Potenzialeder Elektromobilität inösterreich Modellbasierte Szenarien 2010 2050 Dipl. Ing. Maximilian Kloess Dipl. Ing. Andreas Müller Prof. Dr Reinhard Haas Institut für elektrische Anlagen und Energiewirtschaft TU Wien
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
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 2010 2050 (AVL List) Ökologische Analyse: Kumulierter Energieverbrauch & Treibhausgasemissionen 2010 2050, Life Cycle Analyse (Joanneum Research) Wirtschaftliche Analyse: Kostenabschätzung 2010 2050, Modellbasierte Szenarien, (TU Wien, EEG)
Methodik des Modells Wirtschaftlichkeit der Antriebsysteme Investitionskosten Kraftstoffkosten Steuerliche Rahmenbedingungen Gesamtkosten Szenarien 2010 2050 Lerneffekte bei Technologien Energiepreisentwicklung Änderungen der steuerlichen Rahmenbedingungen Ergebnisse Markt und Bestandsdurchdringung 2010 2050 Energieverbrauch 2010 2050 2050 Treibhausgasemissionen 2010 2050 Schlussfolgerungen
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
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
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
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
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) 1470 1522 1450 1458 1538 1623 1687 1645 Verbrennungsmotor Leistung (kw): 75 75 65 50 50 40 0 0 Elektromotor Leistung g( (kw): 0 0 20 50 50 75 75 75 Li-Ionen Batterien (kwh) 1 2 10 20 50 20 Elektrische Reichweite (km) 40 80 200 500 Gesamtreichweite (km) 700 700 700 700 700 700 200 500
Gesamtkosten der Fahrzeuge Investitionskosten 2010 2050: technologische Lerneffekten der Komponenten Kraftstoffkosten Kraftstoffverbrauch 2010 2050 Kraftstoffpreise netto: Anstieg 2010 2050 gemäß E Preisszenario: PRIMES high : 2010: 77$/bbl 2050: 148$/bbl Versicherungskosten: 2010 2050 konstant Wartungskosten & sonstige Kosten (inkl. Reifen): 2010 2050 2050 konstant Politische Rahmenbedingungen in Österreich: Mineralölsteuer: unterschiedlicher Steuersatz für Benzin, Diesel, CNG KFZ Steuer: Motorleistung Zulassungssteuer/Normverbrauchsabgabe (NOVA) Politische Rahmenbedingungen 2010 2050: 4 Szenarien
Investitionskosten der Antriebsysteme 2010 50.000 45.000 40.000 Basic Vehicle IC Engine+Transmission Electric Drive Batteries FC + H2 Tank 35.000 30.000 25.000 20.000000 15.000 10.000 5.000 0
Lerneffekte bei Lithium Ionen Batterien Lernrate: 7,5% 2010: 700 /kwh 2020: 320 /kwh 2030: 250 /kwh 2050: 220 /kwh / kwh 800 700 600 500 400 300 200 100 0
Investitionskosten der Antriebsysteme 2010 50.000 45.000 40.000 Basic Vehicle IC Engine+Transmission Electric Drive Batteries FC + H2 Tank 35.000 30.000 25.000 20.000000 15.000 10.000 5.000 0
Investitionskosten der Antriebsysteme 2050 50.000 45.000 40.000 Basic Vehicle IC Engine+Transmission Electric Drive Batteries FC + H2 Tank 35.000 30.000 25.000 20.000 000 15.000 10.000 5.000 0
Wirkungsgrade der Antriebsysteme 90% 40km E Reichweite 50% der Fahrten 80% 80km E Reichweite 80% der Fahrten Efficiency η 70% 60% 50% 2010 2050 40% 30% 20% 10% 0% Quelle: AVL List
Mittelklasse, 15 000km/Jahr Gesamtkosten Stand 2010 10.000 9.000 8.000 7000 7.000 VAT fuel 6.000 Fuel tax 5.000 Fuel net cost 4.000 Tax on Ownership Maintenance 3.000 Insurance 2.000 VAT Vehicle 1.000 Tax on Acquisition Net Vehicle Cost
Politische Rahmenbedingungen 2010 2050 4 Szenarien 2010 2050: Politik BAU Business as usual Business usual Politik BAU + Förderung elektrischer Antriebsysteme 2010 2020: 2020: 1500 für Kauf eines Fahrzeuges mit elektrischem Primärantrieb (EV, PHEV, SHEV) Politik aktiv Politik aktiv + Förderung elektrischer Antriebsysteme
Szenario: Politik Business as usual (BAU) KFZ Steuer Motorleistung 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 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 H2 0 0 002 0,02 002 0,02
Szenario: Politik aktiv (BAU) KFZ Steuer Motorleistung 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 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 H2 0 0 002 0,02 002 0,02
Ergebnisse
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% 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 Verbrennungsmot. Micro Hybride Mild Hybride Voll Hybride Plug In Hybride SerielleHybride Elektrofahrzeuge BZ Plug In Hybride Bestandsentwicklung: 6.000.000 Elektrische Antriebe: 2020: 25 000 ( 0,5%) 2030: 620 000 ( 13%) Fahrzeuge 5.000.000 4.000.000 3.000.000 2.000.000 1.000.000 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 Verbrennungsmot. Micro Hybride Mild Hybride Voll Hybride Plug In Hybride SerielleHybride Elektrofahrzeuge BZ Plug In Hybride
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 0,0 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 Benzin Diesel Erdgas Strom H2 Kumulierter Energieverbrauch (WTW) Treibhausgasemissionen (WTW) 1000t CO2 äquivalent 14.000 WTT Kraftstoff Produktion TTW Kraftstoff Vebrennung TTW Fahrzeug Produktion: 12.000 10.000 8.000 6.000 4.000 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: 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 2.000
Szenario BAU + Förderung (E Mob.) & Szanario Politik aktiv Förderung E Mob. Marktanteile E Antriebe: 2020: 9% 2030: 32% E Antriebe in der Flotte: 2020: 70 000 2030: 680 000 Anteile eile e der der Fahrzeuge 100% 100% 90% 90% 80% 80% 70% 70% 60% 60% 50% 50% 40% 40% 30% 20% 10% 0% 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 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: 36 000 10% 2030: 1300 000 0% 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 Verbrennungsmot. Micro Hybride Mild Hybride Voll Hybride Plug In Hybride Serielle Hybride Elektrofahrzeuge BZ Plug In Hybride
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% 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 Bestandsentwicklung: 6.000.000 Elektrische Antriebe: 2020: 100 000 ( 0,5%) 2030: 1500 000 ( 13%) vehicles 5.000.000 4.000.000 3.000.000 2.000.000 1.000.000 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 Conventional Drive Micro Hybrids Mild Hybrid Full Hybrid Plug In Hybrid Serial Hybrid EV FC PHEV
Steuereinnahmen Politik Aktiv + E Mob Förderung 2010 2020 5,000 4,000 3,000 Mrd.. 2,000 MÖSt NOVA KFZ Steuer E Mob Förderung 1000 1,000 0,000 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 1,000
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 0,0 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 Benzin Diesel Erdgas Strom H2 Kumulierter Energieverbrauch (WTW) Strom aus fossilen Quellen GuD Treibhausgasemissionen (WTW) 1000t CO2 equivalent 14.000 WTT Kraftstoff Produktion TTW Kraftstoff Vebrennung TTW Fahrzeug Produktion: 12.000 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 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: 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 Gesamtenergieverbrauch: 50% THG Emissionen: 55%
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 0,0 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 Benzin Diesel Erdgas Strom H2 Kumulierter Energieverbrauch (WTW) Strom aus erneuerbaren Quellen Treibhausgasemissionen (WTW) 1000t CO2 äquivalent equivalent 14.000 12.000 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 Bestandsentwicklung: WTT Kraftstoff Produktion TTW Kraftstoff Vebrennung TTW Fahrzeug Produktion: Elektrische Antriebe: 2020: 25 000 ( 0,5%) 2030: 620 000 ( 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 0,0 2010 2010 2015 2015 2020 2020 2025 2025 2030 2030 2035 2035 2040 2040 2045 2045 2050 2050 Gesamtenergieverbrauch: 55% THG Emissionen: 70%
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
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Dipl. Ing. Maximilian KLOESS TU Wien, Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft, Gusshausstraße 25 29, 1040 Wien, +43 (1) 58801 37371 kloess@eeg.tuwien.ac.at www.eeg.tuwien.ac.at