Elektromobilität

• Mobilität

  • Veränderte Infrastruktur

  • Neue Bewegubgsformen -> verändertes Nutzverhalten

  • Neue Transportformen (z.B. E-LKW, E-Transportfahrräder)

• Stromversorgung/Netze

  • Neue Lastprofile

  • Erhöhter Strombedarf

  • Netzausbau erforderlich

  • Neue Ladeinfrastruktur erforderlich (DC-Ladeinfrastruktur)

  • Sowohl veränderte Belastung als auch Entlastung im Verteilnetz

  • Regelenergiekapazitäten (Regelenergieprovider -> Cloud)

• Energiespeicherung

  • Neuer Massenmarkt für Batterien (Ausbau der Kapazitäten)

  • Forschung und Entwicklung schreiten voran -> erhöhte Qualität und sinkende Kosten

  • Zusätzliche Speicherkapazitäten / Flexibilitätsoption im Energiemarkt

• Verknappung fossiler Brennstoffe, steigende Ölpreise

• CO2 Zielung, Schadstoffimmissionen

• Wachstum in Schwellen- und Entwicklungsländern

• Komfort – Design – Coolness als Antriebsfaktoren

• Beispiel Zembo

• Fahrzeugtypen:

  • Zweiräder: Pedelecs (5km tägliche Strecke)

  • Private PKW: (70 % unter 35 km → max. Reichweite ca. 150km)

  • ÖPNV: Busse (Umläufe 40 km → 500 Km pro Tag)

  • KEP-Dienste: DHL-Fahrzeuge (ca.100 km pro Tag)

  • LKW: Müllwagen (sehr kurze Strecken)

• Grenzen:

  • Zu geringe Reichweiten

  • Störung des Stadtbildes durch Oberleitungen

  • Nicht die beste Möglichkeit (Brennstoffzellen sind für LKW beispielsweise sinnvoller)

• Range Extender (Notstromaggregat)

  • Aggregat mit Verbrennungsmotor als Generator → wie ein Moped-Motor (leicht & kompakt)

  • 20 PS, wenig Gewicht, minimaler Spritverbrauch

  • Reichweiten um bis zu 250km größer

• CO2 freie Alternative: Brennstoffzelle (Wasserstoff)

• Design-Kriterien:

  • Robustheit – Anfälligkeit ggü. Mechanischer Belastung

  • Sicherheit – Können Bestandteile des Elektrolyts nach außen diffundieren?

  • Kosten der Herstellung, der Materialien

  • Wärmeentwicklung - Wie aufwendig ist die Kühlung?

  • Integration ins Fahrzeug

  • Gewicht und Volumen

• Bedeutung Energie und Leistung

  • Energie (Wh): Maß der Nutzungsdauer bzw. der Reichweite

  • Leistung (W): Maß für Schnellladefähigkeit, relevant für die Fahrdynamik (maximale Geschwindigkeit und Beschleunigung)

    → Bisher keine Batterien

• Starterbatterien oder Autobatterien

  • Liefern Strom für den Startvorgang und den Anlasser

  • Im Krisenfall Energie zur Notbeleuchtung

  • Versorgt Abnehmer im Standbetrieb (Uhr, Radio etc.) mit Energie

  • Auch bei tiefen Temperaturen → Kaltstartstrom (Cold Cranking Ampere CCA)

  • Lichtmaschine lädt Starterbatterie im Betrieb wieder auf

• Traktionsbatterien:

  • sind in Eigenschaften und Konstruktion für die Anforderungen im Antrieb von Elektrofahrzeugen konzipiert (höhere zyklische Belastung)

  • unterliegen besonderen Sicherheitsstandards und besonderen Regeln für Be- und Entladung (Panzerung und Kühlsystem)

  • Batteriemanagementsystem (BMS) zur Sicherheit z.B. Überwachung der Temperatur, des Stroms, der Spannung sowie Steuerung des Be- und Entladevorgangs

  • Zusätzlich oft weiterer Akkumulator der den Bordcomputer versorgt

• Erforderliche Lebensdauer: 8-12 Jahre, Industrie fordert Six-Sigma-Level (3,4 Defekte pro 1millionen Anwendungen für 10 Jahre)

• Handybatterie hat geringere Lebensdauer und geht wesentlich häufiger kaputt

• Technische Probleme: Insbesondere in Bezug auf die Ladeinfrastruktur

  • hohe Ladebelastung

  • variierende örtliche Netzkapazitäten

  • Platzprobleme (nicht überall kann eine Ladesäule errichtet werden, kein Platz im bestehenden Netz)

  • fehlende Kompatibilität (keine einheitlichen Stromtankstellen und Ladeverfahren)

  • Wer muss den Aufbau übernehmen? (Energieversorger)

• Wirtschaftliche Probleme:

  • Startprobleme (Henne-Ei)

  • Abrechnungssystem

  • Wirtschaftlichkeit

  • Kostenverteilung

  • Batterie → Verkauf oder Leasing?

• Platzprobleme, fehlende Kompatibilität, hohe Ladebelastung etc.

• Netzüberlastung (alle wollen zeitgleich Laden)

• Schwarmspeicher: Speicher aus vielen kleinen Anlagen → Kombination kleiner Speicher (Bspw. E-Autos und PV-Heimspeicher) zu einem großen virtuellen Speicher

• Probleme:

  • Ansteuerung: Schwierig zu realisieren da sehr dezentral

  • Erheblicher Kommunikationsaufwand zwischen Schwarmbetreiber und Speichereigentümer

  • Frage der Haftung

  • Vermarktung von Regelenergie → nachts geringer RE-Bedarf

  • Bisher nicht lohnenswert, da hoher Batterieverschleiß

• Pläne für Entwicklung der Anzahl Elektrofahrzeuge

  • 2020: ca. 1 Mio. EFZ (2030: über 5 Mio. EFZ, 2050: nahezu ohne fossile Brennstoffe)

• Speicherkapazität der Elektrofahrzeuge im Jahr 2020 bei Bereitstellung der halben Speicherkapazität der Fahrzeuge zur Energiespeicherung:

  • 1 MIo. Fahrzeuge à 30kWh → bei 50%: jeweils 15kWh

  • Speicherkapazität: ESK = 1.000.000 * 15 kWh = 15.000.000 kWh

• Speicherkapazität, wenn alle deutschen PKW Elektrofahrzeuge wären:

• PKWS in Deutschland: 43 – 45 MIo.

• 45 Mio. à 50 kWh → ESK = 45.000.000 * 50 kWh = 2.250.000.000 kWh = 2.250 GWh