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Technische Universität München
Lehrstuhl für Energiewirtschaft und Anwendungstechnik
Prof. Dr.-Ing. U. Wagner, Prof. Dr. rer. nat. Th. Hamacher
Sustainable Mobility:
Analyzing the Supply Chain
for TUM‘s Electric Vehicle MUTE
Dipl.-Ing. Christian Kandler
7th Conference on Energy Economics and Technology
Dresden, April 27th 2012
Storage
Grid Grid
Sources: DA Kandler, FTM, EAS, RBW-Bau
Micro – Wind
Photovoltaics
Micro – CHP
© KC-2012-DA-002
Storage
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Source: Schweizerische Elektrizitätsstatistik, 2010
Misc.
5 %
Source: e-control, 2010
Hard Coal
9 %
2
Gross Electricity Generation by Energy Carrier Germany (2011), Austria and Switzerland (2010)
Lignite
23 %
71
TWh
66
TWh
Hydro
53 %
Hydro
57 %
Nuclear Energy
38 % Germany
Austria
Switzerland
Crude Oil
2 %
Natural Gas
20 %
Renewables
4 % Misc.
12 %
Hard Coal 19%
Lignite 25%
Natural Gas 14%
Nuclear Energy
18%
Wind 8%
Hydro 3%
Biomass 5%
Solar 3%
Misc. 5%
612 TWh
Source: BDEW, 2012
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Load Management & V2G Valley Filling and Peak Shaving in Germany
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Hour of Day [h]
Insta
lle
d P
ow
er
Pla
nt
Ca
pa
cit
y [
GW
]
Peak Shaving
Valley Filling
Peak Load
Power Plants
Middle Load
Power Plants
Base Load
Power Plants
Renewable
Energy Feed-In
Load Forecast
© TUM IfE 58-078-L09
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Load Management & V2G MUTE‘s Charging Mix in Germany (2015)
4
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Grid Mix Charging Off-Peak Charging
Sh
are
of
Ele
ctr
icit
y G
en
era
tio
n T
yp
eWind
Solar
Biomass
Water
Natural Gas
Hard Coal
Lignite
Nuclear
© TUM IfE 58-077-L12
Grid Mix Charging
• Conventional Consumer
Perspective
→ 37 gCO2/km
→ 2,00 €/100km
Off-Peak Charging
• Cost-Efficient Charging
during Off-Peak Hours
→ 71 gCO2/km
→ 1,85 €/100km
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Renewables!
• EV: Energy Demand (Plug2Wheel): 7,1 kWh/100km
• Forecast of Power Plant Stock in different countries for 2015
• Controlled Charging during Off-Peak Hours
ITCA(USA)
SG © TUM IfE 58-098-B12
0
[ gCO2/km ]
40 8020
FRCHNO
2
DE
71
CN
GR
607438 81
EV Emission Scale Specific CO2 Emissions in Various Countries
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Parallel Market Method Charging the MUTE with Renewables
6
• Hourly Matching of Charging
Demand and Renewable Supply
with the help of:
• Local Renewables + Micro-CHP
(based on Hourly Weather Data)
• Stationary Lithium-Ion-Storage
• Managed Charging @ 3,7 kW
• Charging Criterion: at Maximum a
20% Share of Electricity Purchase
from the Grid of the Hourly
Charging Demand
• Usage as a Secondary Vehicle
(15.600 km/a)
→ Optimization of the Most Cost-
Effective House System
Infrastructure using DHS,EVO
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Parallel Market Method Charging the MUTE with Renewables - Results
3 kWth
9 kWel
2 kWel
2 kWh (Lithium - Ion)
Max. 1 %
0,4 g CO2/km
0,30 €/100km
investment costs: 23.000 €
state incentives (EEG): 22.000 €
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• high surplus of photovoltaics energy
• low usage of storage
Parallel Market Method Coverage of Charging Demand (Typical Summer‘s Day)
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
po
we
r [k
W]
hours [h]
PV Wind storage electricity purchase charging demand
© TUM IfE 69-003-L11
Summer
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• low wind and photovoltaics availability in winter
• high usage of storage + need for grid electricity purchase
Parallel Market Method Coverage of Charging Demand (Typical Winter‘s Day)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
po
we
r [k
W]
hours [h]
PV Wind storage electricity purchase charging demand
© TUM IfE 69-004-L11
Winter
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Parallel Market Method Comparison of Supply & Demand on the Balance Sheet
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
en
erg
y [
kW
h]
charging demand electricity production wind electricity production PV
© TUM IfE 69-010-N11
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Daimler Smart
ICE
Diesel
Mix
Method
Delta
Method
Parallel Market
Method
86 g CO2/km
4,92 €/100km
37 g CO2/km
2,00 €/100km
71 g CO2/km
1,85 €/100km
0,4 g CO2/km
0,30 €/100km
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Summary Comparison of Different Vehicle Concepts (2015)
Source: Daimler Source: FTM
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Summary EV Market Integration
• Average Annual Distance: 15.600 km/year
• Economic Lifetime: 15 years
‘Driving Costs‘:
ICE-Diesel: ~ 11.500 €
Grid Charging: ~ 4.500 €
Decentralised Charging: ~ 1.000 €
Difference in driving costs
=
Compensation of higher investment costs
12
- 7.000 €
- 10.500 €
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Prof. Dr.-Ing. U. Wagner, Prof. Dr. rer. nat. Th. Hamacher
• Kandler, C.: Energiewirtschaftliche Optimierung der hauseigenen erneuerbaren Stromerzeugung
zur Versorgung eines Elektrofahrzeugs. Diplomarbeit am Lehrstuhl für Energiewirtschaft und
Anwendungstechnik (IfE), TU München, Oktober 2010
• Gohla-Neudecker, B.; Roth, H.; Wagner, U.: Nachhaltige Mobilität: Anwendungsscharfe
Bereitstellung von erneuerbarer Energie für Elektroautos. Energiewirtschaftliche Tagesfragen 60.
Jg., Heft 4, etv Energieverlag, Essen 2010
• Gohla-Neudecker, B.; Kuhn, P.; Wagner U.: Nachhaltige Mobilität: Energiewirtschaftlich optimierte
Bereitstellung von erneuerbarer Energie für Elektroautos. VDE-Kongress 2010 – E-Mobility, Leipzig
2010
• Gohla-Neudecker, B.; Roth, H.: Analysis of Renewable Energy Power Demand for Specifically
Charging EVs. Research study commissioned by Better Place, http://www.betterplace.com/the-
company-pressroom-whitepapers-detail/index/id/research-report-technical-university-of-munich,
California (USA) 2009
• Roth, H.; Kuhn, P.; Gohla-Neudecker, B.: Sustainable Mobility – Cost-Effective and Zero Emission
Integration of Germany‘s EV Fleet. Proceedings „2nd International Conference on Clean Electrical
Power – Renewable Energy Resources Impact” IEEE, Capri 2009
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Recent Publications