Elektromobilität! wieso, weshalb, warum?

Elektromobilität! wieso, weshalb, warum? Diskussionsbeitrag zum Workshop 12. November 2015 A. Müller-Hellmann Prof. Dr.-Ing. Institut für Stromrichtertechnik und elektrische Antriebe (ISEA) RWTH Aachen

Zuwachs der Weltbevölkerung pro Jahr pro Tag pro Minute pro Sekunde 81.664.687 Menschen 223.739 Menschen 155 Menschen 2,6 Menschen Quelle: www.weltbevoelkerung.de Stand: 18.11.2014 2

Wie viele Menschen werden in Zukunft auf der Erde leben? Nie zuvor gab es so viele Menschen auf der Erde wie heute mehr als sieben Milliarden. Nach wie vor wächst die Weltbevölkerung: Bis zum Jahr 2050 werden es voraussichtlich 9,6 Milliarden Menschen sein, bis zum Jahr 2100 vermutlich 10,9 Milliarden Menschen. Grafik: Stiftung Weltbevölkerung Quelle: Vereinte Nationen, Wordl Population Prospects: The 2012 Revision, 2013 3

Taipei, Taiwan: Rollerfahrer stehen an der Ampel und warten darauf, dass es grün wird Quelle: zeit.de Nicky Loh/Reuters 4

Ein Mann schlendert über eine Fußgängerbrücke. Unten herrscht Verkehrschaos der Alltag in Lagos, Nigeria Quelle: zeit.de Akintunde Akinleye/Reuters 5

Rikschafahrer in Bangladesch warten auf Kundschaft Allein durch die Straßen der Hauptstadt Dhaka fahren jeden Tag mehr als 300.000 davon. Quelle: zeit.de Rafiqur Rahman/Reuters 6

Ein überfüllter Zug fährt ab von einem Bahnhof nahe des Flughafens in Dhaka, Bangladesch Quelle: zeit.de Rafiqur Rahman/Reuters 7

Ein Boot auf dem Fluss Yalu an der Grenze zwischen China und Nordkorea hat sehr viele Passagiere geladen Quelle: zeit.de Jacky Chen/Reuters 8

Straßenkreuzung in Delhi Täglich werden mehr als 1.000 neue Autos zugelassen und verstopfen die Straßen Quelle: WiWo, Nr. 9, 1.3.2010 9

Zuwachs der Weltbevölkerung 1. These: Mehr Menschen zunehmende Motorisierung zur Beförderung von Personen und Gütern weltweiter Fahrzeugbestand bis 2030 ca. 2 Milliarden Fahrzeugproduktion 2020: ca. 90 Millionen Fahrzeugproduktion 2030: ca. 150 Millionen Quelle: Diss. September 2014, von Dr. Christian Bauer, Untersuchung des Einflusses einzelner Rohstoffe auf die Absatzentwicklung alternativer Pkw- Antriebskonzepte bis 2030 10

Schonung der Ressourcen 2. These: Die rasant wachsende Weltbevölkerung erfordert einen sorgsameren Umgang mit den Ressourcen der Erde. Es muss daher alles unternommen werden, um die immer weiter steigenden Mobilitätsbedürfnisse von Personen und Gütern ressourcenschonender zu realisieren. 11

Meteorologen messen schnellsten CO 2 -Anstieg seit 30 Jahren Die Treibhausgas-Dichte in der Atmosphäre hat im vergangenen Jahr so schnell zugenommen wie noch nie seit Beginn der Messungen vor 30 Jahren. Der am 02. November 2014 vorgestellte Bericht empfiehlt u.a. eine zügige Verbesserung der Energieeffizienz und einen schnellen Ausbau der Energieversorgung mit regenerativen Energien www.reuters.com, Stand: 9.9.2014, Thomas Reuters 12

CO 2 -Emissionen Weltweite CO 2 -Emissionen Index: 1990 = 100 * Berechnungen vorläufig Quelle: IWR Research, CERINA-Plan (BP Statistical Review, Bundesministerium für Wirtschaft) Grafik VDV Stand: August 2014 13

Energieeffizienz und Klimarelevanz 3. These: Zukünftige Systeme zur Realisierung der Mobilitätsbedürfnisse von Personen und Gütern müssen sich insbesondere durch geringe Treibhausgas-Emissionen und eine hohe Energieeffizienz auszeichnen. 14

Abschätzung der Energieeffizienz Erzeugung* Erzeugung. Fahrzeug Source: Müller-Hellmann Fahrzeug *inkl. Transportaufwand 15

Dieselantrieb Erzeugung* Erzeugung. Fahrzeug Source: Müller-Hellmann Fahrzeug *inkl. Transportaufwand 16

Elektroantrieb; Stromerzeugung mit aktuellem Strommix Erzeugung* Erzeugung. Fahrzeug Source: Müller-Hellmann Fahrzeug *inkl. Übertragungsverluste 19

Dieselantrieb + Elektroantrieb mit aktuellem Strommix Erzeugung* Erzeugung. Fahrzeug Source: Müller-Hellmann Fahrzeug *inkl. Übertragungsverluste 22

Elektroantrieb; Stromerzeugung mit überwiegend regenerativer Energie Erzeugung* Erzeugung. Fahrzeug Source: Müller-Hellmann Fahrzeug *inkl. Übertragungsverluste 23

Dieselantrieb + Elektroantrieb mit Stromerzeugung mit regenerativen Energieträgern Erzeugung* Erzeugung. Fahrzeug Source: Müller-Hellmann Fahrzeug *inkl. Übertragungsverluste 26

Elektrische Antriebstechnik 4. These: Mit elektrische Antrieben lassen sich die Forderungen nach geringen Treibhausgas-Emissionen und einer hohen Energieeffizienz insbesondere dann erfüllen, wenn die elektrische Energie aus regenerativen Energieträgern bereitgestellt wird. 27

Hauptkomponenten Elektroantrieb Die Hauptkomponenten des Elektroantriebs sind: der Batteriespeicher die Leistungselektronik die elektrische Maschine Diese Komponenten gehören nicht zur Kernkompetenz der Automobilhersteller. 28

Wertschöpfung 5. These: Da die Wertschöpfung der Autohersteller an den Hauptkomponenten Batteriepack, Elektromotor und Leistungselektronik gering ist, besteht eigentlich kein Interesse der Hersteller an einer schnellen Einführung von Elektrofahrzeugen. 29

Änderung globales Marktvolumen: Aktuell 2020 [in Mio. Euro] Quelle: strukturstudie bwe mobil 2011 30

Batterietechnologie: Kostendegression Quelle: Dirk Uwe Sauer RWTH Aachen 31

Viele Städte haben Feinstaubprobleme Quelle: Handelsblatt, 11.11.2014 32

Viele Städte haben Feinstaubprobleme Quelle: Handelsblatt, 11.11.2014 33

Umweltbundesamt fordert schärfere Feinstaub-Grenzwerte In Deutschland sind rund 35 Prozent aller Menschen besonders stark von Schadstoffbelastungen in der Luft betroffen. Angesichts der krebserregenden Konzentration von Feinstaub in der Luft verlangt das Umweltbundesamt schärfere Grenzwerte. Zur Feinstaub-Belastung trägt der Verkehr, vor allem Dieselfahrzeuge, aber auch die Industrie bei. In Ballungsräumen ist die Belastung besonders hoch. An rund zwei Drittel aller verkehrsnahen Messstationen in Deutschland überschreitet die mittlere jährliche Belastung mit Stickstoffdioxid den EU-Grenzwert von 40 Mikrogramm pro Kubikmeter zum Teil deutlich. Foto: dpa Quelle: euractic.de 34

Elektrische Antriebstechnik 6. These: Mit elektrische Antrieben lassen sich die Forderungen nach geringen Stickstoffdioxid-Emissionen im Mobilitätsbereich erfüllen. 42

E-Bus-Projekte in Deutschland Quelle: VDV, Stand November 2015 43

E-Bus-Projekte in Deutschland Hamburg Bremen Verkehrsbetriebe Hamburg-Holstein GmbH Bremer Straßenbahn AG (BSAG) Nordrhein-Westfalen Düsseldorf Rheinbahn AG Bonn Stadtwerke Bonn Verkehrs-GmbH (SWB) Köln Kölner Verkehrsbetriebe AG (KVB) Oberhausen STOAG Stadtwerke Oberhausen GmbH Münster Stadtwerke Münster Niedersachsen Braunschweig Braunschweiger Verkehrs-AG Hannover üstra Hannoversche Verkehrsbetriebe AG Osnabrück Stadtwerke Osnabrück AG Brandenburg Eberswalde Barnimer Busgesellschaft mbh Berlin Berliner Verkehrsbetriebe (BVG) Sachsen Dresden Dresdner Verkehrsbetriebe AG Baden-Württemberg Stuttgart Stuttgarter Straßenbahnen AG (SSB) Mannheim RNV GmbH Bayern München Münchner Verkehrsgesellschaft mbh Regensburg Regensburger Verkehrsbetriebe GmbH (RVB) Quelle: VDV, Stand November 2015 44

Kundenverhalten 7. These: Elektrofahrzeuge werden sich nur dann zügig im Markt durchsetzen können, wenn sie in der Handhabung, im täglichen Gebrauch sowie im Leistungsvermögen den konventionellen Fahrzeugen entsprechen, nicht mehr kosten oder dem Nutzer exklusive Vorteile, bzw. Imagegewinn, bringen. 45

Hohe Relevanz der Stadtbahn-Infrastrukturen der üstra zur schnellen Einführung der Elektromobilität 8. These: Unter Nutzung der Infrastruktur der üstra ließen sich mit entsprechender finanzieller Förderung zügig, kostengünstig und stadtverträglich elektrische Schnelllade-Tankstellen errichten. Diese würden die Einführung der Elektromobilität in Hannover und der zugehörigen Region signifikant beschleunigen. 46

Ladeenergieentnahme aus einem Unterwerk; Prinzipschaltbild Quelle: Müller-Hellmann. Bus: HAZ.de 08.11. 47

Ladeenergieentnahme aus dem Unterwerk Neumarkt in Oberhausen; Übergabeschrank und Ladegerät Quelle: H. Hondius 48

Ladeenergieentnahme aus dem Unterwerk Neumarkt ; Mast mit Ladehaube und Unterwerk im Hintergrund Quelle: Müller-Hellmann 49

Ladeenergieentnahme aus dem Unterwerk Neumarkt ; Batteriebus an der Ladestation Quelle: H. Hondius 50

Bus-Ladung aus der Fahrleitung Quelle: Müller-Hellmann, Bus: HAZ.de 08.11. 51

Ladeenergieentnahme aus der Fahrleitung am Bahnhof Sterkrade; Fahrleitungsanschluss mit Mastschalter Quelle: Müller-Hellmann 52

Ladeenergieentnahme aus der Fahrleitung am Bahnhof Sterkrade; Mast mit Ladehaube und Ladegerät Quelle: Müller-Hellmann 53

Zusammenhang zwischen Ladeleistung, Ladezeit, Energiebedarf/km und erreichbarer Fahrweite eines Batteriebus-Systems Quelle: Müller-Hellmann 54

Prinzipielle Darstellung der Energieentnahme zur Schnellladung von Batteriebussen und anderen Batteriefahrzeugen aus der Fahrleitung Quelle: Müller-Hellmann, Bus: HAZ.de 08.11. 58

Berechnungen zu erreichbaren Fahrweiten zwischen zwei Schnell-Ladungen der Batteriebusse Quelle: Müller-Hellmann 59

Resümee Eine zukunftsfähige Stadt ist eine elektromobile Stadt. Sie ist lärm- und feinstaubarm sowie klimaschonend. Hannover hat durch die vorhandenen umfangreichen Stadtbahn- Infrastrukturen ideale Voraussetzungen, diesen Status zügig zu erreichen. 62