ELEKTROMOBILITÄT kurz erklärt

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1 ELEKTROMOBILITÄT kurz erklärt

2 Elektromobilität wird unsere Städte verändern Die großen Automobilhersteller produzieren Elektrofahrzeuge bereits in Serie und in vielen Städten ist Elektromobilität schon sichtbar: Ladesäulen werden an zentralen Orten aufgebaut, es gibt spezielle Parkplätze und vor allem sieht man immer mehr Elektroautos fahren. International gibt es bereits Innenstadtzonen, in denen elektrisch angetriebene Fahrzeuge erhebliche Vorteile genießen. Ein anderes Fahrgefühl durch einen effizienteren Antrieb Elektromotoren arbeiten effizient. Bei Verbrennungsmotoren kann nur ein Drittel der im Treibstoff gebundenen Energie für den Antrieb des Fahrzeugs genutzt werden, der Rest geht z. B. als Wärme verloren. Elektrische Antriebe haben dagegen Wirkungsgrade von über 90 %. Zudem kann beim Bremsen auch noch Antriebsenergie zurückgewonnen werden. Der Fachausdruck dafür ist Rekuperation. Elektromobilität kurz erklärt: Elektrisch unterwegs ist man, wenn ein Fahrzeug ganz oder teilweise elektrisch angetrieben wird. Altbekannt ist das vom schienengebundenen Bahnverkehr. Aber Elektromobilität bei Fahrrädern, Autos und Nutzfahrzeugen wie funktioniert das genau? Die Bandbreite reicht von vollelektrischen Fahrzeugen bis zu solchen, bei denen der Elektroantrieb nur einen Teil zum Antrieb beisteuert, sogenannten Hybriden. Gemeinsam haben alle diese Fahrzeuge eines: Im elektrischen Fahrbetrieb sind sie effizient, leise und stoßen keine Schadstoffe aus. Ein großer Vorteil in von Smog und Lärm bedrohten Innenstädten. Weit verbreitet sind inzwischen Elektrofahrräder, sog. Pedelecs. Die Fahrräder sind praktisch, bequem, schnell und können oft eine Fahrt mit dem Auto ersetzen. Der ÖPNV ist auch nicht ausgenommen Straßenbahnen werden seit jeher elektrisch betrieben und Hybridbusse, die neben dem Dieselmotor auch mit Batterie ausgestattet sind, werden in vielen Städten erprobt. Fachleute prognostizieren, dass die individuelle Mobilität weniger vom eigenen Auto abhängig sein wird und in großen Städten immer mehr Menschen auf andere Mobilitätslösungen zurückgreifen. Hybridbus und Bahn, elektrische Car-Sharing-Autos und Pedelecs können in Zukunft kombiniert werden, um den Mobilitätsbedarf in den Metropolen zu decken. Ideal für den Stadtverkehr In Situationen, in denen Verbrennungsmotoren besonders ineffizient sind, z. B. im täglichen Stop-and-Go-Verkehr in Städten, haben Elektromotoren erhebliche Vorteile. Verbrenner arbeiten nur in einem bestimmten Last- bzw. Drehzahlbereich mit optimalem Wirkungsgrad, an dem die zur Verfügung stehende Energie bestmöglich genutzt wird. Außerhalb dieses Bereichs im sogenannten Teillastbereich, z. B. beim Anfahren oder Beschleunigen ist der Energieverbrauch deutlich höher. Bei Elektromotoren ist dies nicht der Fall sie haben über den gesamten Last- und Drehzahlbereich einen hohen Wirkungsgrad. Elektrisches Fahren bietet ein neues Fahrgefühl: keine Motorgeräusche und schnelle Beschleunigung aus dem Stand aufgrund des auch bei niedrigen Drehzahlen bereits zur Verfügung stehenden hohen Drehmoments das macht viel Spaß beim Fahren!

3 Vom Hybrid zum vollelektrischen Batteriefahrzeug Der Antrieb Elektrofahrzeug ist nicht gleich Elektrofahrzeug. Es gibt unterschiedliche Antriebskonzepte je nach Grad der Elektrifizierung und Bauart: Vom Hybrid bis zum vollelektrischen Batterie- oder Brennstoffzellenfahrzeug all das ist Elektromobilität. Hybridantrieb bedeutet, dass mindestens zwei unterschiedliche Antriebssysteme kombiniert werden. In einem Fahrzeug ist es meistens die Kombination von Verbrennungs- und Elektromotor. Der Vorteil eines Hybridfahrzeugs ist, dass die Reichweite eines Verbrenners und die Energieeffizienz eines Elektroautos kombiniert werden. Im städtischen Verkehr ist der sparsame Elektroantrieb sinnvoll, der Verbrennungsmotor wird nur im für ihn idealen hohen Lastbereich, z.b. auf Autobahnfahrten genutzt. Je nach Bauart unterscheidet man parallelen und seriellen Hybrid. Bei einem parallelen Hybrid kann der Antriebsstrang sowohl vom Verbrenner als auch vom Elektromotor angetrieben werden. Bei einem seriellen Hybrid hat der Verbrenner keine Verbindung zur Antriebsachse. Das bedeutet, dass nur der Elektromotor das Fahrzeug antreibt, der Verbrennungsmotor wird als sogenannter Range Extender also Reichweiten-Verlängerer genutzt. Dabei wird mit Hilfe eines Generators die Batterie während der Fahrt aufgeladen. Ein leistungsverzweigter Hybrid oder Mischhybrid kombiniert diese beiden Konzepte. Oft hört man auch den Begriff Plug-in-Hybrid. Die Batterie eines Plug-in-Hybrids können Sie extern aufladen, z. B. an einer einfachen Haushaltssteckdose oder einer Ladestation. Bei Hybridfahrzeugen ohne Plug-in wird die Batterie ausschließlich durch Rekuperation oder den Verbrennungsmotor geladen. Die Unterscheidung nach Elektrifizierungsgraden ist einfach: Bei einem Mild Hybrid unterstützen die elektrischen Antriebskomponenten den Verbrennungsmotor beim Anfahren und Beschleunigen. Diese Art von Hybrid kann nicht rein elektrisch fahren. Vollhybridfahrzeuge können kurze bis mittlere Strecken auch rein elektromotorisch fahren. und ein vollelektrisches Fahrzeug kommt ganz ohne Verbrennungsmotor aus! Wie weit reicht die Elektromobilität? Dieses Thema wird von Nutzern und Vielleicht - Nutzern häufig diskutiert. Bei reinen Elektrofahrzeugen werden oft Reichweiten von km angegeben. Diese reduzieren sich auch noch, wenn Sie zusätzlich Strom verbrauchen, also die Heizung oder Klimaanlage nutzen, Radio hören oder Licht einschalten Aber wie weit fahren wir denn täglich? Viele Nutzerstudien haben gezeigt, dass diese Reichweite für tägliche Fahrten ausreicht denn ca. 70 % der deutschen Autofahrer fahren am Tag weniger als 50 km, weitere 20 % zwischen 50 km und 100 km. Da können Sie gerne auch noch die Heizung einschalten. Langstreckenfahrten ohne Nachladen wie 700 km in den Urlaub fahren wird auch längerfristig mit rein elektrisch angetrieben Fahrzeugen nicht möglich sein. Daher spielt die Verbindung von verschiedenen Verkehrsmitteln, die sogenannte Intermodalität, eine große Rolle. Lange Strecken mit dem Zug, Nutzung von ÖPNV, Car Sharing Elektromobilität bedeutet nicht nur die Nutzung eines anderen Antriebs, sondern einen anderen Umgang mit individueller Mobilität. Mit Hybridfahrzeugen und Brennstoffzellenfahrzeugen haben Sie als Nutzer natürlich keine Reichweiteneinschränkung. Sehr gute Beispiele für die Anwendung von Elektromobilität sind der innerstädtische Lieferverkehr oder auch Versorgungs- und Pflegedienste: voraussehbare Streckenprofile mit vielen Stopps und tägliche starke Nutzung der Fahrzeuge. Vielleicht haben Sie ja auch schon einen elektromobilen Zusteller gesehen es gibt aktuell viele Demonstrationsprojekte.

4 Die Sache mit der Batterie Was in einem herkömmlichen Fahrzeug der Tank, ist im Elektrofahrzeug die Batterie der Energiespeicher. Eine normale Autobatterie (Starterbatterie), die den Strom für Anlasser, Licht, eine Reihe weiterer Verbraucher und die Fahrzeugelektronik zur Verfügung stellt, hat bei einer Spannung von 12 V eine Kapazität von max. 1 kwh und wiegt zwischen 15 und 20 kg. Die Batterie eines Elektroautos, die als Energiequelle für den Antrieb dient und daher oft auch als Traktionsbatterie bezeichnet wird, hat eine durchschnittliche Kapazität von kwh und eine Spannung von V. Für 100 km Fahrt benötigt man abhängig vom Fahrzeugtyp meist weniger als 20 kwh, das entspricht ungefähr dem Energiegehalt von 2 l Benzin. Heutiger Stand der Technik sind Lithium- Ionen-Batterien, es wird aber weiterhin auch an anderen Batteriekonzepten geforscht. Entwicklungsziel ist die effiziente, sichere, kostengünstige und leichte Batterie für automobile Anwendungen. Ein geringes Gewicht als Entwicklungsziel ist wichtig, da das Gewicht bei Elektrofahrzeugen direkte Auswirkungen auf die Reichweite hat. Die Batterie ist die mit Abstand schwerste Komponente und beeinflusst so auch die Fahrdynamik, zudem müssen die Batterien natürlich auch crashsicher verbaut werden. Fahren Sie einmal mit einer Kiste von ca kg im Kofferraum herum Sie werden es merken. Und die Kosten? Elektrofahrzeuge sind in der Anschaffung teurer als vergleichbare konventionelle Fahrzeuge das ist Tatsache. Aber so einfach ist die Antwort nicht, denn die Kosten fürs Stromtanken sind niedriger und werden sich bei steigendem Rohölpreis im Verhältnis weiter verringern. Zudem sinken die Komponentenpreise und daher sind langfristig sinkende Fahrzeugpreise zu erwarten. Die Batterien sind derzeit der wichtigste Grund für die höheren Anschaffungskosten. Prognosen gehen jedoch davon aus, dass die Kosten der Fahrzeugbatterien in einigen Jahren pro kwh unter 200 fallen die erste Generation Batterien kostete noch fast das Fünffache! Ein Rechenbeispiel: Für 100 km benötigen Sie zwischen 10 und 20 kwh je nach Fahrzeugtyp, Fahrstil und Streckenprofil. Das ergibt bei einem Strompreis von 30 Cent pro kwh ca Zum Vergleich: Bei einem Benziner mit 7 Litern Verbrauch müssen Sie für 100 km mit über 10 Treibstoffkosten rechnen. Zusätzlich haben Elektromotoren viel weniger bewegliche Teile und was sich in einem Motor bewegt und reibt, das verschleißt und muss gewartet oder ersetzt werden. Wartungs- und Reparaturkosten, die Sie bei einem reinen Elektrofahrzeug einsparen. Von Laternenparkern und Schnellladesäulen Elektrofahrzeuge können an jeder Steckdose geladen werden also praktisch überall nur dauert die Ladung mit einem haushaltsüblichen Schutzkontaktstecker bis zu 9 h. Schneller geht das Aufladen an speziellen Ladepunkten: an Ladesäulen oder Schnellladesäulen. Viele Nutzer mit eigener Garage werden ihre Fahrzeuge vor allem zu Hause aufladen, an eigenen Ladesäulen oder an sogenannten Wall-Boxen. Zudem ermöglichen viele Arbeitgeber ihren Mitarbeitern das Laden am Arbeitsplatz. Für Autohalter ohne Garage oder Stellplatz mit eigenem Stromanschluss werden neue Ideen entwickelt: Es existieren beispielsweise Konzepte zum Laden an Laternen oder an zentralen Ladeplätzen in Wohngebieten. Jedes Elektrofahrzeug kann an einer solchen Lademöglichkeit innerhalb von sechs bis zehn Stunden aufgeladen werden. Um Fahrten über weitere Strecken zu ermöglichen, gibt es die Ladeeinrichtung Schnellladesäulen, die zukünftig vor allem an Autobahnraststätten oder Tankstellen zu Verfügung stehen. Dort können Sie Ihr Fahrzeug innerhalb von 30 Minuten oder weniger laden. Je nach Spannung, Stromstärke, Ladeeinrichtung und natürlich Kapazität der Batterie sind die Ladezeiten unterschiedlich. Einen ungefähren Überblick finden Sie in der untenstehenden Tabelle. Wir sind in unserem Beispiel von einer Batterie mit einer Kapazität von 22 kwh ausgegangen. Zu beachten ist, dass bei einer Schnellladung die Batterie nur bis zu 80 % ihrer Gesamtkapazität aufgeladen wird. Hauslösung Normalladung AC-Schnellladung DC-Schnellladung Haushaltssteckdose oder Wall-Box Wall-Box bzw. Ladesäule Steckerbeispiel SchuKo-Stecker Autostromstecker (Typ 2-Stecker) Spannungsart Wechselspannung (AC) 1-phasig Wechselspannung (AC) 1- oder 3-phasig Wall-Box bzw. Ladesäule Autostromstecker (Typ 2-Stecker) Wechselspannung (AC) 3-phasig Ladespannung 230 V 230 V oder 400 V (230 V) 400 V (230 V) bis 850 V Stromstärke bis 16 A bis 32 A bis 63 A bis 400 A Maximale Ladeleistung Schnellladesäule bis 3,7 kw bis 22 kw bis 43,5 kw bis 170 kw Combo-Stecker (Combined Charging System) oder CHAdeMO-Stecker Gleichspannung (DC) Mittlere Ladezeit 6 Stunden mind. 1 Stunde mind. 30 Minuten weniger als 30 Minuten

5 Elektromobilität ist vielfältig. Im öffentlichen Nahverkehr Es gibt schon lange elektromobile Massenverkehrsmittel: Den elektrischen Bahnverkehr sowie die S- und U-Bahnen. Diese leitungsgebundene Elektromobilität ist und bleibt für die Mobilitätskonzepte der Zukunft ein wichtiger Verkehrsträger. Der ÖPNV bietet mit bekannten Fahrtrouten und definierten Haltestellen gute Voraussetzungen für elektrische Busse. Neue batterieelektrische Busse und Hybridbusse werden momentan vielerorts getestet. So können Schadstoff- und Lärmemissionen in den Innenstädten stark reduziert werden. Neue Fahrzeugkonzepte: klein und praktisch Ein Segway ist ein zweirädriger Elektroroller, bei dem der Fahrer aufrecht auf einer Plattform zwischen den Rädern steht. Vorwärts und rückwärts wird das Segway durch Gewichtsverlagerung gesteuert. In vielen Städten kann man Stadtbesichtigungen als Segway-Touren buchen. Elektro-Leichtfahrzeuge mit einem Gewicht von max. 400 kg haben einen viel geringeren Energieverbrauch als ein normaler PKW, sind aber auch viel kleiner und oft nur Ein- oder Zweisitzer. Wenn man vor allem innerstädtisch fährt und nicht viel transportieren muss, ist ein Leichtfahrzeug ein interessantes neues Fahrzeugkonzept. Schon fast etabliert: Pedelec und E-Bikes Pedelecs sind Fahrräder mit einem Elektromotor als elektrische Trethilfe. Der E- Motor unterstützt die eigene Tretkraft bis maximal 25 km/h. Die Batterie ist meistens abnehmbar, so dass sie zuhause an einer konventionellen Steckdose geladen werden kann. Da Pedelecs rechtlich als Fahrrad eingestuft werden, braucht man weder einen Führerschein noch einen Helm und darf auf Fahrradwegen fahren. Pedelecs sind sehr erfolgreich. Mittlerweile sind mehr als 1,5 Millionen auf Deutschlands Straßen unterwegs. E-Bikes sind Kleinkrafträder wie Mofas. Sie können rein elektrisch fahren und die Tretkraft des Fahrers bis zu 45 km/h unterstützen. Für E-Bikes muss man mindestens einen Mofa- Führerschein haben und eine Versicherung abschließen. Für Elektroroller/Elektroscooter gelten die gleichen rechtlichen Regelungen wie für Roller mit Verbrennungsmotor. Auch Nutzfahrzeuge können elektrisch Elektronutzfahrzeuge eignen sich gut für die Erledigung städtischer Aufgaben wie z. B. Müllsammlung oder Landschaftspflege. Sie emittieren lokal fast keine Schadstoffe und sind extrem geräuscharm besonders wichtig in Innenstädten und Umweltzonen mit hohem Verkehrsaufkommen. Wann ist Elektro mobilität klimafreundlich? Mit einem Elektrofahrzeug können Sie lokal emissionsfrei mobil sein. Ein klimaneutraler Betrieb von Elektrofahrzeugen, also das Fahren ohne CO 2 -Ausstoß, ist aber nur bei der Betankung mit Strom aus erneuerbaren Energien möglich. Sie können z.b. Ökostrom über das normale Versorgungsnetz beziehen, oder Sie laden Ihr Fahrzeug mit Strom aus Ihren eigenen regenerativen Erzeugungsanlagen also aus Ihrer eigenen Photovoltaik- oder Windanlage. Es gibt bereits Firmen am Markt, die einen Carport mit integrierter Solaranlage anbieten. So geladen ist Ihr Elektroauto im Betrieb wirklich klimaneutral. Darüber hinaus können Elektrofahrzeuge zur Netzstabilität beitragen, indem Sie in Zeiten hoher Einspeisungen durch regenerative Erzeugungsanlagen überschüssigen Strom speichern. Wenn der Wind weht oder die Sonne scheint und der Verbrauch im Netz gerade gering ist, können Elektrofahrzeuge also zukünftig als dezentrale Speicher dienen. An der Möglichkeit elektrischen Strom aus Elektrofahrzeugen zurück ins Netz zu speisen, um das Netz in Zeiten niedriger Einspeisungen zu stabilisieren, wird noch geforscht. Ein Teil des Fahrstroms wird immer noch aus fossilen Ressourcen gewonnen aber mit heute ca. 1/3 erneuerbaren Energien am Strommix sind wir auf einem guten Weg. Selbstverständlich sollten alle Teile eines Elektrofahrzeuges recyclebar gestaltet sein. Das kommt wieder dem Klima und der Umwelt zu Gute. Je schneller der Ausbau erneuerbarer Energien insgesamt vorangeht, desto klimafreundlicher wird Elektromobilität für alle.

6 Neue Mobilitätskonzepte Die meisten Fahrzeuge sind eher Stehzeuge. Sie werden einen Großteil der Zeit nicht genutzt und stehen nur herum Das ist teuer und kostet in engen Innenstädten zudem unnötig viel Platz. Aber natürlich kann nicht jedes Fahrzeug und jede Fahrt durch den ÖPNV ersetzt werden. Wo kann ich mir Elektrofahrzeuge ansehen und Probe fahren? Nahezu jeder große Autohersteller hat Elektrofahrzeuge im Programm. Rufen Sie einfach beim Fahrzeughersteller oder bei einem Autohaus in Ihrer Nähe an und vereinbaren Sie einen Termin! Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, Elektrofahrzeuge im Rahmen von Car-Sharing-Angeboten in Nordrhein-Westfalen zu testen. Wie viel kostet Fahren mit dem Elektrofahrzeug? Die sogenannten Integrierten Mobilitätsangebote werden im Zusammenhang mit Elektromobilität häufig diskutiert. Oft ist auch von inter- oder multimodaler Mobilität die Rede. Durch eine Verbindung von individuell genutzten Elektrofahrzeugen aus Car Sharing oder Bike Sharing und öffentlichem Verkehr könnten die Vorteile beider Systeme vereint werden. Mit dieser Verknüpfung kann auch der letzte Kilometer abgedeckt werden: Elektrofahrzeuge in gemeinschaftlicher Nutzung ermöglichen es, ohne eigenes Fahrzeug Ziele zu erreichen, die durch Bus und Bahn nicht erschlossen oder zu Fuß oder mit dem Fahrrad nicht erreichbar sind. Darüber hinaus können sie den ÖPNV in Randzeiten wie z.b. Nachts ergänzen. Ziel ist es, die Verkehrsmittel innerhalb des Angebotes sinnvoll zu vernetzen und durch einheitliche Zugangs- und Abrechnungssysteme ein einfaches Wechseln zwischen den verschiedenen Verkehrsmitteln zu ermöglichen. Auf diese Weise wird die Umwelt entlastet, weil CO 2 -Emissionen, Feinstaubbelastungen und Lärm sowie der notwendige Flächenverbrauch und die Zahl der Pkw auf den Straßen sinken. Ganz besonders praktisch sind Apps, mit denen Sie auf Ihrem Smartphone den günstigsten, schnellsten oder einfach auch schönsten Weg suchen lassen können: Sie sitzen im Eiskaffee und wollen nach Hause? Lieber den Bus, gemütlich zu Fuß oder vielleicht hat Ihr Car- Sharing- Anbieter ja ein Cabrio um die Ecke stehen individuelle Mobilität wird so ganz anders individuell! Die Fahrt mit einem Elektrofahrzeug kostet im Vergleich mit einem Fahrzeug mit konventionellem Verbrennungsmotor ungefähr die Hälfte also ca. 3 6 pro 100 km statt über 10. Gibt es finanzielle Hilfe zum Kauf von öffentlicher Seite? Für Elektrofahrzeuge entfallen die jährlichen Kfz-Steuern über einen Zeitraum von 10 Jahren. Außerdem gibt es z. T. lokale/kommunale Zuschüsse und Fördermöglichkeiten, z. B. durch Ihren Energieversorger vor Ort. Darüber hinaus können Unternehmen über die NRW-Bank ein zinsgünstiges Darlehen für Elektrofahrzeuge erhalten. Für Dienstwagenfahrer gibt es zusätzliche steuerliche Erleichterungen zum geldwerten Vorteil. In Deutschland werden derzeit keine staatlichen Kaufprämien für Elektroautos gezahlt. Muss ich meine Stromversorgung zu Hause umbauen? Grundsätzlich nicht! Es empfiehlt sich eine sogenannte Wall-Box installieren zu lassen, über die eine schnellere Ladung als über den normalen SchuKo-Stecker möglich ist und die weitere Schutzfunktionen während der Ladevorgänge übernimmt. Die Wall-Boxen werden häufig gemeinsam mit dem Fahrzeug angeboten. Wo kann ich mich weiter über Elektromobilität und Elektro-Autos informieren? Auf finden Sie alle Informationen zum Thema Elektromobilität sowie Veranstaltungshinweise. Oder Sie nehmen einfach direkt mit uns Kontakt auf.

7 IMPRESSUM Herausgeber: Forschungszentrum Jülich GmbH Projektträger ETN Karl-Heinz-Beckurts-Straße Jülich Kontaktdaten: Stand: Juni 2014 Text und Redaktion: ElektroMobilität NRW Gestaltung: Stephanie Olschefski Druck: Forschungszentrum Jülich GmbH