Mittwoch, 17. Juli 2019
Ladeinfrastruktur  bis 2030

E-Mobilität: Kosten nicht Energie sind das Problem

E-Technik |Dominik Schebach | 08.07.2019 | | 2  
(© Institut für Fahrzeugantriebe und Automobiltechnik, TU Wien) Die Elektromobilität gewinnt zunehmend an Bedeutung. In einer neuen Studie des Instituts für Fahrzeugantriebe und Automobiltechnik der TU Wien wurde deswegen der Bedarf an Ladestellen und deren Auswirkungen auf das Stromnetz ermittelt. Fazit: Es zeigte sich das zwar der Ausbau der notwendigen Ladeinfrastruktur recht teuer wird, der zusätzliche Energiebedarf für das Stromnetz aber kein Problem  darstellen sollte.

Je mehr batteriebetriebene Fahrzeuge auf Österreichs Straßen unterwegs sind, desto drängender wird das Problem. E-Fahrzeuge benötigen die Möglichkeit, vielerorts möglichst schnell und unkompliziert laden zu können. Die Bereitstellung der dafür benötigten Ladeinfrastruktur ist bei höherer Verbreitung von batteriebetriebenen Fahrzeugen eine große Herausforderung. In einer neuen Studie des Instituts für Fahrzeugantriebe und Automobiltechnik der TU Wien wurde deswegen der Bedarf an Ladestellen, Ladeleistung und Energie durch Elektrofahrzeuge ermittelt. Zusätzlich wurden die Auswirkungen auf das lokale Verteilernetz untersucht und die Errichtungskosten der Ladeinfrastruktur abgeschätzt.

Szenario

Für ihre Studie gingen die Forscher der TU Wien davon aus, dass bei 2030 der Anteil der neuzugelassenen batterieelektrischen Fahrzeuge (BEV) beim PKW auf 26 % und beim leichten Nutzfahrzeug (LNF) auf 16 % steigt. Für den Fahrzeugbestand auf der Straße im Jahr 2030 bedeutet das einen Stromer-Anteil von 11 % beim PKW und 6,5 % beim LNF. In absoluten Zahlen würde die 590.000 vollelektrischen PKW und 33.000 LNF (bei einem Gesamtbestand von mehr als fünf Millionen Fahrzeugen) entsprechen. Damit diese Fahrzeuge geladen werden können, werden bis 2030 österreichweit 857.000 Ladestellen benötigt, davon allein 154.000 in Wien. Die dafür benötigten Errichtungskosten werden mit rund 6,1 Mrd. Euro abgeschätzt, davon 2,1 Mrd. in Wien.

Verbrauch

Die Untersuchung des zusätzlichen elektrischen Leistungs- und Energiebedarfs durch Elektrofahrzeuge wurde basierend auf dem Mobilitätsverhalten österreichischer PKW-Nutzer und realitätsnahen Verbräuchen bei verschiedenen Temperaturen berechnet. Dabei zeigte sich, dass 94 % der Fahrten kürzer als 50 km sind. Für den Energieverbrauch ergeben sich damit im Jahresmittel inkl. Ladeverluste beim PKW 25,6 kWh/100km und beim LNF 55 kWh/100km. Daraus errechnet sich ein zusätzlicher Energiebedarf von 2,2 TWh im Jahr 2030, was 3,2 % des derzeitigen Energiebedarfs entspricht. Die Spitzenleistung, die von ladenden E-Fahrzeugen benötigt wird, liegt bei 11 % des derzeitigen Leistungsbedarfs und beträgt rund 1,1 GW. Der zusätzliche Aufwand in der Energieversorgung bis 2030 ist daher aufgrund der noch niedrigen Anzahl an E-Fahrzeugen gering. – Anders sieht die Situation aus, wenn 100% der Fahrzeuge mit Strom betrieben werden. Dann ergibt sich laut TU-Forschern ein beträchtlicher Mehrbedarf an Energie (+28 %; 20 TWh) und Leistung (+93 %; 9,4 GW), welcher im Idealfall regenerativ erzeugt werden muss.

Die Grenzen der Netze

Geht man von den zuvor erstellten Szenarien aus, so erwarten sich die Forscher der TU Wien durch die Ladung der E-Fahrzeuge nur eine moderate zusätzliche Belastung der lokalen Verteilernetze. Dazu haben sie drei unterschiedliche Netzmodelle (ländlich, klein- und großstädtisch)unter die Lupe genommen. Die Untersuchung der Verteilernetzmodelle zeigte, dass sich bis 2030 hinsichtlich Betriebsmittelauslastung (Transformator, Leitungen) und Aufrechterhaltung der benötigten Spannung keine Probleme ergeben sollten. Nur in ungünstigen Fällen (alte oder bereits jetzt stark belastete Netze) und aufgrund der langen Planungsphasen im Netzausbau (ca. 30 Jahre) kann der Beginn von Netzerweiterungen bereits vor 2030 liegen. Die jeweiligen Leistungsgrenzen der betrachteten Verteilernetze erwarten die Forscher übrigens bei einem Bestand von 30% E-PKW  & 18% E-LNF im ländlichen Bereich, bei 56 % & 33 %  im kleinstädtischen bzw. 48 % & 28 % großstädtischen Versorgungsgebieten.

Kommentare (2)

  1. Mich interessieren hier im Wesentlichen 2 Punkte.

    1) Wie kommt man auf einen Wert von PKW 25,6 kWh/100km? Wurde hier mal wieder ein Tesla S oder X mit einem Autobahnverbrauch bei 140km/h zu Grunde gelegt. Eine Zoe verbraucht im Schnitt 13kWh / 100km und mein Ioniq ca. 12kWh / 100km. Die Netzverluste betragen in Europa ca. 6% und die Ladeverluste je nach Hersteller um die 15-20%. Rechnen wir also 25% an Ladeverlusten, insgesamt komme ich auf 16kWh / 100km bei einem Ioniq.
    2) Laut der Studie kommt man auf einen Mehrbedarf von 26% an Energie und 93% an Leistung. Wie kann es sein, dass bei einem Mehrbedarf an Energie von 26% eine Leistungserhöhung von 96% zu erwarten ist? Geht man davon aus, dass alle auf einmal laden?

    1. 1) Laut eigenen Angaben der Studienautoren:
      Ausgehend von der Bestandsentwicklung und dem detaillierten Mobilitätsverhalten der österreichischen PKW-Nutzer, werden der Leistungsgang sowie die Gleichzeitigkeit der Ladenutzung berechnet. Dabei werden unter anderem der Verbrauch und die Umgebungstemperatur berücksichtigt. Zusätzlich wird nach Ort (Bundesland/Stadt), Jahreszeit, Wochentag, Erwerbsstatus des Fahrers, Zweck der Fahrt sowie Fahrtziel differenziert. Der daraus resultierende Leistungsgang und die Gleichzeitigkeit liefern die benötigte Leistung, Energie und Anzahl der Ladestellen. Es werden die Auswirkungen auf das lokale Verteilernetz in verschiedenen Modellen (ländlich, klein- und großstädtisch) untersucht. Anschließend werden die Kosten für die Errichtung der benötigten Ladestellen abgeschätzt.

      Sprich, die Studienautoren haben aus der gegenwärtigen Entwicklung auf den zukünftigen Bestand bei Elektrofahrzeugen geschlossen – vom Nissan Leaf bis zum Tesla S, vom kleinen Zweisitzer bis zum leichten Transporter. Dabei sind sie von einem weitgehend unveränderten Mobilitätsverhalten ausgegangen.

      2) Das zweite Szenario geht von einem Bestand von 100% Elektrofahrzeugen aus – Dazu haben die Studienautoren ein Modell für die „Gleichzeitigkeit“ der benötigten Ladeleistung entwickelt, das sich ebenfalls am bestehenden Mobilitätsverhalten der Österreicher (Pendeln, Liefertätigkeit, Zielfahrten usw) orientiert.

      Die gesamte Studie kann man hier https://oevk.at/fileadmin/Media/Saison_2018_19/Ladeinfrastruktur_fuer_Elektrofahrzeuge.pdf nachlesen.

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