Vortrag von Florian Hacker (Öko-Institut e.V) beim Status-Seminar Elektromobilität Berlin-Brandenburg am 25.10.2011 in Berlin

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.
Status-Seminar Elektromobilität Berlin-Brandenburg, 25.10.2011 20

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