Vision und Illusion des Elektroautos - JürgenStockmar Wien,November2011 - WKO
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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.
Zukunft der alternativen Energiequellen Energie-Symposium Stralsund, DI W. Wister
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- /
BrennstoffzellenantriebDer aktuelle Hype um das Elektrofahrzeug
findet sich in Medien, Politik
und Prototypen-PräsentationenTesla 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 MiEVViel 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 Datenmanagements1. 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
Batteriereichweiten – real und irrational 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
Energiedichten verschiedener Energieträger
und Speichersysteme
1 : 30 absolut 1 : 100 absolut
1:10 mit Wirkungsgrad 1:30 mit Wirkungsgrad
Legende: rote Zahlen absolut, grüne Zahlen Wirkungsgrad berücksichtigtBatterie-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/kgOhne Illusion:
Quelle: VDI Nachrichten
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-WirkungsgradeRealität: 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
ExtenderRealität: 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
Verbrennungsmotor Batterien
Generator
ElektromotorVision: 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-
Limousinen1. 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 (?)
Vor- und Nachteile des Elektrofahrzeugs
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 VerbraucherElektrofahrzeuge 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 VerbrennungsmotorMittelfristige 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 EinsparungenEinsparpotenziale 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 Betrachtungszeitraum1. 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
PowersplitVorgaben der EU-Direktive 2003 / 30 / EG
zur Verwendung alternativer Kraftstoffe
Bio- Erdgas
Jahr (CNG) Wasserstoff gesamt
Kraftstoffe % %
%
%
2005 2 2
2010 6 2
2015 (7) 5 2 (14)
2020 (8) 10 5 (23)Erdgas-Fahrzeug Opel Combo
Verbrennungsmotoren können auch für fast alle anderen
Bio-Gase adaptiert werden
Erdgas enthält bis zu 20 % weniger Kohlenstoff pro Energieeinheit, dafür
mehr Wasserstoff. Dadurch reduziert sich der CO2-Ausstoß entsprechendAudi-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
2030Anforderungen 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-
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