Betrachtung der Umweltentlastungspotenziale durch den verstärkten Einsatz von kleinen, batterieelektrischen Fahrzeugen im Rahmen des Projekts „E-Mobility Berlin“

Betrachtung der Umweltentlastungspotenziale durch

den verstärkten Einsatz von kleinen,

batterieelektrischen Fahrzeugen im Rahmen des

Projekts „E-Mobility Berlin“

Status-Seminar Elektromobilität Berlin-Brandenburg | Florian Hacker,

Öko-Institut e.V.

Berlin | 25.10.2011

Forschungsprojekte des Öko-Instituts im Bereich

Elektromobilität – Überblick

• E-Mobility:

• Nutzungsmuster, Marktpotenziale und Umwelteffekte von

batterieelektrischen Pkw am Beispiel des Praxisversuchs mit Smart ED

• Future Fleet:

• Einsatz von Elektrofahrzeugen in gewerblichen Flotten am Beispiel der

SAP AG

• OPTUM:

• Nutzerakzeptanz und Marktpotenziale von Elektrofahrzeugen (inkl. PHEV)

• Wechselwirkungen mit der Energiewirtschaft

• Klimaschutzbeitrag von Elektromobilität

• OPTUM-Ressourcen:

• Globale Ressourcenverfügbarkeit und mögliche Recyclingoptionen

• LiBRi:

• Entwicklung von Recyclingstrategien für Lithium-Ionen-Batterien

Status-Seminar Elektromobilität Berlin-Brandenburg, 25.10.2011 2

Begleitforschung E-Mobility:

Ziele des Vorhabens

• Entwicklung konsistenter Szenarioannahmen zur weiteren Entwicklung von

Fahrzeugtechnik und Rahmenbedingungen bis 2030

• Ableitung von fundierten Marktszenarien für Elektrofahrzeuge im gewerblichen

und privaten Bereich unter Berücksichtigung technischer Restriktionen als auch Kundenakzeptanz & Wirtschaftlichkeit

• Bestimmung typischer Einsatzprofile auf Basis empirischer Mobilitätsdaten

• Simulation der Interaktion von Elektromobilität und Stromwirtschaft

• Quantifizierung der Umweltentlastungspotenziale von Elektrofahrzeugen auf

Einzelfahrzeugebene und für den Pkw-Gesamtbestand


Begleitforschung E-Mobility – Modellkonzept


Szenarioannahmen

• KBA-Segmente: BEV in „mini“ bis „kompakt“

• Reichweite: BEV 160 km

• Batteriekosten: 280 €/kWh (2020), 230€/kWh (2030)

• Weitere Effizienzsteigerung bei BEV und CV bis 2030

• Moderater Anstieg der Kraftstoff- und Strompreise

• Ladeinfrastruktur: zunehmender Ausbau im privaten und öffentlichen Raum,

Anstieg der Ladeleistung

• Mobilitätsverhalten: Unveränderte Ansprüche an Pkw-Nutzung

• Reichweitenrestriktionen:

• Privat-Pkw: maximal 8 Nutzungskonflikte pro Jahr werden akzeptiert

• Gewerbliche Pkw: Fahrzeugpool ermöglicht hohe Flexibilität, es können

aber maximal 90 % des Fuhrparks durch batterieelektrische Fahrzeuge

ersetzt werden


Maximalpotenzial Elektrofahrzeuge PRIVAT

(inklusive Dienstwagen)


0

4

8

12

16

20

24

28

geeigneteSegmente

Potenzial2020

Potenzial2030

Mil

lio

ne

n mittel

klein

mini

• Grundlage der Potenzialbestimmung: Analyse von Einsatzprofilen (MiD 2008)

• Privat-Pkw stellen etwa 95 % des Pkw-Bestands

• 24 Mio. Pkw gehören den geeigneten KBA-Segmenten „mini“ bis „kompakt“ an

• Limitierender Faktor für das Maximalpotenzial sind unregelmäßige lange Fahrten (Annahme: max. 8 Nutzungs-konflikte werden pro Jahr toleriert)

• Maximalpotenzial: etwa 3,2 Mio. batterieelektrische Pkw

Maximalpotenzial Elektrofahrzeuge

GEWERBLICH


0.0

0.5

1.0

1.5

geeigneteSegmente

Potenzial2020

Potenzial2030

Mil

lio

ne

n

kompakt

klein

mini

• Grundlage der Potenzialbestimmung: Analyse von Einsatzprofilen (KiD 2002)

• Gewerbliche Flottenfahrzeuge stellen etwa 5 % des Pkw-Bestands

• 1,3 Mio. Pkw sind aufgrund ihrer Größenklasse grundsätzlich für den Einsatz von E-Pkw geeignet

• Die alltägliche Nutzung stellt im Regelfall eine geringe Restriktion dar

• Fahrzeugpool erhöht Flexibilität im Fahrzeugeinsatz

• Maximalpotenzial: etwa 1 Mio. batterieelektrische Fahrzeuge (2030)

Akzeptanz Elektromobilität GEWERBLICH:

Ergebnis der Unternehmensbefragung


0%

10%

20%

30%

40%

TCO-Aufschlag

• Im Rahmen der Begleitforschung wurde eine Unternehmensbefragung zu Akzeptanz / Attraktivität von Elektrofahrzeugen in gewerblichen Flotten durchgeführt

• Über 100 Fragebögen versendet, Rücklauf von mehr als 30 Unternehmen

• Ergebnis:

• Gesamtkosten (TCO) weiterhin wichtigstes Kriterium bei Fahrzeugbeschaffung

• Umwelteigenschaften gewinnen an Bedeutung

• Die Mehrheit der Unternehmen ist bereit für E-Pkw Zusatzkosten in Kauf zu nehmen


Ergebnis der TCO-Modellierung


-25%

0%

25%

50%

75%

mini klein kompakt mini klein kompakt

Vergleich zu Otto-Pkw Vergleich zu Diesel-Pkw

TCO

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2010

2020

2030


Gesamtergebnis


0%

20%

40%

60%

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100%

mini klein kompakt

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49%

100%

66%

Akz

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2010

2020

2030

Marktszenario Elektromobilität


0

100

200

300

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500

600

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1,000

2010 2015 2020 2025 2030

An

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fah

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privat gewerblich

• Das Marktpotenzial kombiniert Maximalpotenzial und Akzeptanz für die private und gewerbliche Anwendung

• Pkw-Neuzulassungen werden in Jahresschritten bestimmt und der Pkw-Bestand dynamisch dargestellt

• Bestand batterieelektrische Pkw:

• 77 000 Pkw in 2020

• 920 000 Pkw in 2030

• Batterieelektrische Pkw stellen im Jahr 2030 etwa 2,2 % des Gesamt-bestands dar

Interaktion Elektromobilität & Strommarkt:

Das Strommarktmodell PowerFlex


Interaktion Elektromobilität & Strommarkt:

Stromnachfrage & PowerFlex


• Die Stromnachfrage von Elektrofahrzeugen wird in Kopplung mit dem E-Pkw-Bestand anhand 60 verschiedener Fahrzeugnutzungsprofile simuliert

• Die Stromnachfrageprofile berücksichtigen den notwendigen Mindestbatterieladestand und die Pkw-Nutzung

• Die stündlich aufgelöste Stromnachfrage variiert mit den Annahmen zur Ladeinfrastruktur und dem Ladeverhalten der Pkw-Nutzer

• Stromnachfrageprofile bilden den Input für das Strommarktmodell POWERFLEX

• Das Strommarktmodell simuliert den Kraftwerkseinsatz in Stundenschritten und bestimmt den Brennstoffeinsatz sowie die assoziierten THG-Emissionen für ein Szenario ohne und mit Elektrofahrzeugen

-20.000

0

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60.000

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5. Okt. 6. Okt. 7. Okt. 8. Okt. 9. Okt. 10. Okt. 11. Okt.

MW

Wind_offshore_MW

Wind_onshore_MW

PV_MW

PSW_Turbine

Wind_offshore

Wind_onshore

PV

Laufwasser

Import

Biomasse

Heizoel_schwer

Heizoel_leicht

Erdgas

Steinkohle

Braunkohle

must_runs

Kernenergie

PSW_Pumpe

Beladung_E_Autos

Stromverbrauch

Bilanzkontrolle

thermische_KW_und_must_runs

nicht genutzte Wind + PV: 3,1% p.a.

-20.000

0

20.000

40.000

60.000

80.000

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MW

Wind_offshore_MW

Wind_onshore_MW

PV_MW

PSW_Turbine

Wind_offshore

Wind_onshore

PV

Laufwasser

Import

Biomasse

Heizoel_schwer

Heizoel_leicht

Erdgas

Steinkohle

Braunkohle

must_runs

Kernenergie

PSW_Pumpe

Beladung_E_Autos

Stromverbrauch

Bilanzkontrolle


Ergebnis der PowerFlex-Simulation:

Strommarkt ohne E-Pkw 2030

-20.000

0

20.000

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80.000

100.000


MW

Wind_offshore_MW

Wind_onshore_MW

PV_MW

PSW_Turbine

Wind_offshore

Wind_onshore

PV

Laufwasser

Import

Biomasse

Heizoel_schwer

Heizoel_leicht

Erdgas

Steinkohle

Braunkohle

must_runs

Kernenergie

PSW_Pumpe

Beladung_E_Autos

Stromverbrauch

Bilanzkontrolle


nicht genutzte Wind + PV: 2,0% p.a.

-20.000

0

20.000

40.000

60.000

80.000

100.000


MW

Wind_offshore_MW

Wind_onshore_MW

PV_MW

PSW_Turbine

Wind_offshore

Wind_onshore

PV

Laufwasser

Import

Biomasse

Heizoel_schwer

Heizoel_leicht

Erdgas

Steinkohle

Braunkohle

must_runs

Kernenergie

PSW_Pumpe

Beladung_E_Autos

Stromverbrauch

Bilanzkontrolle


Ergebnis der PowerFlex-Simulation:

Strommarkt mit E-Pkw 2030

Zusätzl. Stromerzeugung für Elektromobilität:

Brennstoffeinsatz & Emissionsfaktoren

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

Leitstudie 2010 Zusätzliche EE Leitstudie 2010 Zusätzliche EE

2020 2030

Stro

me

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gun

g in

TW

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Turbinenstrom

Import

Wind offshore

Wind onshore

Pflanzenöl

Feste Biomasse

Biogas

Heizöl schwer

Heizöl leicht

Kernenergie

Erdgas

Steinkohle

Braunkohle

17 g CO2/kWh

908 g CO2/kWh 0 g CO2/kWh

751 g CO2/kWh


Treibhausgasbilanz 2030 am Beispiel eines

batterieelektrischen Kleinwagens

0

20

40

60

80

100

120

ohnezusätzlicheEE-Anlagen

mitzusätzlichenEE-Anlagen

Benzin-Pkw Elektrofahrzeug

CO

2-Em

issi

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en

[g/k

m]

direkt indirekt

• Vergleich: Emissionssituation im Jahr 2030

• Emissionsfaktor für Elektromobilität:

• Kraftwerkseinsatz für die zusätzlich erzeugte Strommenge ( PowerFlex)

• HIER: keine Betrachtung des deutschen Strommixes!

• Emissionsvergleich zu konventionellem Benzin-Pkw

• Ohne EE-Zubau: +16 %

• Mit EE-Zubau: -97 %


Entwicklung der elektrischen

Gesamtfahrleistung bis zum Jahr 2030

0.0%

0.2%

0.4%

0.6%

0.8%

1.0%

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1.4%

0

1

2

3

4

5

6

7

8

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2010 2015 2020 2025 2030A

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elektrische Jahresfahrleistung

Anteil an Pkw-Gesamtfahrleistung

• Jahresfahrleistung von batterieelektrischen Pkw liegt 40 % unter der Fahrleistung von konventionellen Pkw

• Gewerbliche E-Pkw haben 60 % höhere Fahrleistung als Privat-Pkw

• Die elektrische Gesamtfahrleitung 0,1 % (2020) und 1,2 % (2030) der Pkw-Fahrleistung in Deutschland dar


Effekt von Elektromobilität auf die

Treibhausgasbilanz des Pkw-Bestands 2030

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0.0

0.2

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2020 2030

Dif

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EE-Ausbau gemäß Leitstudie 2010

zusätzliche EE-Anlagen für Elektromobilität

• Darstellung: Vergleich einer Entwicklung ohne und mit Elektromobilität

• Ohne zusätzliche EE-Ausbau würden die jährl. Emissionen um etwa 300 000 t CO2 ansteigen

• Beim zusätzlichen Ausbau von EE-Anlagen können im Jahr 2030 740 000 t CO2 vermieden werden.

• Im Optimalfall würden damit knapp 1 Million Elektrofahrzeuge die Gesamtemissionen des Pkw-Verkehrs in Deutschland um 0,9 % verringern


Fazit

• Batterieelektrische Elektrofahrzeuge können bis 2030 etwa 2 % des Pkw-

Bestands in Deutschland darstellen

• Potenziale im privaten Bereich höher als im gewerblichen angesichts höherer

Bestandszahlen und geringerer Kostensensibilität

• Szenario ohne zusätzlichen EE-Ausbau im Jahr 2030:

• E-Pkw erreichen in etwa das Emissionsniveau von konventionellen

Vergleichsfahrzeugen

• Daher wesentlich: Einen positiven Klimaschutzbeitrag erzielt Elektromobilität

nur bei einem zusätzlichen Ausbau von EE-Anlagen.

• „Überschüssiger“ EE-Strom ist auch im Jahr 2030 in Deutschland bei Weitem

nicht ausreichend um die Stromnachfrage von Elektrofahrzeugen zu decken.

• Lademanagement ist eine Voraussetzung für eine unter Strommarkt- und

Umweltgesichtspunkten vorteilhafte Integration von Elektrofahrzeugen.


Lessons Learned

Inhaltliche Ausrichtung der Folgeaktivitäten

• Betrachtung der Wechselwirkungen von Elektromobilität mit Stromwirtschaft

wird für den Zeitraum nach 2030 an Bedeutung gewinnen – frühzeitige Weichenstellungen notwendig

• Kopplung theoretischer Analysen mit Erkenntnissen aus Flottenversuchen mit

größeren und damit repräsentativeren Stichproben notwendig ( Akzeptanz,

Ladeverhalten, Mobilitätverhalten, Mobilitätskonzept)

• Stärkere Fokussierung auf durch Elektromobilität induzierte Veränderung des

Mobilitätsverhaltens

Wünsche an die Politik

• Förderung aller Praxisversuche Elektromobilität mit wissenschaftlicher Begleitforschung koppeln

• Erhebung von Nutzungsdaten sicherstellen und deren öffentlichen Zugang für

wissenschaftliche Zwecke gewährleisten


Vielen Dank!

Florian Hacker

Bereich Infrastruktur & Unternehmen

Schicklerstraße 5-7

10179 Berlin

[email protected]

www.oeko.de

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Betrachtung der Umweltentlastungspotenziale durch den verstärkten Einsatz von kleinen, batterieelektrischen Fahrzeugen im Rahmen des Projekts „E-Mobility Berlin“