Elektromobilität. Effizienz- und Einsparpotentiale. Dr. Martin Kleimaier

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1 Elektromobilität Effizienz- und Einsparpotentiale Dr. Martin Kleimaier 1

2 Energieeffizienz im Straßenverkehr Treiber: hohe Importabhängigkeit Verknappung fossiler Primärenergieträger Verteuerung Klimaproblematik Luftverschmutzung (insbes. in Ballungsgebieten) Zunahme der Stromerzeugung auf Basis erneuerbarer Energien (fluktuierend) zeitweise Leistungsüberschuss erschwerter Betrieb konv. therm. Kraftwerke Bedarf für Lastmanagement und Speicherkapazität 2

3 Konzepte für Elektrofahrzeuge Hybridfahrzeug (HEV) Speicher ca. 1 kwh, Ladung nur während Fahrt, Treibstoffeinsparung max. 20% Plug-in Hybrid (PHEV) Speicher 5 10 kwh, Ladung aus dem Netz, km Reichweite ohne Treibstoff, volle Reichweite, volle Leistungsfähigkeit Elektrofahrzeug (EV) Speicher kwh, Ladung aus dem Netz, km Reichweite ohne Treibstoff Quelle: Prof. Sauer, ISEA, RWTH Aachen 3

4 Energieeffizienz unterschiedlicher Konzepte (PKW) Fossile Energieträger Benzin, Diesel, Erdgas Verbrennungsmotor (ICE) Antriebsenergie % Erneuerbare Energieträger Biodiesel, BTL, Bioerdgas Verbrennungsmotor (ICE) % Gas: 4,0 kwh/m 2 a BTL: 3,5 kwh/m 2 a Druck 700 bar ICE <12 % Elektrolyse Flächenertrag Wasserstoff Verflüssigung ICE <10 % PV*: >100 kwh/m 2 a X Erneuerbare Energieträger El. Energie (Sonne, Wind) Elektrolyse Wasserstoff Druck 700 bar Verflüssigung FC FC E-Motor E-Motor <25 % <20 % *) bezogen auf Modulfläche Batterien (Li-Ionen) E-Motor <80 % 4

5 Nutzung erneuerbarer Energien im Verkehr (PKW) Reichweiten je ha Ackerfläche: Biodiesel: km * Bioethanol km * Sunfuel (BTL): km * Bio-Erdgas: km * Elektrofahrzeug **: >> km *) Quelle: Fachagentur nachwachsende Rohstoffe **) Selbst unter der Annahme, dass nur 1/3 der Fläche mit Solarzellen belegt wird weitere landwirtschaftliche Nutzung bleibt möglich Flächenerträge von Windparks liegen in ähnlicher Größenordnung 5

6 Energiebedarf im Verkehr (Private PKW), Stand 2006 spez. Kraftstoffverbrauch in Deutschland: Benzin und Diesel: ca. 70 kwh/100 km Elektrofahrzeug: ca. 15 kwh/100 km gesamter Kraftstoffverbrauch in Deutschland (private PKW): (41 Mio. Fahrzeuge, 476 Mrd. km/a) mit Verbrennungsmotoren: ca. 340 TWh mit Elektrofahrzeugen: ca. 75 TWh 1800 kwh/pkw Stromverbrauch Haushalte: ca. 142 TWh 3500 kwh/haushalt Gesamtstromverbrauch D: ca. 524 TWh Windenergie (2007) in D: ca. 40 TWh (Ziel 2020: ca. 100 TWh) Mit Elektrofahrzeugen kann der Energiebedarf um 75 % gesenkt werden. Windenergie könnte den Bedarf aller PKW decken. 6

7 Fahrstrecken von Berufspendlern Quelle: Statistisches Bundesamt 7

8 Fahrleistung im Individualverkehr in % kumulierte Gesamtfahrleistung Kumulierte Fahrleistung als Funktion der Wegstrecke 100,0% 90,0% 80,0% Günstigstes Verhältnis Batteriekosten zu 70,0% Kraftstoffsubstitution 60,0% weitere 17% Kraftstoffsubstitution 50,0% 40,0% 30,0% 20,0% 63% Kraftstoffsubstitution 10,0% Basisdaten: Mobilität in Deutschland ,0% maximale Weglänge in km Quelle: Prof. Sauer, ISEA, RWTH Aachen 8

9 Typische Auslegung von Plug-In Hybrid-Fahrzeugen Fahrstrecke pro Ladung: benötigte Batteriekapazität: Ladeleistung: Ladedauer: 50 km 7,5 10 kwh 3 kw 2,5 3,5 h Durchdringung (Anteil PHEV an Fahrzeugbestand) Anschlussleistung (3 kw / Fahrzeug) Energiespeicher (10 kwh / Fahrzeug) Anschlussleistung bezogen auf Spitzenleistung von 75GW Energiespeicher bezg. auf mittl. täglichen Stromverbrauch von 1,6 TWh / Tag 1% 1,4 GW 4,6 GWh 1,8% 0,3% 10% 14 GW 46 GWh 18,4% 2,8% 20% 28 GW 92 GWh 36,8% 5,6% 50% 69 GW 230 GWh 92,0% 14,0% 100% 138 GW 460 GWh 184,0% 28,0% Quelle: Prof. Sauer, ISEA, RWTH Aachen 9

10 Windenergie und Speicherbedarf Vattenfall-Hochspannungsnetz (Februar 2008) Pumpspeicher in Deutschland 7000 MW MWh IfR, TU-Braunschweig 10

11 Windenergie und Speicherbedarf 8000 storage volume: 8 millions m 3 Bei einem Speichervolumen von V = 8 Mio. m³ Wind Leistung in MW AA CAES H2 (GuD) hydrogen compressed and stored in a salt cavern pumped Pumpspeicher hydro used in a combined cycle power station Zeit in d 11

12 Intelligentes Speichermanagement für Elektroautos Eine Rückspeisung aus der Autobatterie in das Netz ist nicht unbedingt erforderlich: Die Unterbrechung eines Ladevorgangs kann elektrisch mit einer Einspeisung gleichgesetzt werden (positive Regelleistung). Intelligentes Speichermanagement kann Ladevorgang optimieren und sich damit einerseits der Situation im Netz anpassen und andererseits dem individuellen Bedarf des PKW-Nutzers gerecht werden. 12

13 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Haben Sie noch Fragen? 13