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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  • Vision und Illusion

    des Elektroautos

    Jürgen Stockmar Wien, November2011

  • 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

  • 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.

  • CO2-Konzentration der Atmosphäre Begründung für den Treibhauseffekt

    Dramatischer Anstieg

    der CO2-

    Konzentration seit der

    Industrierevolution

  • 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.

  • Energie-Symposium Stralsund, DI W. Wister

    Zukunft der alternativen Energiequellen

  • 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.

  • 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

  • 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:

  • 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.

  • 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

  • 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.

  • Frühe Entwicklungen und Tests bei Steyr-Daimler-Puch

    von Elektro-Fahrzeugen

    Fiat Panda Elettra

    Elektro-Antriebseinheit

    mit Zweiganggetriebe

    Golf mit Elektro- /

    Brennstoffzellenantrieb

  • Der aktuelle Hype um das Elektrofahrzeug findet sich in Medien, Politik und Prototypen-Präsentationen

  • 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

  • Vernünftige urbane

    E-Fahrzeuge

    senken die lokalen

    Emissionen in

    Ballungszentren

    Smart ED

    Mitsubishi MiEV

  • 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

  • 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

  • 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

  • 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

  • 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

  • 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

  • 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

  • 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

  • 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!

  • CO2-Emissionen verschiedener Energiekonzepte

    !

  • CO2-Emissionen Well-to-Wheel

    Moderne Diesel-Luxus-

    Limousinen

  • 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

  • Vision:

    Der Betrieb von Elektroautos wird erheblich preiswerter als mit

    herkömmlichen Kraftstoffen.

  • Amortisation eines Elektrofahrzeugs Geringere Betriebskosten und Kosten der Batteriepakete laufen

    gegeneinander

    mit Steuern

    ohne

    Verkehrs-

    Steuern

    heutige Energiekosten

    als Berechnungsbasis !

  • Der hohe Anschaffungspreis wegen der Batteriekosten macht das E-Fahrzeug unwirtschaftlich

    Quelle: AutoBild

  • 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

  • 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 (?)

  • 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

  • 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

  • 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

  • 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

  • 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

  • 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.

  • Toyota Prius, erstes serienmäßig produziertes Hybridfahrzeug , jetzt bereits in 2. Generation am Markt

    Typ:

    Voll-Hybrid,

    Sonderform

    Powersplit

  • 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

  • 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

  • Audi-Konzept

    zur Speicherung von

    regenerativen Energien

  • Der lange Weg vom Verbrennungsmotor zum Elektro-Fahrzeug

    Quelle: Mercedes Benz

  • Zukünftiges Kraftstoff-Szenario

  • 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

  • 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

  • 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

  • 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.

  • 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

  • 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

  • Ich hoffe auf eine interessante Diskussion-

    jetzt und auch später