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

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

  1. 1. 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
  2. 2. 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
  3. 3. 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 Status-Seminar Elektromobilität Berlin-Brandenburg, 25.10.2011 3
  4. 4. Begleitforschung E-Mobility – Modellkonzept Status-Seminar Elektromobilität Berlin-Brandenburg, 25.10.2011 4
  5. 5. 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 Status-Seminar Elektromobilität Berlin-Brandenburg, 25.10.2011 5
  6. 6. Maximalpotenzial Elektrofahrzeuge PRIVAT (inklusive Dienstwagen) • Grundlage der mittel Potenzialbestimmung: Analyse von 28 Einsatzprofilen (MiD 2008) Millionen klein 24 mini • Privat-Pkw stellen etwa 95 % des Pkw-Bestands 20 • 24 Mio. Pkw gehören den 16 geeigneten KBA-Segmenten „mini“ bis „kompakt“ an 12 • Limitierender Faktor für das 8 Maximalpotenzial sind unregelmäßige lange Fahrten 4 (Annahme: max. 8 Nutzungs- konflikte werden pro Jahr toleriert) 0 geeignete Potenzial Potenzial • Maximalpotenzial: etwa 3,2 Mio. Segmente 2020 2030 batterieelektrische Pkw Status-Seminar Elektromobilität Berlin-Brandenburg, 25.10.2011 6
  7. 7. Maximalpotenzial Elektrofahrzeuge GEWERBLICH • Grundlage der Potenzialbestimmung: kompakt Analyse von Einsatzprofilen (KiD 1.5 2002) Millionen klein mini • Gewerbliche Flottenfahrzeuge stellen etwa 5 % des Pkw-Bestands 1.0 • 1,3 Mio. Pkw sind aufgrund ihrer Größenklasse grundsätzlich für den Einsatz von E-Pkw geeignet 0.5 • Die alltägliche Nutzung stellt im Regelfall eine geringe Restriktion dar • Fahrzeugpool erhöht Flexibilität im Fahrzeugeinsatz 0.0 geeignete Potenzial Potenzial Segmente 2020 2030 • Maximalpotenzial: etwa 1 Mio. batterieelektrische Fahrzeuge (2030) Status-Seminar Elektromobilität Berlin-Brandenburg, 25.10.2011 7
  8. 8. Akzeptanz Elektromobilität GEWERBLICH: Ergebnis der Unternehmensbefragung • Im Rahmen der Begleitforschung wurde eine Unternehmensbefragung 40% zu Akzeptanz / Attraktivität von Elektrofahrzeugen in gewerblichen Flotten durchgeführt 30% • Über 100 Fragebögen versendet, Rücklauf von mehr als 30 20% Unternehmen 10% • Ergebnis: • Gesamtkosten (TCO) weiterhin wichtigstes Kriterium bei 0% Fahrzeugbeschaffung • Umwelteigenschaften gewinnen an Bedeutung • Die Mehrheit der Unternehmen ist bereit für E-Pkw Zusatzkosten TCO-Aufschlag in Kauf zu nehmen Status-Seminar Elektromobilität Berlin-Brandenburg, 25.10.2011 8
  9. 9. Akzeptanz Elektromobilität GEWERBLICH: Ergebnis der TCO-Modellierung 75% TCO-Aufschlag Elektrogahrzeug 50% 2010 2020 25% 2030 0% mini klein kompakt mini klein kompakt Vergleich zu Otto-Pkw Vergleich zu Diesel-Pkw -25% Status-Seminar Elektromobilität Berlin-Brandenburg, 25.10.2011 9
  10. 10. Akzeptanz Elektromobilität GEWERBLICH: Gesamtergebnis 100% 100% 80% 66% Akzeptanz Elektrofahrzeug 60% 49% 2010 2020 2030 40% 21% 20% 4% 0% 0% 3% 0% 0% mini klein kompakt Status-Seminar Elektromobilität Berlin-Brandenburg, 25.10.2011 10
  11. 11. Marktszenario Elektromobilität 1,000 Tausende • Das Marktpotenzial kombiniert 900 Maximalpotenzial und Akzeptanz für 800 die private und gewerbliche Anwendung Anzahl Elektrofahrzeuge 700 600 • Pkw-Neuzulassungen werden in Jahresschritten bestimmt und der 500 Pkw-Bestand dynamisch dargestellt 400 • Bestand batterieelektrische Pkw: 300 • 77 000 Pkw in 2020 200 • 920 000 Pkw in 2030 100 • Batterieelektrische Pkw stellen im 0 Jahr 2030 etwa 2,2 % des Gesamt- 2010 2015 2020 2025 2030 bestands dar privat gewerblich Status-Seminar Elektromobilität Berlin-Brandenburg, 25.10.2011 11
  12. 12. Interaktion Elektromobilität & Strommarkt: Das Strommarktmodell PowerFlex Status-Seminar Elektromobilität Berlin-Brandenburg, 25.10.2011 12
  13. 13. 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 Status-Seminar Elektromobilität Berlin-Brandenburg, 25.10.2011 13
  14. 14. Ergebnis der PowerFlex-Simulation: Strommarkt ohne E-Pkw 2030 100.000 100.000 Wind_offshore_MW Wind_offshore_MW nicht genutzte Wind + PV: 3,1% p.a. Wind_onshore_MW Wind_onshore_MW PV_MW PV_MW 80.000 PSW_Turbine PSW_Turbine 80.000 Wind_offshore Wind_offshore Wind_onshore Wind_onshore PV 60.000 PV Laufwasser 60.000 Import Laufwasser Biomasse Import Heizoel_schwer MW 40.000 Biomasse Heizoel_leicht MW 40.000 Heizoel_schwer Erdgas Steinkohle Heizoel_leicht 20.000 Braunkohle Erdgas must_runs Steinkohle Kernenergie 20.000 Braunkohle PSW_Pumpe 0 Beladung_E_Autos must_runs Stromverbrauch Kernenergie Bilanzkontrolle 0 PSW_Pumpe thermische_KW_und_must_runs -20.000 Beladung_E_Autos 5. Okt. 6. Okt. 7. Okt. 8. Okt. 9. Okt. 10. Okt. 11. Okt. Stromverbrauch Bilanzkontrolle -20.000 5. Okt. 6. Okt. 7. Okt. 8. Okt. 9. Okt. 10. Okt. 11. Okt. thermische_KW_und_must_runs
  15. 15. Ergebnis der PowerFlex-Simulation: Strommarkt mit E-Pkw 2030 100.000 100.000 Wind_offshore_MW Wind_offshore_MW nicht genutzte Wind + PV: 2,0% p.a. Wind_onshore_MW Wind_onshore_MW PV_MW PV_MW 80.000 PSW_Turbine PSW_Turbine 80.000 Wind_offshore Wind_offshore Wind_onshore Wind_onshore PV 60.000 Laufwasser PV 60.000 Import Laufwasser Biomasse Import Heizoel_schwer MW 40.000 Biomasse Heizoel_leicht MW Erdgas 40.000 Heizoel_schwer Steinkohle Heizoel_leicht 20.000 Braunkohle Erdgas must_runs Steinkohle Kernenergie 20.000 PSW_Pumpe Braunkohle 0 Beladung_E_Autos must_runs Stromverbrauch Kernenergie Bilanzkontrolle 0 PSW_Pumpe thermische_KW_und_must_runs -20.000 5. Okt. 6. Okt. 7. Okt. 8. Okt. 9. Okt. 10. Okt. 11. Okt. Beladung_E_Autos Stromverbrauch Bilanzkontrolle -20.000 5. Okt. 6. Okt. 7. Okt. 8. Okt. 9. Okt. 10. Okt. 11. Okt. thermische_KW_und_must_runs
  16. 16. Zusätzl. Stromerzeugung für Elektromobilität: Brennstoffeinsatz & Emissionsfaktoren 14 751 g CO2/kWh 17 g CO2/kWh Turbinenstrom 12 Import 10 Wind offshore Wind onshore Stromerzeugung in TWh 8 Pflanzenöl 6 Feste Biomasse Biogas 4 908 g CO2/kWh 0 g CO2/kWh Heizöl schwer 2 Heizöl leicht Kernenergie 0 Erdgas -2 Steinkohle Leitstudie 2010 Zusätzliche EE Leitstudie 2010 Zusätzliche EE Braunkohle 2020 2030 Status-Seminar Elektromobilität Berlin-Brandenburg, 25.10.2011 16
  17. 17. Treibhausgasbilanz 2030 am Beispiel eines batterieelektrischen Kleinwagens • Vergleich: Emissionssituation im 120 Jahr 2030 CO2-Emissionen [g/km] 100 • Emissionsfaktor für Elektromobilität: 80 • Kraftwerkseinsatz für die zusätzlich erzeugte 60 Strommenge ( PowerFlex) 40 • HIER: keine Betrachtung des deutschen Strommixes! 20 0 • Emissionsvergleich zu ohne mit konventionellem Benzin-Pkw zusätzliche zusätzlichen • Ohne EE-Zubau: +16 % EE-Anlagen EE-Anlagen • Mit EE-Zubau: -97 % Benzin-Pkw Elektrofahrzeug direkt indirekt Status-Seminar Elektromobilität Berlin-Brandenburg, 25.10.2011 17
  18. 18. Entwicklung der elektrischen Gesamtfahrleistung bis zum Jahr 2030 9 1.4% Milliarden 8 • Jahresfahrleistung von 1.2% batterieelektrischen Pkw liegt 40 % unter der Anteil an Pkw-Gesamtfahrleistung 7 1.0% Fahrleistung von 6 konventionellen Pkw Jahresfahrleistung [km] 5 0.8% • Gewerbliche E-Pkw haben 4 60 % höhere Fahrleistung 0.6% als Privat-Pkw 3 0.4% 2 • Die elektrische Gesamtfahrleitung 0,1 % 0.2% (2020) und 1,2 % (2030) der 1 Pkw-Fahrleistung in 0 0.0% Deutschland dar 2010 2015 2020 2025 2030 elektrische Jahresfahrleistung Anteil an Pkw-Gesamtfahrleistung Status-Seminar Elektromobilität Berlin-Brandenburg, 25.10.2011 18
  19. 19. Effekt von Elektromobilität auf die Treibhausgasbilanz des Pkw-Bestands 2030 0.4 • Darstellung: Vergleich einer Millionen Entwicklung ohne und mit Differenz der jährl. CO2-Emissionen [t/a] 0.2 Elektromobilität • Ohne zusätzliche EE-Ausbau 0.0 würden die jährl. Emissionen um 2020 2030 etwa 300 000 t CO2 ansteigen -0.2 • Beim zusätzlichen Ausbau von EE- Anlagen können im Jahr 2030 -0.4 740 000 t CO2 vermieden werden. -0.6 • Im Optimalfall würden damit knapp 1 Million Elektrofahrzeuge die Gesamtemissionen des Pkw- -0.8 Verkehrs in Deutschland um 0,9 % verringern EE-Ausbau gemäß Leitstudie 2010 zusätzliche EE-Anlagen für Elektromobilität Status-Seminar Elektromobilität Berlin-Brandenburg, 25.10.2011 19
  20. 20. 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. Status-Seminar Elektromobilität Berlin-Brandenburg, 25.10.2011 20
  21. 21. 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 Status-Seminar Elektromobilität Berlin-Brandenburg, 25.10.2011 21
  22. 22. Vielen Dank! Florian Hacker Bereich Infrastruktur & Unternehmen Schicklerstraße 5-7 10179 Berlin f.hacker@oeko.de www.oeko.de

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