Das Dokument analysiert die Potenziale kleiner, batterieelektrischer Fahrzeuge im Rahmen des Projekts „e-mobility berlin“ und diskutiert deren Umwelteffekte bis 2030, einschließlich Marktbedingungen, Nutzerakzeptanz sowie Wechselwirkungen mit der Energieversorgung. Es zeigt auf, dass bis 2030 etwa 2 % des PKW-Bestands batterieelektrisch sein könnten, wobei besonders der Ausbau erneuerbarer Energien entscheidend für die Emissionsreduzierung ist. Zudem wird betont, dass ein effektives Lademanagement erforderlich ist, um die Integration von Elektrofahrzeugen in den Strommarkt umweltfreundlich zu gestalten.

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. 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
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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
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4. Begleitforschung E-Mobility – Modellkonzept
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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
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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
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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)
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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
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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%
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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
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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
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12. Interaktion Elektromobilität & Strommarkt:
Das Strommarktmodell PowerFlex
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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
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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. 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. 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
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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
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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
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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
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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.
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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
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22. Vielen Dank!
Florian Hacker
Bereich Infrastruktur & Unternehmen
Schicklerstraße 5-7
10179 Berlin
f.hacker@oeko.de
www.oeko.de