliger Vorgang. Bis 2100 wird die Weltbevölkerung auf etwa 11 Milliarden steigen. Danach stagniert das Wachstum aller Voraussicht nach. Das Bevölkerungswachstum findet zukünftig fast ausschließlich in den Entwicklungsländern statt. Grafik: Stiftung Weltbevölkerung Quelle: Vereinte Nationen, Wordl Population Prospects: The 2015 Revision 7

8 Bis 2100 wird es eine Bevölkerungsexplosion geben Immer mehr Menschen teilen sich die Erde, und die Prognosen sind düster. Ein Team um einen UN-Forscher hat nun in einer Studie nachgelegt. Besonders alarmierend sind die Zahlen für Afrika. Foto: picture alliance / Photoshot 8

9 Leute stehen um einen Brunnen, um daraus Wasser zu schöpfen In dem Ort Natwarghad im Westen Indiens fällt so gut wie kein Regen. Quelle: zeit.de Amit Dave/Reuters 9

10 Badespaß Made in China In Suining in der Provinz Sichuan versuchen sich die Massen in einem Freibad zu erfrischen. Quelle: zeit.de Stringer/Reuters 10

11 Taipei, Taiwan: Rollerfahrer stehen an der Ampel und warten darauf, dass es grün wird Quelle: zeit.de Nicky Loh/Reuters 11

12 Verkehrschaos der Alltag in Lagos, Nigeria Quelle: zeit.de Akintunde Akinleye/Reuters 12

13 Rikscha-Fahrer in Bangladesch warten auf Kundschaft Allein durch die Straßen der Hauptstadt Dhaka fahren jeden Tag mehr als davon. Quelle: zeit.de Rafiqur Rahman/Reuters 13

14 Ein überfüllter Zug fährt ab von einem Bahnhof nahe des Flughafens in Dhaka, Bangladesch Quelle: zeit.de Rafiqur Rahman/Reuters 14

15 Fossile Brennstoffe: Verhältnis von Reserven und Produktion (R/P) Ende 2016 Oil Natural gas Coal , ,9 74,3 70,1 50,6 52,5 13,9 9,3 10,8 28,6 OECD Non-OECD European Union CIS Total World Reserves-to-production (R/P) ratio If the reserves remaining at the end of any year are divided by the production in that year, the result is the length of time that those remaining reserves would last if production were to continue at that rate. Quelle: BP Statistical Review of World Energy, June 2017 Reserven sind bekannte Vorkommen, die mit großer Genauigkeit erfasst und heute aus technologischer und ökonomischer Sicht jederzeit abbaubar sind. 15

16 Schonung der Ressourcen 1. These: Die rasant wachsende Weltbevölkerung erfordert einen sorgsameren Umgang mit den Ressourcen der Erde. Es muss daher alles unternommen werden, um die immer weiter steigenden Mobilitätsbedürfnisse von Personen und Gütern ressourcenschonender zu realisieren. 16

17 Warum Elektromobilität? Quelle: Müller-Hellmann 17

18 Abschätzung der Energieeffizienz Quelle: Müller-Hellmann 18

19 Dieselantrieb Quelle: Müller-Hellmann 19

20 Dieselantrieb Quelle: Müller-Hellmann 20

21 Dieselantrieb Quelle: Müller-Hellmann 21

22 Elektroantrieb; Stromerzeugung mit aktuellem Strommix Quelle: Müller-Hellmann 22

23 Elektroantrieb; Stromerzeugung mit aktuellem Strommix Quelle: Müller-Hellmann 23

24 Elektroantrieb; Stromerzeugung mit aktuellem Strommix Quelle: Müller-Hellmann 24

25 Dieselantrieb + Elektroantrieb mit aktuellem Strommix Quelle: Müller-Hellmann 25

26 Elektroantrieb; Stromerzeugung mit überwiegend regenerativer Energie Quelle: Müller-Hellmann 26

27 Elektroantrieb; Stromerzeugung mit überwiegend regenerativer Energie Quelle: Müller-Hellmann 27

28 Elektroantrieb; Stromerzeugung mit überwiegend regenerativer Energie Quelle: Müller-Hellmann 28

29 Dieselantrieb + Elektroantrieb mit Stromerzeugung mit regenerativen Energieträgern Quelle: Müller-Hellmann 29

30 Elektrische Antriebstechnik 2. These: Mit elektrische Antrieben lassen sich die Forderungen nach geringen Treibhausgas-Emissionen und einer hohen Energieeffizienz nur dann erfüllen, wenn die elektrische Energie aus regenerativen Energieträgern bereitgestellt wird. 30

31 Warum Elektromobilität? Quelle: Müller-Hellmann 31

32 Warum Elektromobilität? Quelle: Müller-Hellmann 32

33 Energie-Importabhängigkeit Deutschlands im Jahre 2016 Quelle: Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen 03/

34 CO 2 -Emissionsfaktoren fossiler Brennstoffe Quelle: Umweltbundesamt Climate Change 09/2015 Entwicklung der spezifischen Kohlendioxid- Emissionen des deutschen Strommix in den Jahren 1990 bis

35 Importabhängigkeit und Selbstversorgungsgrad Deutschlands bei einzelnen Primärenergierohstoffen in den Jahren 2006 und 2016 Quelle: Datenquelle: AGEB 2017, BMU

36 Energie-Rohstofflieferanten in Deutschland 2016 in Mio. t SKE Quelle: Energie für Deutschland 2017 Stand: April 2017 Seite 91 Datenquelle: H.-W. Schiffer (ermittelt auf Basis BAFA) 36

37 37

38 Gravierende Importabhängigkeit Wer Macht unkontrollierbar delegiert, erlebt die Entartung der Macht! 3. These: Mit elektrische Antrieben im Straßenverkehr lässt sich die bestehende, nicht unproblematische Importabhängigkeit insbesondere von Ölprodukten reduzieren. 38

39 Warum Elektromobilität? Quelle: Müller-Hellmann 39

40 Deutschland importiert 2015 für ca. 60 Mrd. Öl, Gas und Kohle Quelle: PV Magazine, 25. Januar

41 Importkosten für fossile Energieträger 4. These: Mit aus regenerativen Energieträgern gespeisten elektrischen Antrieben im Straßenverkehr ließen sich die hohen und unkontrollierbaren Importkosten insbesondere für Ölprodukte signifikant reduzieren. 41

42 Warum Elektromobilität? Quelle: Müller-Hellmann 42

43 Wertschöpfung bei der elektrischen Antriebstechnik 5. These: Die elektrische Antriebstechnik verändert das Lieferspektrum der Automobilindustrie signifikant. Eine ausreichende Wertschöpfung wird vermutlich nur dann erreicht, wenn auch die Speicher vollständig in nationaler oder europäischer Fertigung hergestellt werden. 43

44

45 Warum Elektromobilität? Quelle: Müller-Hellmann 45

46 Warum Elektromobilität? Quelle: Müller-Hellmann 46

47 Verkehrslärm Quelle: UBA 47

48 Lärmminderung durch elektrische Antriebstechnik 6. These: Mit der Einführung der elektrischen Antriebstechnik im Straßenverkehr ist die sehr wünschenswerte und längst überfällige Reduzierung der Lärmemissionen dieses Verkehrsträgers verbunden 48

49 Warum Elektromobilität? Quelle: Müller-Hellmann 49

50 Signifikante Schadstoffreduzierung durch elektrische Antriebstechnik 7. These: Mit der zügigen Einführung der elektrischen Antriebstechnik im Straßenverkehr wäre die erforderliche Schadstoffreduzierung in den Innenstädten erreichbar. 50

51 Warum Elektromobilität? Zusammenfassung Aus welt-, umwelt-, finanz- und industriepolitischen Gründen ist die Realisierung der Elektromobilität im Straßenverkehr in Verbindung mit der Energiewende dringend geboten. Quelle: Müller-Hellmann 51

52 StreetScooter-Modelle 52

53 Beispiele für Schnellladesäulen an Autobahn-Raststätten 53

54 ÖPNV-Busse mit elektrischen Antrieben Quelle: Müller-Hellmann 54

55 ÖPNV-Busse mit elektrischen Antrieben Quelle: Müller-Hellmann 55

56 Prinzipielle Einteilung der Ladeverfahren für Batteriebusse Ladung während der Betriebsruhe Overnight Charging Ladung während der Betriebszeit Opportunity Charging im Stand während der Fahrt In Motion Charging (IMG) 56

57 Ladestrategien und Ladeverfahren von Batteriebus-Systemen 57

58 ÖPNV-Busse als Batterie-Busse mit Overnight-Charging Quelle: Müller-Hellmann 58

59 Betriebshof-Beispiel für Overnight Charging mit zentraler Gleichspannungsversorgung 59

60 Grafik zur Ermittlung der erreichbaren Fahrweite beim Overnight- Charging Quelle: Müller-Hellmann 60

61 Erreichbaren Fahrweite für einen 12 m- Bus bei vorgegebener Batteriegröße und in Abhängigkeit vom Energiebedarf/km Quelle: Müller-Hellmann 61

62 ÖPNV-Busse als Batterie-Busse mit Opportunity-Charging Quelle: Müller-Hellmann 62

63 Quelle: Jan Oosterhuis 63

64 Grafik zur Ermittlung der erreichbaren Fahrweite beim Opportunity Charging Quelle: Müller-Hellmann 64

65 Erreichbaren Fahrweite für einen 12 m- Bus bei vorgegebener Ladezeit und Ladeleistung in Abhängigkeit vom Energiebedarf/km Quelle: Müller-Hellmann 65

66 43 Batterie Gelenkbusse für Eindhoven Anlass: Vorgabe der Provinz Nord-Brabant, bis 2025 den ÖPNV komplett auf Nullemissions-busse umzustellen. Eindhoven, die größte Stadt der Region, soll Vorreiter sein. Zusatzheizung mit Biodiesel im Winter Der a Ladestrom wird über eine Kabelanbindung vom angrenzenden Bahnbetrieb bezogen. Batteriegröße 180 kwh, erreichbare Fahrweite 130 km Maximum der Routenlänge 65 km (3 h). Nach Bedarf Schnellladung im Depot (3 h für 75 km). Keine weiteren Ladestationen an den Endhaltestellen. Zentrumsnaher Betriebshof mit 32 Ladestationen 10 Stationen mit 300 kw für Schnellladungen (10 weitere geplant) 22 Stationen mit 30 kw für Nachtladungen 66

67 Grafische Ermittlung der erforderlichen Ladezeit bei vorgegebener Linienlänge für einen Gelenkbus in Abhängigkeit vom Energiebedarf/km 67

68 ÖPNV-Busse als O-Busse mit In Motion Charging Quelle: Müller-Hellmann 68

69 O-Bus-Betrieb mit Speicher Linie 1 Linie 2 Oberleitungen im Außenbereich Batteriebetrieb im oberleitungsfreien Kernbereich Kernbereich

70 In Motion Charging Grafik: Müller-Hellmann 70

71 Zusammenhänge beim In Motion Charging Quelle: Müller-Hellmann 71

72 Bestimmung der Länge der O-Bus Fahrleitung in Abhängigkeit von der Fahrweite mit Batterie, der Leistung des Ladegerätes und der Reisegeschwindigkeit Quelle: Müller-Hellmann 72

73 O-Bus mit Batterie-Speicher in Esslingen Lithium-Titanate LTO with 37 kwh usable energy / max. power 240 kw In Motion Charging (IMC ) 150 kw; limited to 50 kw at standstill Quelle: KiepeElectric 73

74 Mittlerweile haben San Francisco und Seattle 452 IMC-Ausrüstungen von Kiepe Electric bestellt. Weltweit sind inzwischen 844 IMC-Busse mit Trolley-/Batterieantrieb bestellt, 580 sind bereits im Fahrgastbetrieb. 74

75 Beispiel für Batteriebus-Familie (Sileo) S 10 S 10 S 12 S 18 S 25 Quelle: Sileo 75

76 76

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