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Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 1/35

Zukunftsszenarien der Elektromobilität

Univ.-Prof. Dr. Günther Brauner

TU Wien

11. Symposium Energieinnovationen„Alte Ziele – Neue Wege“

10. bis 12. Februar 2010, Graz


World Peak Oil 2008 ?

1960 1980 2000 2020 2040

Prod

uktiv

ityG

b/Yr

World peak 2008Middle east

peak 2011


Ölpreise seit 1960


Fossile Energieträger

• Monopol- bzw. Oligopolbildung• Starke Zunahme des Bedarfs in China, Indien• Geringe Abnahme des Ölbedarfs in Industrieländern• (anlegbarer) Preis entsteht überwiegend ohne

Wettbewerb

• Strategien zur Absicherung der fossilen Energieträger– Nabucco (OMV mit EU-Partnern)– LNG (mit EU-Partnern)– Speicherung (Baumgarten)– eigene Exploration (RAG OMV)– Beteiligung an Kohlekraftwerken in DE, PL, CZ


Fossiler Energiebedarf in AT [Statistik Austria]

Dienstl.; 10,4%

Landw.; 2,9%

Prod. Bereich; 26,4%

Haushalt; 30,3%

Verkehr; 29,9%

Anteile an Mineralölprodukten

Dienstl.; 3,1%

Landw.; 4,0%

Prod. Bereich; 9,9%

Haushalt; 19,5%Verkehr; 63,5%

fossiler Endenergiebedarf nach Sektoren

Ölbedarf: Verkehr besonders abhängig


GHG-Emissions in EU-27 (1990=100%)


Energie-Vision: „point of return“ zur nachhaltigen Energieversorgung durch

Effizienz und Energiesparen erreichen

Nachaltigkeits-Initiative

renewable potential„point of no return“

fossil

Zeit

erneuerbar

Bedarf altEnergie

„point of return“

Effizienz-Initiative

nachhaltigeMobilität

Bedarf neu


Mögliche Energiestrategie im Bereich der Mobilität

• Minderung des Elektrizitätsbedarfs durch Effizienzsteigerung und Energieeinsparung um 10 % bis 2030

• Einführung der Elektromobilität mit einem hohen Anteil von über 50 % bis 2030

Dies führt zu einer Minderung des Ölbedarfs und der aus dem Verkehr stammenden Emissionen um 50 % bis 2030 !


Vision: Mobilität

• Megacities der Zukunft• Spezifischer Energiebedarf für Mobilität

– Nahverkehr im suburbanen Bereich– Fernverkehr

• Nachhaltige Mobilität• Ladelogistik und E-Tankstellen

– Nahverkehr E-Vehicle– Fernverkehr E-Vehicle


Entwicklung der Welt-Siedlungsstrukturen

0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030

Pop

ulat

ion

in M

illio

ns

urbanrural


Mega Cities 2007

02468

101214161820

Toky

o-Y

okoh

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Mex

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Sta

dt

New

Yor

k

Seo

ul

Bom

bay

Sao

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Kal

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Mos

kau

Lond

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Par

is

Ber

lin

Wie

n

Inha

bita

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in M

io. 2

007


Los Angeles down town



Vergleich mit ÖPNV

• Verkehrsaufkommen Strasseje Fahrspur bei 20 km/h und 10 m Abstand 2.000 Fahrzeuge (Personen) je Stunde: 2.000 P/h

• U-Bahn (70% Auslastung, 2 min-Takt): 12.000 P/heine U-Bahnlinie entspricht 6 Fahrspuren (in einer Richtung)

• Straßenbahn, Bus 1.000 – 2.000 P/heine Straßenbahnlinie entspricht 1 Fahrspur

Vollständiger Ersatz des ÖPNV in Wien erfordert etwa 80 Fahrspuren im Zubringerverkehr !


Kategorien des Verkehrs

Zentrum

suburban

Fernverkehr

Urbaner Nahverkehr


Mobilität der Zukunft• Zentren der Megacities

– Fußgänger– U-Bahn, Straßenbahn, Bus– Kleine Elektrofahrzeuge (Fahr-Genehmigung)

• Suburbaner Bereich der Megacities und Bundesländer– Kleines E-Fahrzeug oder konventionelles Auto– Bus, Schnellbahn, U-Bahn

• Fernverkehr– konventionelles oder Hybrid-Fahrzeug– Elektrofahrzeug (Batterie-Austausch, Schnellladung)– Hochgeschwindigkeits-Bahn


Änderung des Mobilitätsverhaltens in Österreich 1971 bis 2001 [ÖSTAT]

0,0%10,0%20,0%30,0%40,0%50,0%60,0%70,0%80,0%

walking

bicyc

leca

r, moto

rbike train

tram, s

ubway bu

s19712001


Typische Mobilitätsprofile im Individualverkehr

Jahresverteilungsfunktiondes Individualverkehrs

Gegenüberstellung Fahrtenverteilung und Fahrleistungsverteilung

0

20

40

60

80

100

120

0 20 40 60 80 100 120 140Fahrtlängen

Ante

il in

%

kumulierte Fahrtenzahl

kumulierte Fahrleistungen

Quelle: Leitinger, EAEW


E-smart

Nissan: Nuovo

Pininfarina Honda


AT-Marktdurchdringung der E-Mobilität (100% = 500 Fahrz./1000 EW)

100% 91%

45%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

2010 2020 2030

VKME-HybridE-Mobil

100% 94%78%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

2010 2020 2030

VKME-HybridE-Mobil

Optimalszenario 20301,2 Mio. E-Mobile1 Mio. Hybrid

Realszenario 20300,4 Mio. E-Mobile0,5 Mio. Hybrid


Energie Effizienz von Antrieben (tank / battery to wheel)

Motor Antriebseffizienz Mittlere Effizienz(European drive

cycle)

Benzinmotor 25 – 28 % 15 %

Dieselmotor 35 – 37 % 20 %

Elektrischer Antrieb 60 – 80 % 50 %


Verkehrsträger Energie-Bedarf

kWh/100 km

Sitzplätze Mittlere Auslastung

%

Energie jePassagierkWh / 100

km

Energie je PassagierLiter* / 100

kmFlugzeug

A320-2003.500 150 70 33 3,7

ICE 200 km/h 3.700 700 30 18 2,0Regionalbahn 1.800 500 20 18 2,0U-Bahn 1.900 600 21 15 1,7Bus 360 40 20 45 5,0Pkw fossil 55 4 30 46 5,2Hybrid-Auto 40 4 30 33 3,8Elektrofahrzeug 18 4 30 15 1,7

*) 1 Liter Benzinäquivalent = 8,9 kWh

Energieeffizienz: Tank to Wheel


Comparison. Diesel-car and E-vehicle (supplied with electricity from CC-power station).

η(CC) = 60%, η(grid) = 95%, η(charging) = 80%. η(total) = 45%,

90

120

150

120

4365

3243

54 61

10 15

020406080

100120140160

Diesel Diesel Diesel CNG 600 E-10kW E-15kW

g CO2 / km

kWh/100km


Prognose des Ausbaus der Windenergie in EU-27

0

50

100

150

200

250

300

350

1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030

Win

d P

ower

in E

U-2

7 in

GW

EWEA-2006EU-2006IEA-2006


_____________________________________________________________________________________________________

TU Wien Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft

5MW, 2400h/a

8.000 Fahrzeuge

(10.000 km/a

15 kWh/100 km)

180 m

2MW, 2.000h/a

2.500 E-Fahrzeuge

(10.000 km/a

15 kWh/100 km)

Windenergie


Entwicklung der Welt-Photovoltaik2008: Installierte Kapazität 10 GW, Fertigungskapazität 12 GW/a

0

20.000

40.000

60.000

80.000

100.000

120.000

140.000

160.000

1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030

Wel

t-PV

-Inst

alla

tion

in M

W

SilliziumCIS


Wachstumsraten von Wind und PV in D

Erneuerbare Energien in Deutschland

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

jähr

liche

r Zub

au in

MW

Wind

Photovoltaik


Kaprun: Limberg II Pumpspeicher

Volumina 2 x 80 Mio. m3

äqiv. zu 75.000 MWh

Pump-Turbine 2x240MW

Speicherinhalt entspricht 3,1 Mio. E-Mobilen,

Batterien mit je 24 kWh


Tendenzen bei den Pumpspeichern: Vom Jahresspeicher zum Wochenspeicher

0

100

200

300

400

500

600

700

0 100 200 300 400 500 600 700

Pump-Leistung in MW

Volu

men

-Ein

satz

stun

den Kaprun OS 112 MW

Limberg II 480 MW

Kaprun OS +

Limberg II

592 MW


Quelle Wirkungs-grad

Volllast-stunden pro

Jahr

Installierte Leistung je

Elektromobil

Bemerkung

Photovoltaik 12 – 23 % 900 2,5 kW 20 – 25 m2 PV je E-Mobil

Wind 30 – 45 % 2.000 1,0 kW 2 MW Wind für 2.000

E-MobileWasser(Freudenau)

90 – 95 % 4.500 0,5 kW 170 MW Wasserkraft für

350.000 E-M.

GuD-Kraftwerk

58 – 60 % 8.000 0,25 kW 350 MW-Anlage für 1,35

Mio. E-M.

Energiebereitstellung für die E-Mobilität: 10.000 km/aAT: 500 E-Mobile je 1000 Einwohner. 15 % des Strombedarfs


Modellregion Vorarlberg: VLOTTE (FFG 2009)

• 100 Elektrofahrzeuge bis Ende 2009 durch VKW• Pannenhilfe durch ÖAMTC• Forschungs-Kooperationspartner: TU Wien

– Umfassendes Fahrzeug und Lademonitoring– Szenarien für die Ladelogistik– Energiewirtschaftliche Analyse

• Vorarlberg neben London und Paris derzeit bedeutendste Modellregion der Welt


Bedarf an Ladesäulen bei Schnellladung heute 2800 Tankstellen in Österreich

Ladezeit 5 min., Aufenthaltszeit an Tankstelle 10 min.

0

2

4

6

8

10

5% 10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

e-car penetration, 5 min. charging time

num

ber o

fl e-

char

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co

nnet

ions

per

cha

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g st

atio

n


Bedarf an Ladesäulen bei 1-h-Ladung heute 2800 Tankstellen in Österreich

Ladezeit 55 min., Aufenthaltszeit 60 min.

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

5% 10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

e-carl penetration, 60 min. charging time

num

ber o

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harg

ing

conn

ectio

ns p

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harg

ing

stat

ion


Methoden zur Batterieladung

• Laden zu Hause– Vorteil: keine öffentliche Ladesäulen erforderlich– Nachteil: Netzüberlastung am Abend

• Laden zu Hause mit Ladungsmanagement– Vorteil: Netzfreundlich, keine Überlastung– Nachteil: Ladung vorwiegend über Nacht.

• Laden beim Parken– Vorteil: solare Energie möglich, Reduktion der

Abendspitze bei Laden.– Nachteil: öffentliche Ladesysteme und

elektronische Zugangsberechtigung erforderlich.


Danke für Ihre Aufmerksamkeit!

TU Wien Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft

Gusshausstrasse 25/373

A-1040 Wien Tel: (01) 58801 37301, Fax: (01) 58801 37399

[email protected]

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