ELEKTRA - Entwicklung von Szenarien der Verbreitung von PKW mit teil- und voll-elektrifiziertem Antriebsstrang

 
 
Contact:Maximilian Kloess
Project Team:Reinhard Haas, Maximilian Kloess, Andreas Müller
 
Begin:
Jul 2008
Duration:
12 months
Status:
finished
 
 
 
 
Further Project information:
PDF File
(164 kb)
 

Kurzfassung

Hohe Schadstoff- und Triebhausgasemissionen, sowie die Abhängigkeit von importierten fossilen Energieträgern sind die zentralen Probleme mit denen der Straßenverkehr heute konfrontiert ist. Verschärfend wirkt sich in diesem Zusammenhang die geringe Energieeffizienz der Fahrzeugantriebe aus.

Als geeigneter Ansatz um diesen Problemen zu begegnen wird heute die Elektrifizierung der Fahrzeugantriebe gesehen. Zum einen kann dadurch die Effizienz der Fahrzeuge signifikant erhöht werden, zum anderen kann durch die Nutzung von Strom die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern reduziert werden.
Ziel dieses Projektes ist es Antriebsysteme für PKW mit unterschiedlichem Grad der Elektrifizierung aus technischer, ökologischer und ökonomischer Sicht zu analysieren.

Folgende Antriebsysteme werden dabei untersucht:


  • Verbrennungsantriebe
  • Micro Hybride
  • Mild Hybride
  • Voll Hybride
  • Plug-In Hybride
  • Serielle Hybride
  • Elektrofahrzeuge
  • Brennstoffzellen-Plug-In Hybride

Weiters soll untersucht werden, unter welchen Rahmenbedingungen und in welchem Zeitraum eine Einführung elektrischer Antriebsysteme möglich ist und wie sich eine Verbreitung elektrischer Antriebe auf die Treibhausgasemissionen und den Energieverbrauch des PKW Sektors auswirkt.

Dazu wird in vier Szenarien der Einfluss der folgenden Parameter analysiert:

  • mögliche Entwicklungen des Energiepreisniveaus (Niedrig- und Hochpreisszenario);
  • technische Effizienzsteigerungen und Kostenreduktionen spezifischer Technologien;
  • Veränderungen der politischen Rahmenbedingungen (Steuern, Subventionen…);
  • Einsatz unterschiedlicher Stromerzeugungstechnologien

Die wichtigsten Schlussfolgerungen dieser Analyse sind:

Markt- & Bestandsdurchdringung:

Die Marktdurchdringung von Micro- und Mildhybriden ist recht robust. In allen Szenarien bilden diese Antriebe mittelfristig den Kern der Fahrzeugflotte.

Die Verbreitung elektrischer Antriebsysteme (Plug-In-Hybride, Serielle Hybride, Elektrofahrzeuge) hängt vor allem von den politischen Rahmenbedingungen ab. Nur durch geeignete Steuerliche Eingriffe können die Voraussetzungen geschaffen werden unter denen elektrische Antriebe mit konventionellen konkurrieren können. Selbst wenn bald hohe Marktanteile erreicht werden, dauert es aufgrund der trägen Erneuerung der Flotte zumindest zwei Jahrzehnte bis elektrische Antriebe eine kritische Masse im Fahrzeugbestand erreichen.

Strombedarf:

Durch Plug-In-Hybride und Elektrofahrzeuge ergibt sich im PKW Sektor bis 2050 ein zusätzlicher Strombedarf von 9,2TWh. Im gleichen Zeitraum sinkt der Bedarf an Benzin, Diesel und Erdgas um über 80% auf 6,1TWh.

Gemessen am heutigen Stromverbrauch in Österreich (Stand 2008) würde dies eine Steigerung von 14,5% bis 2050 bedeuten. Die daraus resultierenden Steigerungsraten des Verbrauchs liegen dabei stets unter 1%. Bis 2020 ist die Verbrauchsteigerung aufgrund der geringen Verbreitung der Fahrzeuge sogar vernachlässigbar.

Treibhausgasemissionen:

Durch elektrische Antriebe können die Treibhausgasemissionen im PKW Sektor stark reduziert werden. Selbst wenn der resultierende Zuwachs des Stromverbrauchs in Österreich bis 2050 vorwiegend durch fossile Quellen gedeckt würde, ergäbe sich trotzdem eine Reduktion von 50%. Bei Erneuerbarer Erzeugung ist sogar eine Reduktion um 70% möglich. Bei ergänzendem Einsatz von Biokraftstoffen sind sogar bis zu 80% Einsparung gegenüber 2010 möglich.

Abstract

High emissions of pollutants and greenhouse gases as well as high dependence on imported fossil fuels are the major problems the passenger vehicle sector has to face today.

Another problem is the low efficiency of passenger vehicles today.

Electrification of vehicle powertrain systems is therefore seen as suitable approach to face these problems. On the one hand efficiency of vehicles can be increased significantly, on the other hand the use of electricity as energy carrier can reduce the dependence to fossil energy sources.

The main objective of this project is to analyse powertrain systems with different degrees of electrification from a technical, ecological and economical point of view.

The following powertrain systems were analysed:


  • internal combustion engine
  • micro hybrids
  • mild hybrids
  • full hybrids
  • plug-in hybrids
  • serial hybrids
  • electric vehicles
  • fuel cell plug-in-hybrids

Furthermore the necessary framework conditions and the time frame for large scale introduction of electric vehicles will be analysed, as well as the effects of their diffusion on the energy demand and the greenhouse gas emissions of the sector.

Therefore the effects of the following four parameters were analysed:

  • possible development of energy prices (low and high price scenario)
  • improvement of technologies in terms of efficiency and costs
  • changing political framework conditions (taxes, subsidies…);
  • different electricity sources

The main conclusions of this analysis are:

Market share and stock penetration:

The market shares of micro- and mild-hybrids are increasing in all scenarios. This development can be seen as robust and those technologies are therefore likely to become the core of the vehicle fleet in a mid term.

The diffusion of plug-in-hybrids and electric vehicles highly depends on the political framework conditions. Only political intervention can create the conditions that are necessary to make them competitive.

Due to the slow replacement of vehicles within the fleet it will take them at least two decades to reach a critical mass within the entire vehicle stock even if they reach high market shares soon.


Energy demand:

The use of electric vehicles causes an additional electricity demand of about 9,2TWh up to 2050

Taking today’s electricity consumption in Austria (state 2008) this would meen an increase by 14,5% up to 2050. The resulting yearly growth rate however would remain below 1%. From 2010 to 2020, due to the small diffusion of electric vehicles, the growth would even be negligible.

Within the same time frame the demand of gasoline, diesel and CNG decreases to 6,1TWh which is a reduction of more than 80%.


Greenhouse gas emissions:

The greenhouse gas emissions of the passenger vehicle sector can be reduced significantly by the use of electric vehicles. Even if the increase in electricity demand in Austria would mainly be covered by fossil sources, greenhouse gas emissions would still be reduced by 50%. If renewable electricity sources are used a reduction by 70% is possible. If the remaining demand of liquid and gaseous fuels would be covered by biofuels a reduction of up to 80% to the state of 2010 is possible.

 

 
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last update downloads: 2009-11-24

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