Wirtschaftlichkeit von Schnellladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge Andreas Schröder

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1 Wirtschaftlichkeit von Schnellladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge Andreas Schröder Konferenz Kommunales Infrastrukturmanagement Katholische Akademie Berlin 24 Juni 2011

2 Zentrale Aussage: 1) Ladeinfrastruktur kann als alleinige Einnahmequelle unter heutigen Bedingungen kaum profitabel betrieben werden. 2) Unsicherheit über Nachfrage wird zu Ko-Existenz von Ladesystemen führen.

3 245 Schnelllader Quelle: NPE, 2011

4 Quelle: NPE, 2011

5 (1) (2) Bewertung 1. Im Jahr Ladestationen für nur Elektrofahrzeuge? 2. In einer Graphik 2014 nur Öff. Ladesäulen, in anderer Graphik Öff. Ladesäulen, woanders Ladesäulen.

6 Schnelllader - Systemstabilität - EE Integration - Batterie Lebenszeit + Reichweite + Profit + Kapazitätsmarkt + Präferenzen der Konsumenten Ecotality, Aker Wade, Coloumb Tech, Epyon

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8 (1) (2) TEPCO Tokyo Batteriedegradation vernachlässigbar/kontrollierbar Netzauswirkungen beherrschbar Source: Stupididia

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10 Batteriedegradation Kapazitätsverlust ca. 10 % schneller (Nissan, 2010) Im 20-80% SOC Bereich bleiben ist für Batterie besser. Schnellladung ist dafür geeignet.

11 Netzauswirkungen Ein DC Fast Charger Leistungs-Äquivalent von ca Häusern PlugInCars, 2011 Schnelllader direkt an Umspannwerke, Gewerbegebiete oder Industrieviertel anschließen Schnelllader als geeignetes Modell für regelmäßige Fahrer (Speditionen, Busse, Taxis)

12 1) Technische Parameter

13 Investitionskosten Aus: Wietschel et al., 2009; Philip and Wiedener, 2010; Element Energy, 2009; Morrow et al., 2008; NPE, 2011

14 (1) (2) Wer braucht öffentliche Ladesäulen? Wenn 100% aller Autos e-autos wären bis zu 20% benötigen öffentliche Infrastruktur Quelle: Christensen, 2010; Wietschel et al., 2009; Weiller, 2011; EV Update, Source: Wietschel et al., 2009

15 (1) (2) Garagen Verfügbarkeit

16 Ladeprofile (1) Wednesday Thursday Friday Saturday Sunday Monday Tuesday t kwh % kwh % kwh % kwh % kwh % kwh % kwh Total 1 0.4% % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % of wee 14.3% 15.0% 15.4% 13.8% 14.4% 13.5% 13.7% % Total kwh Table 1: Estimation of the load pattern of a single charging station over the course of one week. Assumptions: 20 EV/day in average with 20 kwh load demanded in average. (Source: Calculations based on data given in Barnes, 2008)

17 Ladeprofile (2)

18 3) Ergebnisse

19 Kapitalverzinsung Abbildung 5: Return on Investment bei verschiedenen Investitionskosten. (Quelle: Eigene Berechnungen)

20 4) Zusammenfassung

21 Zusammenfassung 1) Stromverkauf macht Betrieb einer Ladeinfrastruktur bei heutigen Nutzungszahlen kaum profitabel. 2) Investition in Schnelllader riskant aufgrund Nachfrageentwicklung und Wettbewerb der Systeme. 3) Unsicherheit führt zur schrittweise Enführung verschiedener Systeme. Das ist aus Systemsicht kostenintensiver als frühzeitige Festlegung auf einen Standard.

22 5) Backup

23 Interessante Zahlen 2,307 registrierte reine Elektrofahrzeuge 37,256 Habridfahrzeuge ~ 490,000 Erdgas 42,301,563 Gesamtbestand PKW 50.9 Gesamtbestand PKW+LKW 3-4 Million Neuzulassungen jährlich Quelle: DESTATIS, Januar 2011

24 (1) (2) Infrastrukturaufbau Home chargers Public AC chargers DC Fast chargers 50 million million million

25 Cost-revenues Utilization [%] % of fast charging Cost CAPEX OPEX Revenue Power [kw] Number of EV Tariff [EUR/kWh] Av. charging per EV O&M Power cost Components of cost and revenues Abstract from geographic peculiarities

26 kwh Results (2) flat rate Two-part tariff Time-of-use tariff electricity price EUR/kWh Wed Thu Fri Sat Sun Mon Tue Figure 1: Operation of an on-site storage device of 30 kwh capacity and 30 kw power limit. The curves reflect the state of charge of the storage appliance in kwh under different tariff types (demand: 25 cars/day). (Source: Own production)

27 On-site storage operation (4) Maximize Profit = tariff * reference demand cost* (reference demand + storage in- and outflow) s.t.: (5) Power limit inflow (6) Power limit outflow (7) Storage outflow never exceeds reserve (8) State of charge never exceeds capacity (9) Storage balance (zero left-over) (10) Non-negativity Operation of an storage system with 30kWh capacity & 30kW power

28 Tariff EUR/kWh two-part-tariff flat rate time-of-use-rate electricity cost Wed Thu Fri Sat Sun Mon Tue time (h) Figure 1: Exemplary retail tariffs and electricity cost profile used in the calculations with average markup 25%. Electricity cost includes average EEX spot market prices for 2010 plus taxes, fees and all other costs. (Source: EEX, 2010)

29 Experts say: First home charging, then other forms of charging.