Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 1/35
Zukunftsszenarien der Elektromobilität
Univ.-Prof. Dr. Günther Brauner
TU Wien
11. Symposium Energieinnovationen„Alte Ziele – Neue Wege“
10. bis 12. Februar 2010, Graz
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World Peak Oil 2008 ?
1960 1980 2000 2020 2040
Prod
uktiv
ityG
b/Yr
World peak 2008Middle east
peak 2011
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Fossile Energieträger
• Monopol- bzw. Oligopolbildung• Starke Zunahme des Bedarfs in China, Indien• Geringe Abnahme des Ölbedarfs in Industrieländern• (anlegbarer) Preis entsteht überwiegend ohne
Wettbewerb
• Strategien zur Absicherung der fossilen Energieträger– Nabucco (OMV mit EU-Partnern)– LNG (mit EU-Partnern)– Speicherung (Baumgarten)– eigene Exploration (RAG OMV)– Beteiligung an Kohlekraftwerken in DE, PL, CZ
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Fossiler Energiebedarf in AT [Statistik Austria]
Dienstl.; 10,4%
Landw.; 2,9%
Prod. Bereich; 26,4%
Haushalt; 30,3%
Verkehr; 29,9%
Anteile an Mineralölprodukten
Dienstl.; 3,1%
Landw.; 4,0%
Prod. Bereich; 9,9%
Haushalt; 19,5%Verkehr; 63,5%
fossiler Endenergiebedarf nach Sektoren
Ölbedarf: Verkehr besonders abhängig
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GHG-Emissions in EU-27 (1990=100%)
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Energie-Vision: „point of return“ zur nachhaltigen Energieversorgung durch
Effizienz und Energiesparen erreichen
Nachaltigkeits-Initiative
renewable potential„point of no return“
fossil
Zeit
erneuerbar
Bedarf altEnergie
„point of return“
Effizienz-Initiative
nachhaltigeMobilität
Bedarf neu
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Mögliche Energiestrategie im Bereich der Mobilität
• Minderung des Elektrizitätsbedarfs durch Effizienzsteigerung und Energieeinsparung um 10 % bis 2030
• Einführung der Elektromobilität mit einem hohen Anteil von über 50 % bis 2030
Dies führt zu einer Minderung des Ölbedarfs und der aus dem Verkehr stammenden Emissionen um 50 % bis 2030 !
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Vision: Mobilität
• Megacities der Zukunft• Spezifischer Energiebedarf für Mobilität
– Nahverkehr im suburbanen Bereich– Fernverkehr
• Nachhaltige Mobilität• Ladelogistik und E-Tankstellen
– Nahverkehr E-Vehicle– Fernverkehr E-Vehicle
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Entwicklung der Welt-Siedlungsstrukturen
0
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030
Pop
ulat
ion
in M
illio
ns
urbanrural
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Mega Cities 2007
02468
101214161820
Toky
o-Y
okoh
ama
Mex
iko-
Sta
dt
New
Yor
k
Seo
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Bom
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Sao
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Kal
kutta
Mos
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is
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lin
Wie
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in M
io. 2
007
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Vergleich mit ÖPNV
• Verkehrsaufkommen Strasseje Fahrspur bei 20 km/h und 10 m Abstand 2.000 Fahrzeuge (Personen) je Stunde: 2.000 P/h
• U-Bahn (70% Auslastung, 2 min-Takt): 12.000 P/heine U-Bahnlinie entspricht 6 Fahrspuren (in einer Richtung)
• Straßenbahn, Bus 1.000 – 2.000 P/heine Straßenbahnlinie entspricht 1 Fahrspur
Vollständiger Ersatz des ÖPNV in Wien erfordert etwa 80 Fahrspuren im Zubringerverkehr !
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Kategorien des Verkehrs
Zentrum
suburban
Fernverkehr
Urbaner Nahverkehr
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Mobilität der Zukunft• Zentren der Megacities
– Fußgänger– U-Bahn, Straßenbahn, Bus– Kleine Elektrofahrzeuge (Fahr-Genehmigung)
• Suburbaner Bereich der Megacities und Bundesländer– Kleines E-Fahrzeug oder konventionelles Auto– Bus, Schnellbahn, U-Bahn
• Fernverkehr– konventionelles oder Hybrid-Fahrzeug– Elektrofahrzeug (Batterie-Austausch, Schnellladung)– Hochgeschwindigkeits-Bahn
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Änderung des Mobilitätsverhaltens in Österreich 1971 bis 2001 [ÖSTAT]
0,0%10,0%20,0%30,0%40,0%50,0%60,0%70,0%80,0%
walking
bicyc
leca
r, moto
rbike train
tram, s
ubway bu
s19712001
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Typische Mobilitätsprofile im Individualverkehr
Jahresverteilungsfunktiondes Individualverkehrs
Gegenüberstellung Fahrtenverteilung und Fahrleistungsverteilung
0
20
40
60
80
100
120
0 20 40 60 80 100 120 140Fahrtlängen
Ante
il in
%
kumulierte Fahrtenzahl
kumulierte Fahrleistungen
Quelle: Leitinger, EAEW
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E-smart
Nissan: Nuovo
Pininfarina Honda
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AT-Marktdurchdringung der E-Mobilität (100% = 500 Fahrz./1000 EW)
100% 91%
45%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
2010 2020 2030
VKME-HybridE-Mobil
100% 94%78%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
2010 2020 2030
VKME-HybridE-Mobil
Optimalszenario 20301,2 Mio. E-Mobile1 Mio. Hybrid
Realszenario 20300,4 Mio. E-Mobile0,5 Mio. Hybrid
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Energie Effizienz von Antrieben (tank / battery to wheel)
Motor Antriebseffizienz Mittlere Effizienz(European drive
cycle)
Benzinmotor 25 – 28 % 15 %
Dieselmotor 35 – 37 % 20 %
Elektrischer Antrieb 60 – 80 % 50 %
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Verkehrsträger Energie-Bedarf
kWh/100 km
Sitzplätze Mittlere Auslastung
%
Energie jePassagierkWh / 100
km
Energie je PassagierLiter* / 100
kmFlugzeug
A320-2003.500 150 70 33 3,7
ICE 200 km/h 3.700 700 30 18 2,0Regionalbahn 1.800 500 20 18 2,0U-Bahn 1.900 600 21 15 1,7Bus 360 40 20 45 5,0Pkw fossil 55 4 30 46 5,2Hybrid-Auto 40 4 30 33 3,8Elektrofahrzeug 18 4 30 15 1,7
*) 1 Liter Benzinäquivalent = 8,9 kWh
Energieeffizienz: Tank to Wheel
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Comparison. Diesel-car and E-vehicle (supplied with electricity from CC-power station).
η(CC) = 60%, η(grid) = 95%, η(charging) = 80%. η(total) = 45%,
90
120
150
120
4365
3243
54 61
10 15
020406080
100120140160
Diesel Diesel Diesel CNG 600 E-10kW E-15kW
g CO2 / km
kWh/100km
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Prognose des Ausbaus der Windenergie in EU-27
0
50
100
150
200
250
300
350
1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030
Win
d P
ower
in E
U-2
7 in
GW
EWEA-2006EU-2006IEA-2006
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_____________________________________________________________________________________________________
TU Wien Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft
5MW, 2400h/a
8.000 Fahrzeuge
(10.000 km/a
15 kWh/100 km)
180 m
2MW, 2.000h/a
2.500 E-Fahrzeuge
(10.000 km/a
15 kWh/100 km)
Windenergie
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Entwicklung der Welt-Photovoltaik2008: Installierte Kapazität 10 GW, Fertigungskapazität 12 GW/a
0
20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
120.000
140.000
160.000
1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030
Wel
t-PV
-Inst
alla
tion
in M
W
SilliziumCIS
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Wachstumsraten von Wind und PV in D
Erneuerbare Energien in Deutschland
0
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
3.500
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
jähr
liche
r Zub
au in
MW
Wind
Photovoltaik
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Kaprun: Limberg II Pumpspeicher
Volumina 2 x 80 Mio. m3
äqiv. zu 75.000 MWh
Pump-Turbine 2x240MW
Speicherinhalt entspricht 3,1 Mio. E-Mobilen,
Batterien mit je 24 kWh
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Tendenzen bei den Pumpspeichern: Vom Jahresspeicher zum Wochenspeicher
0
100
200
300
400
500
600
700
0 100 200 300 400 500 600 700
Pump-Leistung in MW
Volu
men
-Ein
satz
stun
den Kaprun OS 112 MW
Limberg II 480 MW
Kaprun OS +
Limberg II
592 MW
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Quelle Wirkungs-grad
Volllast-stunden pro
Jahr
Installierte Leistung je
Elektromobil
Bemerkung
Photovoltaik 12 – 23 % 900 2,5 kW 20 – 25 m2 PV je E-Mobil
Wind 30 – 45 % 2.000 1,0 kW 2 MW Wind für 2.000
E-MobileWasser(Freudenau)
90 – 95 % 4.500 0,5 kW 170 MW Wasserkraft für
350.000 E-M.
GuD-Kraftwerk
58 – 60 % 8.000 0,25 kW 350 MW-Anlage für 1,35
Mio. E-M.
Energiebereitstellung für die E-Mobilität: 10.000 km/aAT: 500 E-Mobile je 1000 Einwohner. 15 % des Strombedarfs
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Modellregion Vorarlberg: VLOTTE (FFG 2009)
• 100 Elektrofahrzeuge bis Ende 2009 durch VKW• Pannenhilfe durch ÖAMTC• Forschungs-Kooperationspartner: TU Wien
– Umfassendes Fahrzeug und Lademonitoring– Szenarien für die Ladelogistik– Energiewirtschaftliche Analyse
• Vorarlberg neben London und Paris derzeit bedeutendste Modellregion der Welt
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Bedarf an Ladesäulen bei Schnellladung heute 2800 Tankstellen in Österreich
Ladezeit 5 min., Aufenthaltszeit an Tankstelle 10 min.
0
2
4
6
8
10
5% 10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
e-car penetration, 5 min. charging time
num
ber o
fl e-
char
ging
co
nnet
ions
per
cha
rgin
g st
atio
n
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Bedarf an Ladesäulen bei 1-h-Ladung heute 2800 Tankstellen in Österreich
Ladezeit 55 min., Aufenthaltszeit 60 min.
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
5% 10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
e-carl penetration, 60 min. charging time
num
ber o
f e-c
harg
ing
conn
ectio
ns p
er c
harg
ing
stat
ion
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Methoden zur Batterieladung
• Laden zu Hause– Vorteil: keine öffentliche Ladesäulen erforderlich– Nachteil: Netzüberlastung am Abend
• Laden zu Hause mit Ladungsmanagement– Vorteil: Netzfreundlich, keine Überlastung– Nachteil: Ladung vorwiegend über Nacht.
• Laden beim Parken– Vorteil: solare Energie möglich, Reduktion der
Abendspitze bei Laden.– Nachteil: öffentliche Ladesysteme und
elektronische Zugangsberechtigung erforderlich.
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Danke für Ihre Aufmerksamkeit!
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