Symposium Fährt das Auto der Zukunft elektrisch?

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1 Symposium Fährt das Auto der Zukunft elektrisch? Berlin, Prof. Dr. rer. nat. Dirk Uwe Sauer Juniorprofessur für Elektrochemische Energiewandlung und Speichersystemtechnik Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe (ISEA) Univ.-Prof. Dr. ir. Rik W. De Doncker Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen

2 Kennzahlen der Mobilität in Deutschland 46 Millionen PKW Mittlere tägliche Fahrleistung: 37 km / Tag Mittlere jährliche Fahrleistung: km / Tag Anteil der Gesamtfahrleistung von PKW (ohne Transportsektor) auf Strecken unter 50 km: 90 95% Stromverbrauch in Deutschland etwa 600 TWh Primärenergiebedarf Verkehrsektor etwa 600 TWh über elektrisch nur etwa 150 TWh notwendig Folie 2

3 Für welche Distanzen machen Elektrofahrzeuge Sinn? Annahme: 1h elektrisch pro 100 km (ohne Klimatisierung, etc.) Kosten für Batteriezellen (ideallerweise bereits im System): 300 /kwh Einkaufskosten für Fahrzeughersteller bei Massenproduktion in 8 10 Jahren 70 km etwa Euro / 100 kg 120 km etwa Euro / 180 kg 300 km etwa Euro (größer als Produktionskosten eines Mittelklassewagens) / 450 kg Reine Elektrostadtfahrzeuge sind sinnvoll, werden im Moment aber in großen Mengen schwer zu verkaufen sein Plug-in Hybride sind kostenmäßig attraktiv und energetisch sinnvoll Folie 3

4 Elektrifizierung des Individualverkehrs Hybridfahrzeug Speicher ca. 1 kwh, Ladung nur während Fahrt, Treibstoffeinsparung max. 20% Plug-in Hybrid Speicher 5, Ladung aus dem Netz, km Reichweite, volle Reichweite, voll Leistungsfähigkeit, kurzfristig als Parallelhybr langfristig als Serienhybrid Elektrofahrzeug Speicher kwh, Ladung aus dem Netz km Reichweite ohne Treibstoff Folie 4

5 Chancen der Doppelnutzung von Infrastruktur für Stromversorgung und Mobilität Mittlere Fahrleistung eines PKW in Deutschland ist 37 km. Mehr als 90% der Fahrleistung auf Strecken < 50 km. 10 kv 20kV Nutzungsdauer < 4 Stunden / Tag Pro Fahrzeug: 20 h/tag verfügba Speicher Leistung Folie 5

6 Chancen der Doppelnutzung von Infrastruktur 10 kv / 20kV Nutzungsdauer < 4 Stunden / Tag Pro Fahrzeug: 20 h/tag verfügbar Speicher Leistung Derzeit in Deutschland ca. 46 Mill. Kraftfahrzeuge 4 Millionen Fahrzeuge (< 10%) als bidirektionale Plug-in Hybride ergeben 20 GW Anschlussleistung für 2 Stunden oder 8 Stunden mit 5 GW Leistung (entspricht in etwa der Leistung der Pumpspeicherkraftwerke in Deutschland) 40% der Fahrzeuge decken die mittlere elektrische Last in Deutschland für drei Stunden zu 100% Folie 6

7 Kosten von Li-Ionen-Batterien heute Hochleistungsbatterien bei ca Euro / kwh (Kleinserie) Einschätzung bzw. Marktforderung der erreichbaren Kosten bei Massenproduktion: 500 /kwh für Hochleistungsbatterien 300 /kwh für Hochenergiebatterien Warum? Kokam liefert heute bei großen Stückzahlen heute für < 500 /kwh (HE) Hochenergiebatterien (auch LiFePO 4 ) aus China heute schon für 300 /kwh erhältlich (Markt für Elektrofahrräder), Qualität fraglich Laptop-Batterien heute bei < 220 /kwh, Kostenreduktion etwa Faktor 5-6 Folie 7

8 Welche Batterietechnologien kommen in Frage? Lithium-Batterie ist nur ein Überbegriff über eine unübersehbar große Zahl vom Materialkombinationen Potential der Lithium-Technologie aufgrund der großen Vielfalt ist sehr groß Steigerung in Lebensdauer, Energiedichte (moderat) und Sicherheit sowie Verringerung der Kosten sind möglich, aber Quantensprünge sind nicht zu erwarten Hochtemperaturbatterien (Zebra bzw. NaNiCl) sind eine Option, aber mit geringem Entwicklungspotential in Bezug auf Energiedichte Folie 8