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Elektromobilität – Möglichkeiten und

Grenzen der Nutzung

Max Grünig

Ecologic Institute

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Ecologic Institut

unabhängiger Think Tank für europäische und internationale

angewandte Umweltforschung

Politikanalyse und

Beratung

Büros in Berlin, Brüssel, Wien und Washington D.C.

gegründet 1995

heute über 65 feste Mitarbeiter

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2/2/2011 Dresden, Studientage – Max Grünig 2

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Struktur

aktuelle Verfügbarkeit im Bereich Pkw

technische Möglichkeiten im Bereich Pkw bis ca. 2015

technische Möglichkeiten im Bereich Pkw bis ca. 2030

Weitere Nutzungen im Wirtschaftsverkehr sowie Zweiräder

Ladeoptionen

Interaktion mit dem Stromnetz

Diskussion

2 February

20113Dresden, Studientage – Max Grünig

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Kernfragen

Welche Rolle kann die Elektromobilität zum Erreichen der

Klimaschutzziele spielen?

Wie können Elektrofahrzeuge den weiteren Ausbau der erneuerbaren

Energien unterstützen?

2/2/2011 Dresden, Studientage – Max Grünig 4

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Vorteile der Elektromobilität

keine lokalen Schadstoffemissionen (bis auf Reifenabrieb)

deutlich geringere Lärmbelastung

Option zur CO2-freien Mobilität, wenn erneuerbare Energien verwendet

werden

Verringerung der Mineralölimporte

somit auch Beitrag zu Sicherheit und Frieden

2/2/2011 Dresden, Studientage – Max Grünig 5

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Kategorien von Elektrofahrzeugen

Vorstufen:

Mikro Hybrid: Start-Stopp-Automatik, Bremsenergierückgewinnung für

Starter-Batterie, kein elektrischer Antrieb

Mild-Hybrid: zusätzlich unterstützt ein elektrischer Antrieb den

Verbrennungsmotor, kein rein elektrisches Fahren möglich

Vollhybrid: ermöglicht rein elektrisches Fahren

Diese Vorstufen sollen nicht Bestandteil der folgenden Betrachtung sein.

2/2/2011 Dresden, Studientage – Max Grünig 6

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Kategorien von Elektrofahrzeugen

PHEV – Plug-In Hybrid Electric Vehicle: Hybridfahrzeug mit 2

Antriebssträngen - paralleler Hybrid - wobei rein elektrisches Fahren

möglich ist und die Batterie über das Stromnetz geladen werden kann.

EREV – Extended Range Electric Vehicle: serieller Hybrid - ein

vollelektrischer Antrieb dessen Batterie einerseits Strom aus dem Netz,

andererseits auch aus einem Verbrennungsmotor mit Generator

beziehen kann. Der Verbrennungsmotor leistet keinen mechanischen

Vortrieb.

BEV – Battery Electric Vehicle: rein elektrisches Fahren mit Batterie

2/2/2011 Dresden, Studientage – Max Grünig 7

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PHEV

zum Beispiel der Prius PHEV (kommend)

2/2/2011 Dresden, Studientage – Max Grünig 8

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EREV

bisher viele Studien, aber keine zeitnahe Markteinführung:

Fisker Project Nina

Jaguar XJ

Audi A1 E-Tron

Lotus Evora 414E hybrid

Capstone CMT-380

Velozzi Supercar

Bis auf den A1 durchweg Oberklassefahrzeuge

2/2/2011 Dresden, Studientage – Max Grünig 9

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BEV

Mini E

Smart E

Renault Fluence ZE, Kangoo ZE

Th!nk City

VW up

Nissan Leaf

Mitsubishi i-MiEV (5000 verkauft in JP)

2/2/2011 Dresden, Studientage – Max Grünig 10

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aktuelle Marktlage

Marktanteil vernachlässigbar

kaum Pkw-Modelle auf dem Markt:

Th!nk in einigen Ländern

Tesla Roadster

i-MiEV in Japan

Smart E (Leasingmodell)

viele Modelle in 2011 / 2012

2/2/2011 Dresden, Studientage – Max Grünig 11

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Technische Leistungen aktuell

BEV PHEV EREV

Größe Kleinwagen Mittelklasse Oberklasse

Reichweite (elektr.) 100 – 200 km unter 100 km ca. 150 km

Gewicht 1300 kg 1400 kg 1450kg

Batterieleistung 24 kW 13 kW 81 kW

Batteriegewicht 270 kg 155 kg über 700 kg

Höchstgeschw. 140 km/h 160 km/h 200 km/h

von 0 auf 100 km/h 8,5 s 8 s 4 s

Preis 28.500 € 25.500 € über 100.000 €

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Schätzungen aufbauend auf der Analyse von 106 Modellen:

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Wirtschaftsverkehr

Möglichkeiten begrenzt durch Batterieleistung

geeignet für routengebundenen Verkehr:

städtischen Lieferverkehr

und ÖPNV

andere Verkehre bis auf Weiteres angewiesen auf

Biokraftstoffe

Gasantrieb

2/2/2011 Dresden, Studientage – Max Grünig 13

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Weitere Nutzungsmöglichkeiten

Pedelecs

E-scooter

Kleinfahrzeuge

Bislang wenig relevant

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Energieeffizienz und Umweltwirkung

Verbrauch ab Ladestation ca. 20 kWh / 100km

in 2009 im deutschen Strommix 575 g CO2 / kWh (UBA 2010)

d.h. ca. 115 g CO2 /km

in anderen Ländern wie Frankreich (Atom), Österreich und Schweiz

(Wasser) deutlich niedriger

Frage auch: welcher Strom wird geladen (Grundlast, Spitzenlast,

erneuerbare Energien ...)

Also nicht automatisch die klimafreundlichste Lösung?

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Energieeffizienz und Umweltwirkung – EU ETS

Stromerzeugung fällt unter den EU Emissionshandel

Straßenverkehr bislang nicht

Elektromobilität integriert Straßenverkehr in den Emissionshandel

insofern ist Elektromobilität global emissionsmindernd, solange

die Allokationsmengen unverändert bleiben (Cap)

CDM und JI nicht erweitert werden

Elektrofahrzeuge konventionelle Fahrzeue ersetzen und kein zusätzlicher

Verkehr entsteht.

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Anmerkungen

EV Preise liegen deutlich über aktuellen Neuwagenpreisen

Total Cost of Ownership für EV über der für konventionelle Pkw

Höchstgeschwindigkeit nur kurzfristig möglich (Überhitzung Batterie)

sehr gute Beschleunigung (hohes Drehmoment liegt von Anfang an vor)

Reichweite stark abhängig von Fahrprofil, Nebenaggregaten und

Außentemperaturen

Reichweiten statistisch ausreichend (durchschnittliche Fahrstrecke pro

Tag in D: ca. 40 km (MiD 2002))

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Range anxiety

2/2/2011 Dresden, Studientage – Max Grünig 18

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Möglichkeiten bis 2015

nächste Generation der Batterietechnologie

geringe Kostensenkung (heute ca. 900 € / kWh, dann ca. 30% günstiger)

und / oder

geringe Leistungssteigerung

beginnende Kostensenkung durch Lerneffekte bei Herstellern

mögliche Kostensenkung durch Skaleneffekte

Henne-Ei-Problematik

Vermutlich wenige 1000 EVs in D

2/2/2011 Dresden, Studientage – Max Grünig 19

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Möglichkeiten bis 2030

erhebliche Fortschritte bei Batterietechnologie

höhere Leistungsdichte

niedrigere Kosten (ca. 200 € / kWh)

Potential der Marktdurchdringung EU 27:

drei Szenarien

mittlere EV Akzeptanz

geringe EV Akzeptanz

hohe EV Akzeptanz

2/2/2011 Dresden, Studientage – Max Grünig 20

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Modellierung 2030

EU 27

Pkw- Flotte

2/2/2011 Dresden, Studientage – Max Grünig 21

Scenario

1

2010 2015 2020 2025 2030

conventio

nal

224 246 258 254 229

PHEV 0,0 0,3 2,3 11,6 34,0

EREV 0,0 0,1 0,8 4,1 12,2

FEV 0,0 0,1 0,6 3,3 11,2

Scenario

2

2010 2015 2020 2025 2030

conventio

nal

224 246 260 266 266

PHEV 0,0 0,2 1,2 4,7 13,5

EREV 0,0 0,1 0,3 1,3 3,7

FEV 0,0 0,0 0,2 1,0 3,0

Scenario

3

2010 2015 2020 2025 2030

conventio

nal

224 246 256 240 191

PHEV 0,0 0,3 3,6 18,9 50,9

EREV 0,0 0,1 1,3 7,7 22,9

FEV 0,0 0,1 1,0 6,8 21,5

CE

De

lft

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Modellierung 2030 – Szenario 1

CE

De

lft

2/2/2011 Dresden, Studientage – Max Grünig 22

0

50.000.000

100.000.000

150.000.000

200.000.000

250.000.000

300.000.000

2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035

tota

l num

ber

of

vehic

les,

EU

27

conventional

PHEV

EREV

FEV

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Verkäufe 2030 – Szenario 1

2/2/2011 Dresden, Studientage – Max Grünig 23

Scenario 1

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035

EU

27 c

ar

sale

s per

year

(%)

conventional

PHEV

EREV

FEV

CE

De

lft

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Ladeoptionen

Slow Charging

Fast Charging

Batterie-Wechsel-System

Induktionsladen

2/2/2011 Dresden, Studientage – Max Grünig 24

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Ladeoptionen

Slow Charging Fast Charging

Spannung 220V (AC) 400 – 600 V (auch DC)

Leistung 32 A (6,6 kW Ladegerät) mehr als 40 A

Ladezeiten ca. 6 bis 8 Stunden bis zu 50% in 15 Minuten

Fixkosten ca. 2.000 € ca. 20.000 €

Betriebskosten niedrig niedrig

Sicherheit relativ sicher erhöhte Gefährdung

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Ladeoptionen

Batterie-Wechsel-System

bislang nur Project Better Place

sehr hohe Fixkosten

geringe Gefährdung

schnell

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Ladeoptionen

Induktionsladen

Leistungsverluste

mittlere Fixkosten

verschleißarm

EM Gefährung

in Entwicklung

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Ladeoptionen

Modulowatt

mittlere Fixkosten

sicher

inkompatibel

in Entwicklung

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Ladeoptionen

geringe Stromkosten, lange Ladezeiten > geringer Umsatz

sehr lange Amortisationsdauer aller Systeme (ca. 10 Jahre)

bislang kein tragfähiges Geschäftsmodell

Optionen

Park & Charge (Bezahlung über Parkgebühren)

Abonnement-Vertrag

Kontingent-Vertrag

Ladekosten über Leasing des Fahrzeugs (RWE)

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Ladeoptionen

Drei konkurrierende Standards

IEC / Mennekes Stecker (D, EU)

SAE J1772 (USA)

CHAdeMO (Japan)

Bislang kein internationaler Standard.

Systemwettkampf wie bei VHS und BETA sollte vermieden werden:

unnötige Kosten entstehen.

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Interaktion mit Stromnetz

mittelfristig nur geringes Speicherpotential

Hauptnutzen von Smart Charging ist die Vermeidung von Lastspitzen

und Überlastungen

signifikantes Speicherpotential erst bei größerer Marktdurchdringung

(2020, 2030), dann allerdings auch größere Gesamtlast

auf absehbare Zeit nur Grid-2-Vehicle (d.h. als Speicher), kein Vehicle-

2-Grid (Rückspeisung)

verkürzte Lebensdauer der Batterie, nicht kostendeckend

2/2/2011 Dresden, Studientage – Max Grünig 31

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Smart Grids

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Interaktion mit Stromnetz

Stromnetze bereits jetzt teilweise an der Belastungsgrenze

lokales Clustern von EV-Nutzern kann auch bei geringen Gesamtzahlen

zu Netzengpässen führen (Freiburg…)

unkoordiniertes Laden führt zu hohen Spitzenlasten

koordiniertes Laden (Smart Charging) kann Überkapazitäten in der

Nacht (Wind, Offshore Wind) nutzen

Kommunikationsstandards elementar

Smart Metering / Smart Charging

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Interaktion mit Stromnetz

Vermischung von Automobilindustrie und Stromerzeugung über die

Ladestationen (expansive Strategie der EVU)

Verschiebung der Wertschöpfungskette hin zur Batterie

Allianzen zwischen

Automobilherstellern

Batterieherstellern

Energieversorgern

entscheidend für zukünftige Marktpositionierung

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Elektromobilität:

2/2/2011 Dresden, Studientage – Max Grünig 35

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Diskussion

Wo steht hier der Kunde?

In wessen Interesse ist Elektromobilität?

Wie ist der Klimaschutz zu bewerten?

Unterstützen EVs die Verbreitung erneuerbarer Energien?

Schützen EVs die Umwelt?

Ist das die Zukunft der Mobilität?

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2 February

2011Dresden, Studientage – Max Grünig 37

Vielen Dank.

Max Grünig

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