Elektrischer Fuhrparkbetrieb Realität oder Vision? Elektrotransporter versus Dieseltransporter 10. Dezember 2013 DI Dr. Alfred Rastädter Alfred Rastädter 2013 1 Elektromobilität vor mehr als hundert Jahren Ferdinand Porsche entwickelt Elektrowagen mit Bleibatterie (Lohner- Porsche). Die Sensation der Weltausstellung im Jahr 1900 in Paris. AEG betrieb wenige Jahre später eine Serienfertigung von Elektrofahrzeugen in Berlin. Der Höhepunkt der Elektroautowelle wurde 1912 erreicht. 20 Hersteller bauten 33.842 Elektroautos. Das im Überschuss vorhandene Erdöl mit seiner unschlagbaren Energiedichte und das sich schnell ausweitende Fernstraßennetz waren das Ende der Elektrofahrzeuge. Alfred Rastädter 2013 2
Die wichtigsten Unterschiede zw. Diesel- und Elektrotransporter q Die Kosten q Die Reichweite q Die Energieeffizienz q Die Energieauftankzeit q Das Energietankstellennetz q Das Energiespeichervolumen q Das Energiespeichergewicht Alfred Rastädter 2013 3 Wirkungsgradvergleich: Ottomotor - Dieselmotor Quelle: FH JOANNEUM / Studiengang Elektronik und Technologiemanagement (Stand: Mai 2008) Alfred Rastädter 2013 4
Verluste und Wirkungsgrad bei reinem Elektroantrieb Quelle: FH JOANNEUM / Studiengang Elektronik und Technologiemanagement (Stand: Mai 2008) Alfred Rastädter 2013 5 Wirkungsgradvergleich: Dieselantrieb - Elektroantrieb Quelle: FH JOANNEUM / Studiengang Elektronik und Technologiemanagement (Stand: Mai 2008) Alfred Rastädter 2013 6
Vergleich der Spezifischen Energie elektrischer Speicher Quelle: Österreichische Energieagentur / Studie zur Markteinführung Elektromobilität (Stand: August 2009) Alfred Rastädter 2013 7 Vergleich der Spezifischen Energie elektrischer Speicher Spezifische Leistung in W/kg 3000 2500 2000 1500 1000 DSK Blei NiMH Lithium HEV Zelle PER = 20*1/h Hybrid Electric Vehicle EV Zelle PER = 10*1/h PER = 4*1/h Battery Electric Vehicle 500 PER = 2*1/h Laptop Zelle 0 Redoxflow 0 50 100 150 200 250 300 Spezifische Energie in Wh/kg Lib2015 Ziel für 2020 Quelle: Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoff- Forschung Dresden / Energiespeicher für die Elektro- Mobilität (Stand: März 2011) Alfred Rastädter 2013 8
Spezifische Energien mobiler Energieträger im Vergleich [Wh/kg] Hu Hu Energieträger Wh/kg Wh/kg Spezifische Energie mobiler Energieträger [Wh/kg] Heizöl EL (15 Grad C) 11.860 11.860 Diesel (15 Grad C) 11.940 11.940 16.000 13.730 Benzin (15 Grad C) 12.000 12.000 14.000 11.860 11.940 12.000 Erdgas (CNG, 200 bar) 13.730 13.730 12.000 Hackschnitzel 3.600 10.000 3.600 Blei-Säure-Batterie 15-35 8.000 35 Nickel-Cadmium Batterie 30-50 6.000 50 Nickel-Metall-Hydrid Batterie 50-80 80 3.600 4.000 Lithium-Ionen Batterie 100-180 180 2.000 35 50 80 180 0 Heizöl EL (15 Grad C) Diesel (15 Grad C) Benzin (15 Grad C) Erdgas (CNG, 200 bar) Hackschnitzel Blei-Säure-Batterie Nickel-Cadmium Batterie Nickel-Metall-Hydrid Batterie Lithium-Ionen Batterie Alfred Rastädter 2013 9 Energiedichten mobiler Energieträger im Vergleich [Wh/Liter] Hu Hu Energieträger Wh/Liter Wh/Liter Heizöl EL (15 Grad C) 10.080 10.080 Diesel (15 Grad C) 10.030 10.030 12.000 Benzin (15 Grad C) 8.880 8.880 10.000 Erdgas (CNG, 200 bar) 1.980 1.980 Hackschnitzel 900 8.000 900 Blei-Säure-Batterie 35-80 6.000 80 Nickel-Cadmium Batterie 90-150 150 Nickel-Metall-Hydrid Batterie 160-260 4.000 260 Lithium-Ionen Batterie 250-450 2.000 450 0 Energiedichte mobiler Energieträger [Wh/Liter] 10.080 10.030 8.880 1.980 900 80 150 260 450 Heizöl EL (15 Grad C) Diesel (15 Grad C) Benzin (15 Grad C) Erdgas (CNG, 200 bar) Hackschnitzel Blei-Säure-Batterie Lithium-Ionen Batterie Nickel-Cadmium Batterie Nickel-Metall-Hydrid Batterie Alfred Rastädter 2013 10
Energiespeicher-Volumenbedarf mobiler Energieträger i. Vergleich [Liter = dm3] [Vergleichsbasis: 10 Liter Dieselverbrauch / 100 km = 100,3 kwh / 100 km] Energieinhalt und Energievolumen im Vergleich Energiespeicherbedarf und Energievolumenbedarf effektiv Hu Energieinhalt Energievolumen Fahrenergie Speicherbedarf Volumenbedarf Energieträger Wh/Liter Wh Liter Wh Wh Liter Heizöl EL (15 Grad C) 10.080 100.300 10,0 25.075 100.300 10,0 Diesel (15 Grad C) 10.030 100.300 10,0 25.075 100.300 10,0 Benzin (15 Grad C) 8.880 100.300 11,3 25.075 100.300 11,3 Erdgas (CNG, 200 bar) 1.980 100.300 50,7 25.075 100.300 50,7 Blei-Säure-Batterie 80 100.300 1.253,8 25.075 33.433 417,9 Nickel-Cadmium Batterie 150 100.300 668,7 25.075 33.433 222,9 Nickel-Metall-Hydrid Batterie 260 100.300 385,8 25.075 33.433 128,6 Lithium-Ionen Batterie 450 100.300 222,9 25.075 33.433 74,3 % Faktor Wirkungsgrad Dieseltransporter 25 0,25 Wirkungsgrad Elektrotransporte 75 0,75 Wirkungsgrad = Fahrenergieverbrauch (Nutzenergie) / Energieträgerverbrauch (Treibstoff bzw. Strom) für NEFZ Alfred Rastädter 2013 11 Energiespeicher-Volumenbedarf mobiler Energieträger Wirkungsgrade: Dieselfahrz. 25% u. Elektrofahrz. 75% [Liter Energiespeicher / 10 Liter Dieselenergie] 450,0 400,0 350,0 300,0 250,0 200,0 150,0 100,0 50,0 0,0 10,0 10,0 11,3 Heizöl EL (15 Grad C) Diesel (15 Grad C) Benzin (15 Grad C) 50,7 Erdgas (CNG, 200 bar) 417,9 Blei-Säure- Batterie 222,9 Nickel- Cadmium Batterie 128,6 Nickel- Metall- Hydrid Batterie 74,3 Lithium- Ionen Batterie Alfred Rastädter 2013 12
Kostenvergleich Dieseltransporter - Elektrotransporter Dieseltransporter Elektrotransporter Parameter Einheit Wert Parameter Einheit Wert Jahres-Kilometerleistung km/jahr 20.000,00 Jahres-Kilometerleistung km/jahr 20.000,00 Treibstoffverbrauch [Diesel] Liter/100km 6,00 Reichweite für eine Batterieladung km 100,00 Energiedichte Treibstoff [Diesel] kwh/liter 10,03 Maximale Entladetiefe / Ladung [DoD] % 90,00 Wirkungsgrad Energieumwandlung % 25,00 Wirkungsgrad Energieumwandlung % 75,00 Dichte Treibstoff [Diesel] kg/liter 0,840 Dichte Lithium-Ionen Batteriesystem kg/liter 2,500 Spez. Energie Treibstoff [Diesel] kwh/kg 11,940 Spez. Energie Lithium-Ionen Batterie kwh/kg 0,180 Energiedichte Lithium-Ionen Batterie kwh/liter 0,450 Alfred Rastädter 2013 13 Kostenvergleich Dieseltransporter - Elektrotransporter Dieseltransporter [Kosten exkl. Ust.] Elektrotransporter [Kosten exkl. Ust.] Fahrzeugkosten - Gesamt Einheit Wert Fahrzeugkosten - Gesamt Einheit Wert Basisfahrzeug inkl. Sonderausstattg. EUR 19.000,00 Basisfahrzeug inkl. Sonderausstattg. EUR 24.000,00 Lithium-Ionen-Akkumulator [Mobil] EUR 0,00 Lithium-Ionen-Akkumulator [Mobil] EUR 8.603,51 Summe Fahrzeugkosten EUR 19.000,00 Summe Fahrzeugkosten EUR 32.603,51 Investitionskosten - Gesamt Einheit Wert Investitionskosten - Gesamt Einheit Wert Fahrzeugkosten - Gesamt EUR 19.000,00 Fahrzeugkosten - Gesamt EUR 32.603,51 Batterieladestation EUR 0,00 Batterieladestation EUR 1.500,00 PV-Strom-Speicher [Stationär] EUR 0,00 PV-Strom-Speicher [Stationär] EUR 0,00 Summe Anschaffungskosten EUR 19.000,00 Summe Anschaffungskosten EUR 34.103,51 Fördermittel - Bund - Land - Stadt EUR 0,00 Fördermittel: E-Fahrzeug EUR -5.000,00 Preisnachlass auf Listenpreis EUR -3.800,00 Fördermittel: Ladestation EUR -500,00 Sondernachlass für Fahrzeugflotte EUR 0,00 Fördermittel: Sonstige EUR 0,00 Summe Investitionskosten EUR 15.200,00 Summe Investitionskosten EUR 28.603,51 Energie- und Speicherkosten Einheit Wert Energie- und Speicherkosten Einheit Wert Treibstoffkosten - 2013 [Diesel] EUR/Liter 1,1000 Energiekosten - 2013 [Strom] EUR/kWh 0,180 Treibstoffspeicherkosten - 2013 EUR/Liter 0,0000 Energiespeicherkosten - 2013 [Strom] EUR/kWh 386,000 Spez. Treibstoffkosten [1. Jahr] EUR/kWh 0,1097 Spez. Treibstoffkosten [1. Jahr] EUR/kWh 0,00 Spez. Stromkosten [1. Jahr] EUR/kWh 0,00 Spez. Stromkosten [1. Jahr] EUR/kWh 0,1800 Alfred Rastädter 2013 14
Kostenvergleich Dieseltransporter - Elektrotransporter Dieseltransporter [Kosten exkl. Ust.] Elektrotransporter [Kosten exkl. Ust.] Parameter Einheit Wert Parameter Einheit Wert Fahrzeug-Abschreibdauer Jahre 8,00 Fahrzeug-Abschreibdauer Jahre 8,00 Zinssatz IK [Fremdkapital] % IK p.a. 3,00 Zinssatz IK [Fremdkapital] % IK p.a. 3,00 Service + Reifen + Reparatur EUR/Jahr 1.000,00 Service + Reifen + Reparatur EUR/Jahr 500,00 KFZ-Versicherung EUR/Jahr 1.500,00 KFZ-Versicherung EUR/Jahr 1.500,00 KFZ-Steuer EUR/Jahr 500,00 KFZ-Steuer EUR/Jahr 0,00 Teuerungsrate Service + W + R % p.a. 3,00 Teuerungsrate Service + W + R % p.a. 3,00 Teuerungsrate Versichg. + Steuer % p.a. 2,00 Teuerungsrate Versichg. + Steuer % p.a. 2,00 Teuerungsrate Treibstoffkosten % p.a. 5,00 Teuerungsrate Treibstoffkosten % p.a. 0,00 Teuerungsrate Stromkosten % p.a. 0,00 Teuerungsrate Stromkosten % p.a. 1,00 Alfred Rastädter 2013 15 Kostenvergleich Dieseltransporter - Elektrotransporter Kapital - und Betriebskosten [Netto exkl. Ust.] 7.600,00 7.400,00 7.200,00 7.000,00 EUR/Jahr 6.800,00 6.600,00 6.400,00 6.200,00 6.000,00 5.800,00 1. Jahr 2. Jahr 3. Jahr 4. Jahr 5. Jahr 6. Jahr 7. Jahr 8. Jahr Diesel-Transporter [EUR/Jahr] Elektro-Transporter [EUR/Jahr] Alfred Rastädter 2013 16
Kostenvergleich Dieseltransporter - Elektrotransporter Kapital - und Betriebskosten [Netto exkl. Ust.] Cent/km 38,00 37,00 36,00 35,00 34,00 33,00 32,00 31,00 30,00 29,00 1. Jahr 2. Jahr 3. Jahr 4. Jahr 5. Jahr 6. Jahr 7. Jahr 8. Jahr Diesel-Transporter [Cent/km] Elektro-Transporter [Cent/km] Alfred Rastädter 2013 17 Elektromobilität einmal anders! Alfred Rastädter 2013 18
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Alfred Rastädter 2013 19