MARKTPOTENTIALE VON HYBRID-OBERLEITUNGS-LKW IN DEUTSCHLAND - Verkehrskonferenz
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MARKTPOTENTIALE VON HYBRID- OBERLEITUNGS-LKW IN DEUTSCHLAND André Kühn, Till Gnann, Patrick Plötz und Martin Wietschel Fraunhofer Institut für System- und Innovationsforschung ISI © Fraunhofer ISI
P ro j e k t ü b e r s i c h t
MKS-Hybrid-Oberleitungs-Lkw
„Hybrid-Oberleitungs-Lkw: Potenziale zur Elektrifizierung des schweren Güterverkehrs“
Projekt innerhalb der Mobilität und Kraftstoffstrategie (MKS-II)
Laufzeit: 10/2015 bis 09/2016
Projektpartner:
PTV AG (Volker Waßmuth, Daniela Paufler-Mann, Werner Balz, Helmut Frik)
Fraunhofer IML (Sebastian Stütz, David Rüdiger, Maximilian Schellert)
TUHH (Anne Rödl) sowie
M-Five (Wolfgang Schade, Simon Mader)
Zwei Expertenworkshops:
- „Hybrid-Oberleitungs-Lkw: Potenziale zur Elektrifizierung des schweren Güterverkehrs“ (März 2016)
- „Auswirkungen auf die Energiewirtschaft“ (Mai 2016)
© Fraunhofer ISI
Seite 2Agenda 1. Hintergrund und Motivation 2. Vorgehen im Projekt 3. Zentrale Ergebnisse 4. Fazit, Ausblick und weiterer Forschungsbedarf © Fraunhofer ISI COPYRIGHT©PÖYRY Seite 3
Agenda 1. Hintergrund und Motivation 2. Vorgehen im Projekt 3. Zentrale Ergebnisse 4. Fazit, Ausblick und weiterer Forschungsbedarf © Fraunhofer ISI COPYRIGHT©PÖYRY Seite 4
K e n n z a h l e n u n d u n t e r s u c h t e s t ro m b a s i e r t e
Antriebstechnologien
Größenklasse GK1 GK2 GK3 GK4 Sattelzüge
Zul. GGW [t] [0 ; 3,5t] (3,5t ; 7,5t] (7,5t ; 12t] (12t ; 26t] 40t
Ø JFL* [km/a] ca. 13 Tsd. ca. 27 Tsd. ca. 66 Tsd. ca. 74 Tsd. ca. 106 Tsd.
Bestand [Fzg.] ca. 2 Mio. ca. 262 Tsd. ca. 77 Tsd. ca. 161 Tsd. ca. 183 Tsd.
Fahrleistung
[Fzg.-km/a]
26 Mrd. 7,1 Mrd. 5,1 Mrd. 11,9 Mrd. 19,4 Mrd.
CO2-Emission1
WTW [g/Fzg.-km]
241 431 594 7812 1.016
CO2-Emission
WTW [Mio. tCO2/a] 6,3 3,0 3,0 9,3 19,7
Energiebedarf
TTW [TWh/a] 19,0 9,2 9,1 28,1 59,5
Untersuchte BEV / PHEV
potenzielle Brennstoffzelle
strombasierte CNG
Antriebs- LNG
technologien
HO-Lkw
1) ø alle Straßenkategorien , Euro-VI, Auslastung 50% 2) mit dem Bestand gewichtetes Mittel aus 'LKW >14-20t und 'LKW >20-26t * Jahresfahrleistung
Quelle: KBA (2013), FZ 25 und VD3; HBEFA 3.1 sowie Stichprobe Gebrauchtfahrzeuge (truckscout24)
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Seite 5D i ff e re n z i e r u n g b e i H O - L k w s
Stromschienen- Induktiv
Oberleitungs-Lkw
Lkw geladener-Lkw
Zwei denkbare Ausführungsvarianten
Elektromotor und Serieller Diesel-Hybrid mit kleiner
Traktionsbatterie 200 kWh Traktionsbatterie (~1 kWh)
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Seite 6S i n d O b e r l e i t u n g s - L k w s e i n s i n n v o l l e r We g ?
G i b t e s b e s s e re A l t e r n a t i v e n ?
Systeme mit oberleitungsgebundenen elektrischen Kontroverse Diskussion:
Betrieb von schweren Nutzfahrzeugen auf „Henne-Ei-Problem“
vielbefahrenen Autobahnen. (Geschäftsmodell, Betreibermodelle)
I.d.R. Hybridantriebe (elektrischen Antrieb, Technische Herausforderungen
konventioneller Antrieb, Batterien zum Fehlen detaillierterer
Zwischenspeichern) Wirtschaftlichkeitsrechnungen
Grenzüberschreitender Verkehr
Standardisierung
Rechtliche & sicherheitsrelevante
Fragen
Fahrzeugangebot
Alternativen (z.B. Umstieg Schiene)
Akzeptanz
Bevölkerung
Nutzer
……
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Seite 7Agenda 1. Hintergrund und Motivation 2. Vorgehen im Projekt 3. Zentrale Ergebnisse 4. Fazit, Ausblick und weiterer Forschungsbedarf © Fraunhofer ISI COPYRIGHT©PÖYRY Seite 8
Ziel ist die Erstellung eines TCO -Modells,
d a s a l l e re l e v a n t e n I n p u t s b e r ü c k s i c h t i g t
Inputs Outputs
Fahrzeuge Politikmaß-
- 5 Größenklassen nahmen…
- 9 Antriebsarten
- Gewichts- und Markthochlauf
Volumenauswirkung
Infrastruktur
Lkw-Verkehr Modell / Endenergieein-
- Fahrleistung/Nutzung Markthochlauf- sparung
- Verkehrsströme (HO-
Lkw) berechnung
- Anforderungen von
Speditionen CO2e-
Vermeidungskosten
Rahmendaten
- Energieszenarien
- GV-Entwicklung
- Pkw-Szenarien
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Seite 9Überblick Modell
Relativer Marktanteil
Absoluter Marktanteil
Datensatz mit 5.729 1. Bestimme für jedes
Fahrzeugen inkl. Fahrprofil die TCO für Beschränkte Berech-
Jahresfahrleistungen jeden Antrieb und Verfügbarkeit nung
von Fahrzeugen Neuzulas- Bestands-
wähle den günstigsten
und Infrastruktur sungen modell
2. Bestimme Anteil pr,s
der Antriebsart s in p²r,s= pr,s *br,s Nr,s= p²r,s *Nr
Fahrzeugoptionen
9 Antriebe, 5 Größenklasse r
Gewichtsklassen
Energiesz Anzahl
enarien Tankstellen / Entwicklung
Infrastrukt Beschränktes
elektrifizierte Fahrzeugzu-
urkosten Angebot
Autobahnkilo lassungen
meter
Pkw-
Szenarien
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Seite 10Daten & Parameter
Daten
Stichprobe von Nutzfahrzeugen auf Basis der KiD Stichprobengröße etwa 6.000
Fzg. in sieben Gewichtsklassen (Aufbauarten: Seitenplaner, Kühlkoffer, Wechselbrücke,
Kipper); Ermittlung der Jahresfahrleistungen auf Basis der Tachostände
Parameter
Parameterliste für verschiedene Antriebsarten:
Fraunhofer IML: HO-Lkw, Gas-Lkw
PTV AG: HO-Infrastruktur
Fraunhofer ISI: BEV, PHEV, FCEV, Konsistenzprüfung
Besprechung der wichtigsten Parameter auf Workshop am 01.03.2016
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Seite 11S y s t e m g re n z e n u n d w i c h t i g e A n n a h m e n
Neuzulassungen nach Größenklassen (deutsche Neuzulassungen) Relevant für HO-Lkw
Jahr GK1 GK2 GK3 GK4* SZM*
(Besonderheiten der Fahrzeuge und
re s u l t i e re n d e Z u s a t z a n n a h m e n
Im Jahr 2015 steht keine Oberleitung zur Verfügung und BEV und PHEV können nicht
nachladen.
Für die verschiedenen Fahrzeuge werden für 2030 folgende Zusatzannahmen getroffen:
HO-Lkw: Anteil des Fahrens an der Oberleitung hängt davon ab,
ob das Fahrzeug viel auf der Autobahn fährt (=individueller Autobahnanteil)
welche Menge an Autobahn elektrifiziert ist (=HO-Ausbau)
und mit welcher Wahrscheinlichkeit dieses Fahrzeug auf der elektrifizierten Autobahn
unterwegs ist (=DE-Anteil)
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Seite 13Individueller Autobahnanteil
100% „Je höher die Jahresfahr-
leistung, desto größer der
Autobahnanteil“
80%
Aber wie viel?
Auswertung von KiD2010
Mittlerer BAB Anteil
60% und Daten aus PTV Validate
40% Der Autobahnanteil hängt
schätzungsweise gemäß der
Fit Formel von der
20%
Mittlerer Anteil BAB
Tagesfahrleistung ab:
0%
0 500 1000 1500 2000
BAB-Anteil = 1-exp(TFL/381)
Tagesfahrleistung (TFL) [km]
Berechnungen der PTV AG und Auswertung der KiD
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Seite 14A n t e i l e l e k t r i s c h e r Ve r k e h r s l e i s t u n g b e i
festem Anteil elektrischer Autobahn?
Verkehrsleistung auf Streckenabschnitten:
100% 100%
Anteil Verkehrsleistung
80%
80%
LKW*km/24h
60%
CDF
40% 60%
20%
40%
0% Daten
100 1,000 10,000 100,000 1,000,000 20%
Verkehrsleistung [LKW*km / 24 h] fit
Vergl. Einkommensungleichheit 0%
0% 20% 40% 60% 80% 100%
Hier: Gini = 0.37 (BRD 0.3, US 0.4, Brasilien 0.6)
Anteil BAB-km
Datenbasis: manuelle Zählung BASt 2010 & Mauttabelle 2015 Länge der Streckenabschnitte:
Belastung und Länge von 1900 BAB-Abschnitten 100%
Beispiele elektrisches Potenzial (gesamt 13.000 BAB-km): 80%
60%
CDF
Anteil elektr. 40%
BAB-km 0% 1% 5% 10% 20% 50% 80% 20%
Anteil elektr. 0%
LKW-km 0% 3% 12% 21% 36% 68% 91% 0.1 1.0 10.0 100.0
Streckenlänge [km]
http://www.bast.de/DE/Statistik/Verkehrsdaten-Downloads/2010/Manuelle-Zaehlung-2010.html und http://www.mauttabelle.de/maut.html sowie Berechnungen der
PTV AG
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Seite 15HO-Ausbau über Nutzen von Autobahnen
Mittelwert von Belastung [1000 LKW / 24 h]
0 5 10 15 20
A2
A3
Ausbau von verschiedenen
A 99 Autobahnabschnitten hat
A 10
A5 unterschiedlichen Nutzen
A9
A 61
A 81
Autobahnen mit höherer
A 30 Belastung sollen zuerst
A6
100% A 40 elektrifiziert werden
Anteil Verkehrsleistung
A1
A7 Reihenfolge der Autobahnen
80% A 45
wurde gebildet über (manuelle
LKW*km/24h
A 12
A4
Zählung BASt 2010 & Mauttabelle
60% A 67
A 14 2015)
A 57
A 42
40% Mit 30% Ausbau erreicht
Daten man 50% des Verkehrs
20%
fit
Nutzen eines Ausbaus am
0% Anfang hoch und über die
0% 20% 40% 60% 80% 100% Zeit abnehmend:
Anteil BAB-km
http://www.bast.de/DE/Statistik/Verkehrsdaten-Downloads/2010/Manuelle-Zaehlung-2010.html und http://www.mauttabelle.de/maut.html sowie Berechnungen
der PTV AG
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Seite 16DE-Anteil:
Fahrten nur in Deutschland (über 90%)?
Wie hoch ist die Wahrscheinlichkeit, dass der
HO-Lkw auf einer elektrifizierten Autobahn
fährt?
Auswertung von KiD2010 (Frage nach
häufigstem Einsatzgebiet: Regional, National,
International)
Lkw mit geringen Fahrleistungen eher
regional, mit sehr hohen Fahrleistungen eher
international unterwegs
Wahrscheinlichkeit für HO-Strecke analog mit
DE-Anteil (steigt mit Jahresfahrleistung)
Fahrzeugtyp Achsen- Steigung
abschnitt (1e-6)
Nur Deutschland (Anteil > 90%)
">3.5t" 0.094 3.672
"SZM" 0.398 0.402
WVI, IVT, DLR, und KBA (2010). Kraftfahrzeugverkehr in Deutschland 2010 (KiD2010). WVI Prof. Dr.Wermuth Verkehrsforschung und Infrastrukturplanung GmbH, Braunschweig, IVT Institut für
angewandte Verkehrs und Tourismusforschung e. V., Heilbronn, DLR Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt - Institut für Verkehrsforschung, Berlin, KBA Kraftfahrt-Bundesamt, Flensburg
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Seite 17Agenda 1. Hintergrund und Motivation 2. Vorgehen im Projekt 3. Zentrale Ergebnisse 4. Fazit, Ausblick und weiterer Forschungsbedarf © Fraunhofer ISI COPYRIGHT©PÖYRY Seite 18
Angenommener Ausbau der Elektrifizierung
Autobahnen für HO-Lkw
1000 km 4000 km
HO-Lkw HO-Lkw
HH
B
K K
F F
KA KA
M
Basierend auf Berechnungen der PTV AG und des Fraunhofer ISI
© Fraunhofer ISI
Seite 19E r g e b n i s s e a b 1 2 t m i t H O - I n f r a s t r u k t u r-
ausbau von 1000 Kilometern bis 2030
100%
90%
GK4
80%
70%
HO-Diesel Lkw ist mit 10%
HO-Lkw Batterie
60% Marktanteil bei den
HO-Lkw Diesel
50% Neuzulassungen vertreten
40% andere alt. Antriebe
30% CNG/LNG Hauptkraftstoff bleibt Diesel
20%
10%
GK4 (12-26t) Diesel
0%
2015 2020 2025 2030
GK4 Marktanteile Neuzulassungen
100% SZM
90%
80% H-Induktiv
Bei den SZM kann nur eine sehr
70% H-Stromschiene
kleine Menge mit HO-Lkw
60%
HO-Lkw Batterie betrieben werden (1000km
50%
40% HO-Lkw Diesel Infrastruktur)
30%
20%
andere alt. Antriebe CNG/LNG mit 60% Marktanteil
10%
SZM CNG/LNG
0% Diesel
2015 2020 2025 2030
SZM Marktanteile Neuzulassungen
Modellergebnisse
© Fraunhofer ISI
Seite 20E r g e b n i s s e a b 1 2 t m i t H O - I n f r a s t r u k t u r-
ausbau von 4000 Kilometern bis 2030
100%
90%
GK4
80%
70%
HO-Diesel Lkw legt von 10%
HO-Lkw Batterie
60% (1000km) auf 15% Marktanteil
HO-Lkw Diesel
50% bei den Neuzulassungen zu
40% andere alt. Antriebe
30%
(Reduktion des Dieselanteils)
CNG/LNG
20%
10%
GK4 (12-26t) Diesel Neuzulassungen weiter durch
0% Dieselfahrzeuge geprägt
2015 2020 2025 2030
GK4 Marktanteile Neuzulassungen
100%
90%
SZM
80%
70%
H-Induktiv
25% Marktanteil von HO-Diesel-
H-Stromschiene
60% Lkw (in Vergleich zu einigen
HO-Lkw Batterie
50% wenigen Prozent bei 1000km)
40% HO-Lkw Diesel
30% andere alt. Antriebe Reduktion der Marktanteile von
20%
10%
SZM CNG/LNG CNG und Dieselfahrzeugen
0% Diesel
Großer Einfluss der
2015 2020 2025 2030
SZM Marktanteile Neuzulassungen Infrastruktur, aber wie hoch?
Modellergebnisse
© Fraunhofer ISI
Seite 21Anteile der HO-Lkw im Bestand und
Infrastrukturausbau
70,000
Die größten Zuwächse
werden mit einem Ausbau
60,000
auf bis zu 3000 km
Autobahn erzielt
HO-Lkw im Bestand 2030
50,000
Danach kaum mehr
40,000 Änderung im Bestand
30,000 Zusammenhang zwischen
Fahrleistungsverteilung der
20,000 SZM (F16) und Ausbau, da
kleine Menge an
10,000 Infrastruktur reicht für
große Menge an Lkw
0
0 5,000 10,000 15,000
Elektrifizierte BAB-km
Modellergebnisse
© Fraunhofer ISI
Seite 22Übersicht Energiebedarf alternativer
Antriebe für das Jahr 2030
Vergleich von drei Varianten:
Markthochlauf bis 2030 bei 1000 km Oberleitungsausbau
Markthochlauf bis 2030 bei 4000 km Oberleitungsausbau
Maximal: Alle Fahrzeuge über 12t und Oberleitung auf gesamten Autobahnnetz
Stromnachfrage HO-Lkw [TWh]
0 10 20 30 40
1000 km 2030
1000 km 2030 0.2
4000 km 2030
4000 km 2030 8 Maximale Verbreitung
Maximale Verbreitung 36 Perspektivisch für 2050
Vergleich 1: 6 Mio. Elektroautos (@0,16 kWh/km & 14.300 km/a) sind ca. 14 TWh/a
Vergleich 2: Bruttostrommenge in den Klimaschutzszenarien (BMU 2015) im Jahr 2030:
501 TWh (KS95) - 593 TWh (AMS)
Modellergebnisse
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Seite 23R e g i o n a l e E ff e k t e n a c h M a r k t h o c h l a u f 2 0 3 0
Änderung der lokalen Stromnachfrage durch HO -Lkw
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Seite 24Agenda 1. Hintergrund und Motivation 2. Vorgehen im Projekt 3. Zentrale Ergebnisse 4. Fazit, Ausblick und weiterer Forschungsbedarf © Fraunhofer ISI COPYRIGHT©PÖYRY Seite 25
F a z i t , A u s b l i c k u n d w e i t e re r
Forschungsbedarf
Bei regenerativen Bereitstellung des Stroms, stellen HO-Lkw eine Variante zur Dekarbonisierung des
Straßengüterverkehr dar.
Anteil der HO-Lkw ist nach oben beschränkt
Auch weitere Szenarien mit größerem Ausbau an Infrastruktur belegen dies.
Obergrenze des Markthochlaufs der HO-Lkw wird bestimmt durch den Ausbau der HO-Infrastruktur,
aber auch durch den Einbezug der Beschränkungen:
DE-Anteil: Nicht alle Lkw nutzen die elektrifizierten Autobahnen.
Beschränkte Fahrzeugverfügbarkeit: Nicht jeder entscheidet für den HO-Lkw bei positivem TCO-
Vergleich.
Entwicklung der Konkurrenztechnologien beachten (z.B. CNG/LNG – Besteuerung Kraftstoffe)
Weitere Punkte müssen noch untersucht werden:
Marktakzeptanz der Technologie (Flexibilität, Zuverlässigkeit,…)
Bewegungsprofile von Lkw zur detaillierten Bestimmung von Autobahnanteilen (GPS-Tracking)
Strategien zur Elektrifizierung des Quell-/ Ziel- und Transitverkehrs
Deutscher Sonderweg? - Steht der HO-Lkw im Widerspruch mit der EU Verkehrspolitik (TEN-T) –
Gibt es Verlagerungseffekte (Schiene/Binnenschiff Straße)?
© Fraunhofer ISI
Seite 26VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT! Weitere Informationen zum Projekt unter: http://www.bmvi.de/SharedDocs/DE/Artikel/G/MKS/mks-fachworkshop-hybrid-oberleitungs-lkw.html © Fraunhofer ISI
ANHANG © Fraunhofer ISI Seite 28
A b w a n n w e rd e n H O - D i e s e l - L k w 2 0 3 0
wirtschaftlich? (ohne Infrastrukturkosten)
120,000 € Die Kosten der HO-Lkw
hängen vom Anteil des
100,000 € elektrischen Fahrens an der
Oberleitung ab
80,000 €
Ein hoher Anteil an der
TCO 2030
60,000 €
Oberleitung bedeutet eine
schnellere Amortisation („Es
40,000 €
rechnet sich bei geringeren
Jahresfahrleistungen“)
20,000 € Ca. 30.000 elektrische
Kilometer notwendig zur
- € Amortisation 2030
0 20,000 40,000 60,000 80,000 100,000
Jahresfahrleistung
ABER: Elektrische Kilometer
TCO Diesel TCO HO-Diesel (0% HO-Infra-Anteil) hängen vom Ausbau der
TCO Diesel TCO HO-Diesel (0% HO-Infra-Anteil)
TCO HO-Diesel (40% HO-Infra-Anteil) TCO HO-Diesel (80% HO-Infra-Anteil)
Oberleitung ab
© Fraunhofer ISI
Seite 29Die Menge der wirtschaftlichen HO -Lkw liegt
oberhalb einer Mindestfahrleistung
Der Marktanteil von
Sattelzugmaschinen HO-Lkw hängt von der
120 1000
100% Menge der Lkw mit
900
90% Jahresfahrleistungen
100 4000 km Ausbau
85% Marktanteil 800 oberhalb einer Break-
Kumulierte Häufigkeit (CDF)
80%
700
70%
Even-Fahrleistung ab
80 1000 km Ausbau
600 Diese hängt vom
Häufigkeit
60%
65% Marktanteil
60 500
50%
Infrastrukturausbau ab
400
40% ACHTUNG:
40
300
30% Rechnungen ohne
20
200
20% andere alternative
100
10% Antriebe, diese können
0 0 die Schwellen
0%
0 50000 100000 150000 200000 beeinflussen
Jahresfahrleistung
Tagesfahrleistungen
Häufigkeit CDF schwanken (im Modell
berücksichtigt)
© Fraunhofer ISI
Seite 30Sie können auch lesen
