Vision und Illusion des Elektroautos - Service - WKO.at...Amortisation eines Elektrofahrzeugs...
Transcript of Vision und Illusion des Elektroautos - Service - WKO.at...Amortisation eines Elektrofahrzeugs...
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Vision und Illusion
des Elektroautos
Jürgen Stockmar Wien, November2011
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1. Doppelte globale Herausforderung:
1.a Klimawandel
1.b Ressourcen
2. Hype um das Elektroauto
3. Batterietechnologien
4. Kosten des Elektroantriebs
5. Nutzen des Elektrofahrzeugs in der Zukunft
6. Alternative Antriebe
7. Zukünftige Anforderungen
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Die doppelte Herausforderung 1
Die Menschheit steht auf den Feldern Energieversorgung und
Energieverbrauch zwei großen Herausforderungen gegenüber:
1.) Jede Verbrennung fossiler Kraftstoffe emittiert CO2.
Bei Kraftstoffen Benzin / Diesel sind das
ca. 2,4 – 2,6 kg CO2 / kg Kraftstoff.
Dieser CO2- Ausstoß soll durch verminderte Verbrennung fossiler
Kraftstoffe und Verwendung CO2-neutraler, alternativer
Energiequellen deutlich reduziert werden.
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CO2-Konzentration der Atmosphäre Begründung für den Treibhauseffekt
Dramatischer Anstieg
der CO2-
Konzentration seit der
Industrierevolution
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Die doppelte Herausforderung 2
2.) Die Quellen fossiler Energieträger sind endlich.
Die Rohölförderung wird in den nächsten Jahrzehnten
drastisch abnehmen.
Durch industriell aufstrebende, bevölkerungsreiche Länder
wird der globale Energiebedarf aber noch erheblich steigen.
Nur zusätzliche alternative Energiequellen und drastische
Einsparungen im Energieverbrauch können diesen wachsenden
Bedarf langfristig decken bzw. den Anstieg vermindern.
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Energie-Symposium Stralsund, DI W. Wister
Zukunft der alternativen Energiequellen
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Vision :
Mit dem Elektroauto können Klimawandel durch CO2-Ausstoss
und die Primärenergie-Engpässe überwunden werden
(Ansatz: der Strom kommt sowieso aus der Steckdose…)
Illusion:
Der gesamte Verkehr verursacht 30 – 15 % (länderspezifisch)
des CO2-Ausstoßes und des Energieverbrauchs.
Selbst ohne jeglichen Verkehr (Pkw, Lkw, Flugzeug, Bahn,
Schifffahrt) bleiben die Grundprobleme Klimawandel und
künftige Ressourcenknappheit in abgemilderter Form
weiterhin bestehen. Nur neue, übergreifende Ansätze können
zur Problemlösung führen.
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CO2-Verursacher
Der Verkehr erzeugt weniger als 1/5 des
gesamten CO2-Aus-
stoßes (in Öster-
reich knapp 30 %
wegen der fast 80 %
Strom aus regene-
rativen Quellen,
vornehmlich aus
Wasserkraft)
Quelle:
Deutsches Umwelt-
Bundesamt
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Vision:
Mit dem Elektroauto wird der CO2-Ausstoss sinken, weil der
Gesamtwirkungsrad des Systems (well to wheel – von der Quelle bis
zu den Antriebsädern) hoch liegt und Strom umweltfreundlicher
erzeugt werden kann.
Ja,
aber:
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Energieverbrauch über den Lebenszyklus Fast 40 % des gesamten Energieverbrauchs über den Lebenszyklus
erfordert bereits die Herstellung eines Fahrzeuges. Das Einsparungs-
potenzial durch effizientere Antriebe reduziert sich dementsprechend.
Diese Zahlen gelten für konventionelle Antriebe ohne schwere Batterien.
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1. Doppelte globale Herausforderung:
1.a Klimawandel
1.b Ressourcen
2. Hype um das Elektroauto
3. Batterietechnologien
4. Kosten des Elektroantriebs
5. Nutzen des Elektrofahrzeugs in der Zukunft
6. Alternative Antriebe
7. Zukünftige Anforderungen
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Elektroautos sind keine Weltneuheit
Schon vor der Erfindung des modernen Automobils mit Verbrennungs-
motor bauten Erfinder unzählige Vehikel mit Elektroantrieb.
Bekanntestes Modell war der Lohner-Porsche
mit vorderem
Radnaben-
antrieb aus
dem Jahr 1900
Keines der Elektro-
autos konnte sich
wegen der geringen
Kapazitäten der
Batterien durch
setzten.
Auch zukünftig
entscheidet die
Batterie über den
Erfolg des
Elektroautos.
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Frühe Entwicklungen und Tests bei Steyr-Daimler-Puch
von Elektro-Fahrzeugen
Fiat Panda Elettra
Elektro-Antriebseinheit
mit Zweiganggetriebe
Golf mit Elektro- /
Brennstoffzellenantrieb
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Der aktuelle Hype um das Elektrofahrzeug findet sich in Medien, Politik und Prototypen-Präsentationen
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Tesla Elektro-Auto verwendet 6831 Lithium-Ionen-Batterien als Energiespeicher
Leistung Elektromotor 184 kW / 250 PS; 0-100 km/h = 3,9 sec;
Vmax = 200 km/h; Reichweite 365 -150 km;
Preis ca. 100.000,- € , Lotus Elise 49.900,00 € (Basis des Tesla)
Gewicht Tesla 1220 kg, Lotus 903 kg
Der Tesla ist kein Verzichtauto, macht Spaß mit
Elektroantrieb
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Vernünftige urbane
E-Fahrzeuge
senken die lokalen
Emissionen in
Ballungszentren
Smart ED
Mitsubishi MiEV
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Viel sinnvoller als private E-Fahrzeuge:
• öffentliche Flotten wie Post, Polizei, Versorgungs-/
• Entsorgungsfahrzeuge
• Kleine Nahverkehrsmittel
• Zulieferfahrzeuge, Zustelldienste
• Taxis
• Zweiräder
Sie können unter kontrollierbaren Bedingungen betrieben
werden, mit gemessenen Ladungen/Entladungen, Kapazitäten,
Laufstrecken, Lebensdauer, Protokollierungen allerWerte und
Weiterentwicklungen des Datenmanagements
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1. Doppelte globale Herausforderung:
1.a Klimawandel
1.b Ressourcen
2. Hype um das Elektroauto
3. Batterietechnologien
4. Kosten des Elektroantriebs
5. Nutzen des Elektrofahrzeugs in der Zukunft
6. Alternative Antriebe
7. Zukünftige Anforderungen
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Die meisten Fahrten mit dem Auto beschränken sich auf Kurzstrecken.
Dennoch erwarten heute Kunden vom E-Fahrzeug weitaus größere
Reichweiten. Der Begriff „range anxiety“ charakterisiert diese Haltung
Batteriereichweiten – real und irrational
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Energiedichten verschiedener Energieträger
und Speichersysteme
1 : 100 absolut
1:30 mit Wirkungsgrad 1 : 30 absolut
1:10 mit Wirkungsgrad
Legende: rote Zahlen absolut, grüne Zahlen Wirkungsgrad berücksichtigt
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Batterie-Entwicklung ist noch lange nicht abgeschlossen Zum Vergleich: W/kg Benzin = beliebig
Wh/kg Benzin = ca. 12 000 Wh/kg
Plan: Lithium-Luft-
Batterie 3000 Wh/kg
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Ohne Illusion:
Die Entwicklung der Batterietechnologie für Elektrofahrzeuge
muss noch Quantensprünge vollführen, um den Anforderungen
der Großserie und den Kundenerwartungen zu genügen.
Wichtigste Forschungsziele:
• erhöhte Kapazitäten
• Schnelllade-Fähigkeit
• höhere Lade-/Entlade-Wirkungsgrade
Quelle: VDI Nachrichten
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Realität: der Range-Extender
kombiniert eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Generator. Die
VKM kann im Bestpunkt arbeiten und jederzeit elektrischen Strom zum
Nachladen der Batterien an Bord erzeugen.
Ebenfalls in
Planung:
Brennstoffzelle mit
Wasserstoffantrieb
als Range
Extender
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Verbrennungsmotor
Generator
Elektromotor
Batterien
Realität: Opel Ampera , Plug-in-Hybrid-Modell Die Elektromotoren mit insgesamt 111 kW ermöglichen eine dynamische Fahrweise. Der Vierzylinder-Ottomotor mit 63 kW springt zur Ladung der Batterie und Sicherstellung der Fortbewegung an. Achtung: Bei Verbrauchsangaben wird die erste Batterieladung nicht berechnet
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Vision:
Mit dem Elektroauto wird der CO2-Ausstoss radikal sinken, weil der
Gesamtwirkungsgrad des Systems (well to wheel) hoch liegt und
Strom umweltfreundlicher erzeugt werden kann.
Teilweise Illusion:
In Ländern mit hohem Anteil regenerativer Stromerzeugung
(Österreich, Norwegen) oder hohem Nuklearstrom-Anteil
(Frankreich) trifft diese Vision eingeschränkt zu
im globalen Durchschnitt wegen der hohen Anzahl alter
Kohlekraftwerke in den bevölkerungsreichsten Ländern (China,
Indien, USA) aber nicht. Der Strom-Mix ist entscheidend!
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CO2-Emissionen verschiedener Energiekonzepte
!
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CO2-Emissionen Well-to-Wheel
Moderne Diesel-Luxus-
Limousinen
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1. Doppelte globale Herausforderung:
1.a Klimawandel
1.b Ressourcen
2. Hype um das Elektroauto
3. Batterietechnologien
4. Kosten des Elektroantriebs
5. Nutzen des Elektrofahrzeugs in der Zukunft
6. Alternative Antriebe
7. Zukünftige Anforderungen
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Vision:
Der Betrieb von Elektroautos wird erheblich preiswerter als mit
herkömmlichen Kraftstoffen.
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Amortisation eines Elektrofahrzeugs Geringere Betriebskosten und Kosten der Batteriepakete laufen
gegeneinander
mit Steuern
ohne
Verkehrs-
Steuern
heutige Energiekosten
als Berechnungsbasis !
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Der hohe Anschaffungspreis wegen der Batteriekosten macht das E-Fahrzeug unwirtschaftlich
Quelle: AutoBild
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1. Doppelte globale Herausforderung:
1.a Klimawandel
1.b Ressourcen
2. Hype um das Elektroauto
3. Batterietechnologien
4. Kosten des Elektroantriebs
5. Nutzen des Elektrofahrzeugs in der Zukunft
6. Alternative Antriebe
7. Zukünftige Anforderungen
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Vor- und Nachteile des Elektrofahrzeugs
Pro
• Motorcharakteristik optimal für Fahrzeugantrieb, benötigt keine
Anfahrkupplung und häufig kein Schaltgetriebe
• Start-Stopp-Modus, kein Verbrauch im Motorstillstand
• Bremsenergie-Rückgewinnung (Rekuperation) möglich
• CO2-Bilanz Well-to-Wheel günstiger als bei anderen Konzepten
• Batterien können als Puffer für Strom-Netzwerke verwendet werden
Achtung: Ladezyklen verringern Batterie-Lebensdauer
• keine lokalen Geräusch-, CO2- und geringere Feinstaubemissionen
• Kraftwerkskapazitäten noch lange ausreichend (?)
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Contra
• Batterien schwer und voluminös
• Batterien teuer
• aufwändiges Thermo- und Energiemanagement nötig,
komplex, teuer
• geringe Kapazität, für längere Strecken dzt. Range Extender
notwendig
• elektrische Heizung und Klimatisierung reduzieren Reichweite
• lange Ladezeiten
• Batterie-Lebensdauer geringer als vom Fahrzeug,
• Zahl der Ladezyklen begrenzt
• Schnellladung reduziert Batterie-Lebensdauer (Plating-Effekt)
• Internationaler Smart Grid-Verbund nötig bei hoher
E-Fahrzeugdichte und regenerativer Energieerzeugung
• große Investitionen in umweltfreundliche Stromerzeugung,
hohe Stromkosten für Verbraucher
Vor- und Nachteile des Elektrofahrzeugs
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Elektrofahrzeuge bleiben noch lange Minderheitsmodelle
Die aktuelle Studie des ADAC von 10/2011 zeigt für das Jahr 2025
3,1 Mio. verkaufte Elektrofahrzeuge (3,73 %) ,
68,8 Mio. Neufahrzeuge mit Verbrennungsmotor
11,2 Mio. Hybridfahrzeuge, ebenfalls mit Verbrennungsmotor
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Mittelfristige Einsparungspotentiale durch
alternative und Elektro-Antriebe
Anteil Fahrzeuge mit Elektro-Antrieben global ca. 5 % bis zum Jahr
2020 (optimistischste Annahme). Energie- bzw. CO2-Einsparung
dadurch geschätzt 50 % in dieser Fahrzeugpopulation.
Bei 20% Fahrzeuganteil am gesamten Energieverbrauch:
0,5x0,05x0,2= 0,005 oder
0,5 % des gesamten Energieverbrauchs als mögliche Einsparung.
Anteil Fahrzeuge mit alternativen Antrieben 20%, Einsparung dieser
Fahrzeuggruppe 30 %, Gesamteinsparung 0,2x0,2x0,2x= 0,008 oder
1,2 %
Die lokalen Effekte übersteigen diese globalen Einsparungen
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Einsparpotenziale bei Verbrennungsmotoren
Experten schätzen die weiteren Potenziale zur Verbrauchssenkung bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren auf bis zu 20 Prozent.
Angenommene Verbrauchsreduktionen bei der gesamten Fahrzeug-
Population mit Verbrennungsmotoren im Jahr 2020 ermöglichten
eine Reduktion des CO2-Ausstoßes von 0,2x0,82= 0,164 oder
16 %
Das sind über 30 Mal mehr als das heute erkennbare Einsparpotenzial mit Elektrofahrzeugen im Betrachtungszeitraum
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1. Doppelte globale Herausforderung:
1.a Klimawandel
1.b Ressourcen
2. Hype um das Elektroauto
3. Batterietechnologien
4. Kosten des Elektroantriebs
5. Nutzen des Elektrofahrzeugs in der Zukunft
6. Alternative Antriebe
7. Zukünftige Anforderungen
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Alternative Antriebe Der Hype um das Elektroauto drängt die bisherigen Bemühungen
um andere emissions- und verbrauchssenkende Technologien in
den Hintergrund.
Besonders wichtig:
1.) verbrauchsgünstige Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren
EU-Richtlinie: 120 g/km CO2, Verbrauch ca. 5 Liter/100 km
Verfügbar
2.) Hybridfahrzeuge
Verfügbar
3.) Antriebe mit Erdgas
Verfügbar
4.) Antriebe mit Bio-Kraftstoffen
Verfügbar
Sie sollten als bereits vorhandene oder schnell einführbare
Brückentechnologien jetzt stärker gefördert werden als das erst viel
später großserienreife Elektroauto.
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Toyota Prius, erstes serienmäßig produziertes Hybridfahrzeug , jetzt bereits in 2. Generation am Markt
Typ:
Voll-Hybrid,
Sonderform
Powersplit
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Jahr
Bio-
Kraftstoffe
%
Erdgas
(CNG)
%
Wasserstoff
%
gesamt
%
2005
2010
2015
2020
2
6
(7)
(8)
2
5
10
2
5
2
(14)
(23)
Vorgaben der EU-Direktive 2003 / 30 / EG
zur Verwendung alternativer Kraftstoffe
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Erdgas-Fahrzeug Opel Combo
Erdgas enthält bis zu 20 % weniger Kohlenstoff pro Energieeinheit, dafür
mehr Wasserstoff. Dadurch reduziert sich der CO2-Ausstoß entsprechend
Verbrennungsmotoren können auch für fast alle anderen
Bio-Gase adaptiert werden
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Audi-Konzept
zur Speicherung von
regenerativen Energien
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Der lange Weg vom Verbrennungsmotor zum Elektro-Fahrzeug
Quelle: Mercedes Benz
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Zukünftiges Kraftstoff-Szenario
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1. Doppelte globale Herausforderung:
1.a Klimawandel
1.b Ressourcen
2. Hype um das Elektroauto
3. Batterietechnologien
4. Kosten des Elektroantriebs
5. Nutzen des Elektrofahrzeugs in der Zukunft
6. Alternative Antriebe
7. Zukünftige Anforderungen
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Anforderungen an die zukünftige Energieversorgung
• Energie sparen, sparen, sparen!
Das EU-Ziel von 20 %
Effizienzsteigerung bis
2020 wird um über 50 %
verfehlt.
So sieht BP auch
weiterhon einen Anstieg
des Ölverbrauchs für
Transportaufgaben bis
2030
Quelle: BP Energy Outlook
2030
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Anforderungen an die zukünftige Energiepolitik
Endlich Erarbeitung ideologiefreier Systemevaluierungen von
alternativen Energieerzeugungen und Fahrzeugantrieben
Das österreichische Projekt „Zukunft Auto“ des BMVIT ist dabei
ein wichtiger Schritt
Erarbeitung eines europäischen Masterplanes zum Ausbau der
Erzeugung aller regenerativer Energien, ihrer Speicherung
und Verteilung
hinterlegt mit einem Investitionsplan und seriösen Budgets für
Energie-Erzeugung, Verteilung und Speicherung und
Aussagen über die künftigen Energie- und Stromkosten
für den Verbraucher
• Förderung auch von Forschungen herkömmlicher und
alternativer Antriebe
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Pläne bleiben ohne Masterplan unrealistische Visionen
Ruedi Noser, President World
Engineers´Convention,,
VDI-Nachrichten, 15/16 15. April 2011
Derzeit wetteifern Politiker jeder Couleur mit Versprechungen einer
schönen, neuen Energiewelt. Keiner sagt uns ehrlich, welche Kosten
und Einschränkungen damit zukünftig zusammenhängen.
Viele Verkehrs- und Energie-Politiker agieren zur Zeit planlos und
verbrennen verantwortungslos Steuergelder.
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Kosten
• Bisher keine ehrliche Zusammenfassung der anfallenden Kosten,
nur schwammige Ankündigungen und keine konkreten Pläne.
Beispiele: Kosten für Projekt „Desertec“ : € 400 Milliarden geplant
• RWE-Studie zur Umstellung der Energieversorgung in EU:
3 Billionen Euro ohne Verteilernetze und Speicher.
Strompreiserhöhung in D von derzeit 6,5 Cent/kWh auf 23,5 Cent/kWh
bei primär regenerativer Energieerzeugung prognostiziert
• EVN-Prognose: € 800 Millionen bis 2020 für Verdreifachung der
erneuerbaren Energie-Erzeugung
Stephan Werthschulte, GF Energieversorgungswirtschaft Accenture / Kronberg
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Zusammenfassung und Ausblick
Im Maßstab der Kondratieff-Zyklen lebt der Verbrennungsmotor länger
als viele andere Schlüsseltechnologie. Mit guten Gründen!
• Erst nach technologischen Quantensprüngen werden Elektroautos
wegen der unbestrittenen großen Vorzüge dominieren.
Der Zeithorizont ist aber bedeutend weiter gespannt ist, als heute in
Illusionen Medien und Politiker als Visionen verkaufen.
• Der Elektroantrieb benötigt, um die angestrebten Umweltziele zu
erreichen, nachhaltig erzeugte elektrische Energie.
• Gigantische Investitionen müssen dazu getätigt werden, um die
jetzigen Visionen Realität werden zu lassen.
• Für die noch Jahrzehnte vorherrschenden Verbrennungsmotoren
muss die Versorgung mit entsprechenden Kraftstoffen
– auch alternativen Energieträgern- sichergestellt werden
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Ich hoffe auf eine interessante Diskussion-
jetzt und auch später