Modellbasierte Szenarien

Transkript

1 Potenzialeder Elektromobilität inösterreich Modellbasierte Szenarien Dipl. Ing. Maximilian Kloess Dipl. Ing. Andreas Müller Prof. Dr Reinhard Haas Institut für elektrische Anlagen und Energiewirtschaft TU Wien

2 Projekt: Entwicklung von Szenarien der Verbreitung von PKW mit teil und vollelektrifiziertem Antriebsstrang unter verschiedenen politischen Rahmenbedingungen ELEKTRA A3plus Technologieprogramm l "Alternative Antriebssysteme und Treibstoffe" Projektpartner: Joanneum Research Forschungsgesellschaft gg mbh AVL List GmbH

3 ELEKTRA Projekt: Ziele Abschätzungen der Entwicklung von Energieeffizienz, Kosten und Treibhausgasemissionen für Fahrzeuge mit teil und voll elektrifiziertem Antrieb Analyse, wann, unter welchen energiepolitischen, technischen und wirtschaftlichen Bedingungen g und in welchem Ausmaß elektrische Antriebssysteme für PKW in Österreich relevant werden Darstellung und Diskussion anhand modellbasierter Szenarien Arbeitsschwerpunkte: Technische Analyse: Wirkungsgrade/Kraftstoffverbrauch (AVL List) Ökologische Analyse: Kumulierter Energieverbrauch & Treibhausgasemissionen , Life Cycle Analyse (Joanneum Research) Wirtschaftliche Analyse: Kostenabschätzung , Modellbasierte Szenarien, (TU Wien, EEG)

4 Methodik des Modells Wirtschaftlichkeit der Antriebsysteme Investitionskosten Kraftstoffkosten Steuerliche Rahmenbedingungen Gesamtkosten Szenarien Lerneffekte bei Technologien Energiepreisentwicklung Änderungen der steuerlichen Rahmenbedingungen Ergebnisse Markt und Bestandsdurchdringung Energieverbrauch Treibhausgasemissionen Schlussfolgerungen

5 Methodik der Modellierung Vehicle-Technology - Model global le earning cost of component 1 cost of component n Net costs of vehicles: 3 vehicle classes 8 propulsion p systems Bottom-Up-Fleet Model GHG emissions Market Shares Biofuel Blending Investment costs /km: Acquisition costs Vehicle life time Interes level Kilomters driven by year Energy Consumption & Fuel Mix Political Framework conditions: Tax on onwnership Tax on acquisition Fuel ltax Subsidies service cost /km Purchase decision Annual vehicle registration By vehicle class By propulsion system Overall vehicle stock Fuel costs /km: Vehicle efficiency Net Fuel price taxation Efficiency of vehicles Fossil fuel price scenarios Diffusion Barriers: Infrastructure Availability Exogenous Parameters: Fossil fuel price scenarios Income Statistic Parameters: Fuel stock Technologies Age structure Distribution of classes Driving distances

6 Grundannahmen Spezifische Kosten sind zentrales Entscheidungskriterium für Antriebsysteme Einschränkungen: Verfügbarkeit, Infrastruktur, Nachteile bei der Nutzung Preisniveau und Einkommen beeinflussen Nachfrage nach Mobilität: Gesamte Neuzulassungen Größe u. Leistung der Fahrzeuge Nutzungsintensität Fahrzeugbestand durch 3 Fahrzeugkategorien modelliert UnterschiedlichesNutzerverhalten wurde durch Nutzerkategorien (jährliche km Leistung) erfasst

7 Antriebsysteme Verbrennungsmotor basierte Antriebsysteme: MicroHybrid Mild Hybrid Voll Hybrid Konventioneller Antrieb ICE ICE Generator ICE ICE Motor Motor Control Unit Transmission Control Unit Motor Inverter Inverter Motor INV Inverter Transmission Battery 12V Transmissionn Battery 12V Transmission Battery 200V DC/DC Battery 120V DC/DC Battery 12V Tank Battery 12V Tank Tank Tank

8 Antriebsysteme Elektrische Antriebsysteme: Brennstoffzellen Fahrzeug (BZ) Elektrofahrzeug BEV Serieller Hybrid Plug In Hybrid PHEV ICE Batteries ICE FC-System Generator Control Unit INV Control Unit control unit Inverter Motor/ Generator clutch Inverter Control Unit Inverterr Motor Motor Motor Transmission Batteries H2-Tank Batteries 200V Batteries 200V DC/DC Tank Battery 12V Tank

9 Spezifikationen der Fahrzeuge Konventi oneller Antrieb Benzin Konventi oneller Antrieb Diesel Mild Hyb rid Voll Hybr rid Plug-In Hybrid Serieller Hybrid Elektrofa ahrzeug Brennsto offzellen Fahrzeug Fahrzeuggewicht (kg) Verbrennungsmotor Leistung (kw): Elektromotor Leistung g( (kw): Li-Ionen Batterien (kwh) Elektrische Reichweite (km) Gesamtreichweite (km)

10 Gesamtkosten der Fahrzeuge Investitionskosten : technologische Lerneffekten der Komponenten Kraftstoffkosten Kraftstoffverbrauch Kraftstoffpreise netto: Anstieg gemäß E Preisszenario: PRIMES high : 2010: 77$/bbl 2050: 148$/bbl Versicherungskosten: konstant Wartungskosten & sonstige Kosten (inkl. Reifen): konstant Politische Rahmenbedingungen in Österreich: Mineralölsteuer: unterschiedlicher Steuersatz für Benzin, Diesel, CNG KFZ Steuer: Motorleistung Zulassungssteuer/Normverbrauchsabgabe (NOVA) Politische Rahmenbedingungen : 4 Szenarien

11 Investitionskosten der Antriebsysteme Basic Vehicle IC Engine+Transmission Electric Drive Batteries FC + H2 Tank

12 Lerneffekte bei Lithium Ionen Batterien Lernrate: 7,5% 2010: 700 /kwh 2020: 320 /kwh 2030: 250 /kwh 2050: 220 /kwh / kwh

13 Investitionskosten der Antriebsysteme Basic Vehicle IC Engine+Transmission Electric Drive Batteries FC + H2 Tank

14 Investitionskosten der Antriebsysteme Basic Vehicle IC Engine+Transmission Electric Drive Batteries FC + H2 Tank

15 Wirkungsgrade der Antriebsysteme 90% 40km E Reichweite 50% der Fahrten 80% 80km E Reichweite 80% der Fahrten Efficiency η 70% 60% 50% % 30% 20% 10% 0% Quelle: AVL List

16 Mittelklasse, km/Jahr Gesamtkosten Stand VAT fuel Fuel tax Fuel net cost Tax on Ownership Maintenance Insurance VAT Vehicle Tax on Acquisition Net Vehicle Cost

17 Politische Rahmenbedingungen Szenarien : Politik BAU Business as usual Business usual Politik BAU + Förderung elektrischer Antriebsysteme : 2020: 1500 für Kauf eines Fahrzeuges mit elektrischem Primärantrieb (EV, PHEV, SHEV) Politik aktiv Politik aktiv + Förderung elektrischer Antriebsysteme

18 Szenario: Politik Business as usual (BAU) KFZ Steuer Motorleistung Zulassungssteuer NOVA Status 2009 CO2 140 Bonus/Malus CO2 120 Bonus/Malus Mineralölsteuer Status 2009 Alternative 1 Alternative 2 Alternative 3 Status 2009 Alternative 1 Alternative 2 Alternative 3 /kwh /kwh /kwh /kwh Gasoline 0,051 0,05 0,07 0,1 Diesel 0,036 0,05 0,07 0,1 CNG 0,004 0,05 0,07 0,1 Electricity 0 0 0,02 0,02 H , ,02

19 Szenario: Politik aktiv (BAU) KFZ Steuer Motorleistung Zulassungssteuer NOVA Status 2009 CO2 140 Bonus/Malus CO2 120 Bonus/Malus Mineralölsteuer Status 2009 Alternative 1 Alternative 2 Alternative 3 Status 2009 Alternative 1 Alternative 2 Alternative 3 /kwh /kwh /kwh /kwh Gasoline 0,051 0,05 0,07 0,1 Diesel 0,036 0,05 0,07 0,1 CNG 0,004 0,05 0,07 0,1 Electricity 0 0 0,02 0,02 H , ,02

20 Ergebnisse

21 Szenario BAU business as usual Marktanteile: Elektrische Antriebe: 2020: 32% 3,2% 2030: 32% Anteile e der Fahrzeuge 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Verbrennungsmot. Micro Hybride Mild Hybride Voll Hybride Plug In Hybride SerielleHybride Elektrofahrzeuge BZ Plug In Hybride Bestandsentwicklung: Elektrische Antriebe: 2020: ( 0,5%) 2030: ( 13%) Fahrzeuge Verbrennungsmot. Micro Hybride Mild Hybride Voll Hybride Plug In Hybride SerielleHybride Elektrofahrzeuge BZ Plug In Hybride

22 Szenario BAU business as usual Endenergieverbrauch nach E Trägern TWh 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0, Benzin Diesel Erdgas Strom H2 Kumulierter Energieverbrauch (WTW) Treibhausgasemissionen (WTW) 1000t CO2 äquivalent WTT Kraftstoff Produktion TTW Kraftstoff Vebrennung TTW Fahrzeug Produktion: TWh 50,0 45,0 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 KEV erneuerbar KEV fossil:

23 Szenario BAU + Förderung (E Mob.) & Szanario Politik aktiv Förderung E Mob. Marktanteile E Antriebe: 2020: 9% 2030: 32% E Antriebe in der Flotte: 2020: : Anteile eile e der der Fahrzeuge 100% 100% 90% 90% 80% 80% 70% 70% 60% 60% 50% 50% 40% 40% 30% 20% 10% 0% Verbrennungsmot. Micro Hbid Hybride Mild Hybride Voll Hybride Plug In Hybride SerielleHybride y Elektrofahrzeuge BZ Plug In Hybride Politik aktiv Marktanteile E Antriebe: 2020: 5,1% 2030: 70% Anteile der Fahrzeuge 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% E Antriebe in der Flotte: 20% 2020: % 2030: % Verbrennungsmot. Micro Hybride Mild Hybride Voll Hybride Plug In Hybride Serielle Hybride Elektrofahrzeuge BZ Plug In Hybride

24 Szenario Politik aktiv + Förderung E Mob. Marktanteile: Elektrische Antriebe: 2020: 13,8% 2030: 74% re of technologies sha 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% Conventional Drive Micro Hybrid Mild Hybrid Full Hybrid Plug In Hybrid Serial Hybrid EV FC PHEV 0% Bestandsentwicklung: Elektrische Antriebe: 2020: ( 0,5%) 2030: ( 13%) vehicles Conventional Drive Micro Hybrids Mild Hybrid Full Hybrid Plug In Hybrid Serial Hybrid EV FC PHEV

25 Steuereinnahmen Politik Aktiv + E Mob Förderung ,000 4,000 3,000 Mrd.. 2,000 MÖSt NOVA KFZ Steuer E Mob Förderung ,000 0, ,000

26 Szenario Politik aktiv + Förderung E Mob. Endenergieverbrauch nach E Trägern TWh 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0, Benzin Diesel Erdgas Strom H2 Kumulierter Energieverbrauch (WTW) Strom aus fossilen Quellen GuD Treibhausgasemissionen (WTW) 1000t CO2 equivalent WTT Kraftstoff Produktion TTW Kraftstoff Vebrennung TTW Fahrzeug Produktion: TWh 50,0 45,0 40,00 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 KEV erneuerbar KEV fossil: Gesamtenergieverbrauch: 50% THG Emissionen: 55%

27 Szenario Politik aktiv + Förderung E Mob. Endenergieverbrauch nach E Trägern TWh 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0, Benzin Diesel Erdgas Strom H2 Kumulierter Energieverbrauch (WTW) Strom aus erneuerbaren Quellen Treibhausgasemissionen (WTW) 1000t CO2 äquivalent equivalent Bestandsentwicklung: WTT Kraftstoff Produktion TTW Kraftstoff Vebrennung TTW Fahrzeug Produktion: Elektrische Antriebe: 2020: ( 0,5%) 2030: ( 13%) TWh 50,0 45,0 40,0 0 35,0 30,0 25,0 20,0 KEV erneuerbar KEV fossil: 15,0 10,0 5,0 0,0 0, Gesamtenergieverbrauch: 55% THG Emissionen: 70%

28 Schlussfolgerungen Verbreitung von Hybridantrieben in allen Szenarie Elektrifizierung des Antriebs ist eine robuste Entwicklung Durch Hybridantriebe können E Verbrauch und THG Emissionen nur schwach reduziert werden Elektrische Antriebe können sich bei heutigen steuerlichen Rahmenbedingungen kurz bis mittelfristig kaum durchsetzen Um die Flotte mittelfristig auf elektrische Antriebsysteme umzustellen bedarf es einer drastischen Änderung der steuerlichen Rahmenbedingungen für PKWs Begünstigung Effizienter i Antriebsysteme t Durch die Elektrifizierung der Fahrzeugflotte lassen sich Energieverbrauch und TreibhausgasemissionendesPKW PKW Sektors Sektorsum50% reduzieren. DurchVerwendung von Strom aus erneuerbaren Quellen, können die THG Emissionen sogar um bis zu 70% reduziert werden

29 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Dipl. Ing. Maximilian KLOESS TU Wien, Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft, Gusshausstraße 25 29, 1040 Wien, +43 (1)