Potenziale der Elektromobilität in ÖsterreichPotenziale der Elektromobilität in Österreich – Modellbasierte Szenarien 2010‐2050
Dipl.‐Ing. Maximilian KloessDipl.‐Ing. Andreas MüllerProf. Dr Reinhard Haas
Institut für elektrische Anlagen und Energiewirtschaft – TU Wien
11.Symposium Energieinnnovation KLOESS – TU Wien, EEG
Projekt:
Entwicklung von Szenarien der Verbreitung von PKW mit teil‐ und voll‐elektrifiziertem Antriebsstrang unter verschiedenen politischen
Rahmenbedingungen
ELEKTRAELEKTRA
l h lA3plus‐Technologieprogramm
"Alternative Antriebssysteme und Treibstoffe"
Projektpartner: Joanneum Research Forschungsgesellschaft mbH j p g g
AVL List GmbH
11.Symposium Energieinnnovation KLOESS – TU Wien, EEG
ELEKTRA‐Projekt: Ziele• Abschätzungen der Entwicklung von Energieeffizienz, Kosten und
Treibhausgasemissionen für Fahrzeuge mit teil‐ und voll elektrifiziertem Antrieb
• Analyse, wann, unter welchen energiepolitischen, technischen und wirtschaftlichen Bedingungen und in welchem Ausmaß elektrische g gAntriebssysteme für PKW in Österreich relevant werden
• Darstellung und Diskussion anhand modellbasierter Szenarien
Arbeitsschwerpunkte:
Technische Analyse:Wirkungsgrade/Kraftstoffverbrauch 2010 – 2050 (AVL List)Technische Analyse: Wirkungsgrade/Kraftstoffverbrauch 2010 2050 (AVL List)
Ökologische Analyse: Kumulierter Energieverbrauch & Treibhausgasemissionen 2010‐2050, Life‐Cycle Analyse (Joanneum Research)
Wirtschaftliche Analyse: Kostenabschätzung 2010‐2050, Modellbasierte Szenarien, (TU Wien, EEG)
11.Symposium Energieinnnovation KLOESS – TU Wien, EEG
• Methodik des Modells• Wirtschaftlichkeit der Antriebsystemey
– Investitionskosten– Kraftstoffkosten– Steuerliche RahmenbedingungenSteuerliche Rahmenbedingungen– Gesamtkosten
• Szenarien 2010‐2050– Lerneffekte bei Technologien– Energiepreisentwicklung– Änderungen der steuerlichen Rahmenbedingungen
• Ergebnisse – Markt‐ und Bestandsdurchdringung 2010‐2050– Energieverbrauch 2010‐2050Energieverbrauch 2010 2050– Treibhausgasemissionen 2010‐2050
• Schlussfolgerungen
11.Symposium Energieinnnovation KLOESS – TU Wien, EEG
Methodik der Modellierung
Net costs of vehicles:3 vehicle classes8 propulsion systems
cost of component 1
earn
ing Bottom-Up-Fleet Model
Vehicle-Technology - Model
GHG emissions p p y
cost of component nglob
al le
M k t Sh
Investment costs €/km:•Acquisition costs•Vehicle life time•Interes levelKil t d i b
Biofuel Blending
Energy Consumption & Fuel Mix
Market Shares
Political Framework conditions:•Tax on onwnership•Tax on acquisitionF l t
•Kilomters driven by year
service cost €/km
Purchase decision
Annual vehicle registration•By vehicle class•By propulsion system
Overall vehicle stock
•Fuel tax•Subsidies …
Fuel costs €/km:•Vehicle efficiency•Net Fuel price•taxation
€/
Exogenous Parameters:
Diffusion Barriers:•Infrastructure•Availability
Efficiency of vehicles
Statistic Parameters:•Fuel stock •Technologies •Age structure•Distribution of classes•Driving distances
11.Symposium Energieinnnovation KLOESS – TU Wien, EEG
g•Fossil fuel price scenarios•IncomeFossil fuel price scenarios
•Availability…
g
Grundannahmen
• Spezifische Kosten sind zentrales Entscheidungskriterium für Antriebsystemey– Einschränkungen: Verfügbarkeit, Infrastruktur, Nachteile bei der
Nutzung
• Preisniveau und Einkommen beeinflussen Nachfrage nach Mobilität:
G t N l– Gesamte Neuzulassungen
– Größe u. Leistung der Fahrzeuge
– Nutzungsintensität g
• Fahrzeugbestand durch 3 Fahrzeugkategorien modelliert
• Unterschiedliches Nutzerverhalten wurde durchUnterschiedliches Nutzerverhalten wurde durch Nutzerkategorien (jährliche km‐Leistung) erfasst
11.Symposium Energieinnnovation KLOESS – TU Wien, EEG
Antriebsysteme
Verbrennungsmotor‐basierte Antriebsysteme:
MicroHybrid Mild Hybrid Voll HybridKonventioneller Antrieb
ICE
Motor
ICE
Mo
Contr
ICE
C
Generator
ICE
Motor
Transmission
Battery12V
Inverter
Transmis
otor
InverterrolU
nit
Transmission
Motor IN
Vontrol U
nitTransmission
Battery12V
Inverter
n
Tank
ssion
Tan
Battery
120V
DC
/DC
Batter12V
Tan
Battery
200VV
DC
/DC
Batte12 V
Tank k k ry
nk ryV
11.Symposium Energieinnnovation KLOESS – TU Wien, EEG
Antriebsysteme
Elektrische Antriebsysteme:
Plug‐In HybridPHEV
Serieller HybridElektrofahrzeugBEV
Brennstoffzellen‐Fahrzeug (BZ)
ICE
Gene
ICE ControlU
n
Batteries
FC-Syerator
Invertercontrol
unit
M
TransmM
otor/G
enerator
Inverterit
clutch
INV
ControlU
nit
ystem
InverterC
ontrolU
nit
M
Ta
Batteries20
rMotor
mission
T
Batteries
200V
DC
/DC
Ba1
Motor H
2-Tank
Batteries
otor
ank
00V
Tank
attery12V
11.Symposium Energieinnnovation KLOESS – TU Wien, EEG
Spezifikationen der Fahrzeuge
onel
ler
Ben
zin
onel
ler
Die
sel
rid rid Hyb
rid
Hyb
rid
ahrz
eug
offz
elle
n g
Kon
vent
iA
ntrie
b B
Kon
vent
iA
ntrie
b D
Mild
Hyb
Vol
l Hyb
r
Plu
g-In
H
Ser
ielle
r
Ele
ktro
fa
Bre
nnst
oFa
hrze
ug
Fahrzeuggewicht (kg) 1470 1522 1450 1458 1538 1623 1687 1645
Verbrennungsmotor Leistung (kW): 75 75 65 50 50 40 0 0
Elektromotor Leistung (kW): 0 0 20 50 50 75 75 75g ( )
Li-Ionen Batterien (kWh) 1 2 10 20 50 20
Elektrische Reichweite (km) 40 80 200 500
G ( )Gesamtreichweite (km) 700 700 700 700 700 700 200 500
11.Symposium Energieinnnovation KLOESS – TU Wien, EEG
Gesamtkosten der Fahrzeuge• Investitionskosten 2010‐2050: technologische Lerneffekten der Komponenten
• Kraftstoffkosten – Kraftstoffverbrauch 2010‐2050
– Kraftstoffpreise netto: Anstieg 2010 – 2050gemäß E‐Preisszenario: „PRIMES‐high“: 2010: 77$/bbl 2050: 148$/bbl
• Versicherungskosten: 2010‐2050 konstant
• Wartungskosten & sonstige Kosten (inkl. Reifen): 2010‐2050 konstantWartungskosten & sonstige Kosten (inkl. Reifen): 2010 2050 konstant
• Politische Rahmenbedingungen in Österreich:– Mineralölsteuer: unterschiedlicher Steuersatz für Benzin, Diesel, CNG
l– KFZ Steuer: Motorleistung
– Zulassungssteuer/Normverbrauchsabgabe (NOVA)
Politische Rahmenbedingungen 2010‐2050: 4 Szenarien
11.Symposium Energieinnnovation KLOESS – TU Wien, EEG
Investitionskosten der Antriebsysteme – 2010
50.000
35.000
40.000
45.000
Basic Vehicle IC‐Engine+Transmission Electric Drive Batteries FC + H2‐Tank
20 000
25.000
30.000
€
10.000
15.000
20.000
0
5.000
11.Symposium Energieinnnovation KLOESS – TU Wien, EEG
Lerneffekte bei Lithium Ionen‐Batterien
2010: 700€/kWh
Lernrate: 7,5%
2030: ≈250€/kWh
2020: ≈320€/kWh
2050 220€/kWh
700 €
800 €
2050: ≈220€/kWh
400 €
500 €
600 €
700 €
kWh
100 €
200 €
300 €€/
0 €
11.Symposium Energieinnnovation KLOESS – TU Wien, EEG
Investitionskosten der Antriebsysteme – 2010
50.000
35.000
40.000
45.000
Basic Vehicle IC‐Engine+Transmission Electric Drive Batteries FC + H2‐Tank
20 000
25.000
30.000
€
10.000
15.000
20.000
0
5.000
11.Symposium Energieinnnovation KLOESS – TU Wien, EEG
Investitionskosten der Antriebsysteme – 2050
50.00050.000
35.000
40.000
45.000
Basic Vehicle IC‐Engine+Transmission Electric Drive Batteries FC + H2‐Tank
35.000
40.000
45.000
Basic Vehicle IC‐Engine+Transmission Electric Drive Batteries FC + H2‐Tank
20 000
25.000
30.000
€
20 000
25.000
30.000
€
10.000
15.000
20.000
10.000
15.000
20.000
0
5.000
0
5.000
11.Symposium Energieinnnovation KLOESS – TU Wien, EEG
Wirkungsgrade der Antriebsysteme
80%
90% 40km – E‐Reichweite50% der Fahrten
80km – E‐Reichweite80% der Fahrten
60%
70%
Efficien
cy η
2010 2050
30%
40%
50%
10%
20%
0%
11.Symposium Energieinnnovation KLOESS – TU Wien, EEG
Quelle: AVL List
Gesamtkosten Stand 2010
10.000
Mittelklasse, 15 000km/Jahr
7 000
8.000
9.000
5.000
6.000
7.000
VAT‐fuel
Fuel tax
Fuel‐net‐cost
2.000
3.000
4.000 Tax on Ownership
Maintenance
Insurance
‐
1.000
2.000 VAT‐Vehicle
Tax on Acquisition
Net Vehicle Cost
11.Symposium Energieinnnovation KLOESS – TU Wien, EEG
Politische Rahmenbedingungen 2010‐2050
4 Szenarien 2010‐2050:• Politik BAU Business as usual“• Politik BAU„Business‐as‐usual
• Politik BAU + Förderung elektrischer Antriebsysteme2010‐2020: 1500€ für Kauf eines Fahrzeuges mit elektrischem Primärantrieb (EV, PHEV, SHEV)2010 2020: 1500€ für Kauf eines Fahrzeuges mit elektrischem Primärantrieb (EV, PHEV, SHEV)
• Politik „aktiv“
• Politik „aktiv“ + Förderung elektrischer AntriebsystemePolitik „aktiv Förderung elektrischer Antriebsysteme
11.Symposium Energieinnnovation KLOESS – TU Wien, EEG
Szenario: Politik „Business‐as‐usual“(BAU)
2010
2011
2012
2013
2014
2015
2016
2017
2018
2019
2020
2021
2022
2023
2024
2025
2026
2027
2028
2029
2030
KFZ SteuerMotorleistung
Zulassungssteuer‐NOVAStatus 2009
Mineralölsteuer
CO2‐140 Bonus/MalusCO2‐120 Bonus/Malus
MineralölsteuerStatus 2009Alternative 1Alternative 2Alternative 3Alternative 3
Status 2009 Alternative 1 Alternative 2 Alternative 3€/kWh €/kWh €/kWh €/kWh
Gasoline 0,051 0,05 0,07 0,1Gasoline 0,051 0,05 0,07 0,1Diesel 0,036 0,05 0,07 0,1CNG 0,004 0,05 0,07 0,1Electricity 0 0 0,02 0,02H2 0 0 0 02 0 02
11.Symposium Energieinnnovation KLOESS – TU Wien, EEG
H2 0 0 0,02 0,02
Szenario: Politik „aktiv“(BAU)
2010
2011
2012
2013
2014
2015
2016
2017
2018
2019
2020
2021
2022
2023
2024
2025
2026
2027
2028
2029
2030
KFZ Steuer
2010
2011
2012
2013
2014
2015
2016
2017
2018
2019
2020
2021
2022
2023
2024
2025
2026
2027
2028
2029
2030
KFZ SteuerMotorleistung
Zulassungssteuer‐NOVAStatus 2009
Motorleistung
Zulassungssteuer‐NOVAStatus 2009
Mineralölsteuer
CO2‐140 Bonus/MalusCO2‐120 Bonus/Malus
Mineralölsteuer
CO2‐140 Bonus/MalusCO2‐120 Bonus/Malus
MineralölsteuerStatus 2009Alternative 1Alternative 2Alternative 3
MineralölsteuerStatus 2009Alternative 1
Alternative 2Alternative 3Alternative 3
Status 2009 Alternative 1 Alternative 2 Alternative 3€/kWh €/kWh €/kWh €/kWh
Gasoline 0,051 0,05 0,07 0,1
Alternative 3
Gasoline 0,051 0,05 0,07 0,1Diesel 0,036 0,05 0,07 0,1CNG 0,004 0,05 0,07 0,1Electricity 0 0 0,02 0,02H2 0 0 0 02 0 02
11.Symposium Energieinnnovation KLOESS – TU Wien, EEG
H2 0 0 0,02 0,02
Ergebnisse
11.Symposium Energieinnnovation KLOESS – TU Wien, EEG
Szenario BAU „business as usual“
80%
90%
100%
Verbrennungsmot.
Marktanteile:
30%
40%
50%
60%
70%
e de
r Fahrzeuge
Micro Hybride
Mild Hybride
Voll Hybride
Plug‐In‐Hybride
SerielleHybride
Elektrische Antriebe:
2020 3 2%
0%
10%
20%
30%
2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
Anteile Serielle Hybride
Elektrofahrzeuge
BZ‐Plug‐In‐Hybride
2020: 3,2%2030: 32%
5.000.000
6.000.000
Verbrennungsmot.
Bestandsentwicklung:
2.000.000
3.000.000
4.000.000
Fahrzeuge
Micro Hybride
Mild Hybride
Voll Hybride
Plug‐In‐Hybride
SerielleHybride
Elektrische Antriebe:
2020: 25 000 (≈0,5%)2030 620 000 ( 13%)
‐
1.000.000
2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
Serielle Hybride
Elektrofahrzeuge
BZ‐Plug‐In‐Hybride
2030: 620 000 (≈ 13%)
11.Symposium Energieinnnovation KLOESS – TU Wien, EEG
Szenario BAU „business as usual“
Endenergieverbrauch nach E‐Trägern 25,0
30,0
35,0
40,0
Benzin
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
TWh Diesel
Erdgas
Strom
H2
,
2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
40,0
45,0
50,0KEV‐erneuerbar KEV‐fossil:Kumulierter Energieverbrauch (WTW)
15 0
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
TWh
14.000 WTT‐Kraftstoff Produktion TTW‐Kraftstoff Vebrennung TTW‐Fahrzeug‐Produktion:
Treibhausgasemissionen (WTW)
0,0
5,0
10,0
15,0
2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 20506.000
8.000
10.000
12.000
CO2 äquivalent
‐
2.000
4.000 1000
t C
11.Symposium Energieinnnovation KLOESS – TU Wien, EEG
Szenario BAU + Förderung (E‐Mob.) &Szanario Politik „aktiv“„
80%
90%
100%
Verbrennungsmot.
Förderung E‐Mob.
70%
80%
90%
100%
Verbrennungsmot.
Mi H b id
30%
40%
50%
60%
70%
e de
r Fahrzeuge
Micro Hybride
Mild Hybride
Voll Hybride
Plug‐In‐Hybride
SerielleHybride
Marktanteile E‐Antriebe: 2020: 9%2030: 32%
30%
40%
50%
60%
70%
eile der Fahrzeu
ge
Micro Hybride
Mild Hybride
Voll Hybride
Plug‐In‐Hybride
Serielle Hybride
0%
10%
20%
30%
2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
Anteile Serielle Hybride
Elektrofahrzeuge
BZ‐Plug‐In‐HybrideE‐Antriebe in der Flotte:2020: 70 0002030: 680 000
0%
10%
20%
2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
Ante
y
Elektrofahrzeuge
BZ‐Plug‐In‐Hybride
Politik „aktiv“
80%
90%
100%
V b tMarktanteile E‐Antriebe: 2020: 5,1%2030: 70%
40%
50%
60%
70%
80%
der Fahrzeuge
Verbrennungsmot.
Micro Hybride
Mild Hybride
Voll Hybride
Plug‐In‐Hybride
E‐Antriebe in der Flotte:2020: 36 0002030: 1300 000 0%
10%
20%
30%
Anteile d
g y
Serielle Hybride
Elektrofahrzeuge
BZ‐Plug‐In‐Hybride
11.Symposium Energieinnnovation KLOESS – TU Wien, EEG
2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
Szenario Politik „aktiv“ + Förderung E‐Mob.
Marktanteile:
80%
90%
100%
Conventional Drive
Elektrische Antriebe:
2020 13 8%40%
50%
60%
70%
re of techn
ologies
Micro‐Hybrid
Mild‐Hybrid
Full‐Hybrid
Plug‐In Hybrid
2020: 13,8%2030: 74%
0%
10%
20%
30%
2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
sha Serial Hybrid
EV
FC‐PHEV
Bestandsentwicklung:5.000.000
6.000.000
Conventional Drive
Elektrische Antriebe:
2020: 100 000 (≈0,5%)2030 1500 000 ( 13%) 2 000 000
3.000.000
4.000.000
vehicles
Micro‐Hybrids
Mild‐Hybrid
Full‐Hybrid
Plug‐In Hybrid
2030: 1500 000 (≈ 13%)
‐
1.000.000
2.000.000
2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
Serial Hybrid
EV
FC‐PHEV
11.Symposium Energieinnnovation KLOESS – TU Wien, EEG
Steuereinnahmen –Politik Aktiv + E‐Mob Förderung 2010‐2020g
5,000
4,000
3,000
.€
MÖSt
NOVA
1 000
2,000
Mrd. NOVA
KFZ‐Steuer
E‐Mob Förderung
0,000
1,000
‐1,000
2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020
11.Symposium Energieinnnovation KLOESS – TU Wien, EEG
Szenario Politik „aktiv“ + Förderung E‐Mob.
Endenergieverbrauch nach E‐Trägern 25,0
30,0
35,0
40,0
Benzin
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
TWh Diesel
Erdgas
Strom
H2
Kumulierter Energieverbrauch (WTW)
2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
40 0
45,0
50,0KEV‐erneuerbar KEV‐fossil:
Strom aus fossilen Quellen GuD
Treibhausgasemissionen (WTW)
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
TWh
14.000 WTT Kraftstoff Produktion TTW Kraftstoff Vebrennung TTW Fahrzeug Produktion:
Strom aus fossilen Quellen ‐ GuD
0,0
5,0
10,0
15,0
2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 20506 000
8.000
10.000
12.000
CO2 eq
uivalent
WTT‐Kraftstoff Produktion TTW‐Kraftstoff Vebrennung TTW‐Fahrzeug‐Produktion:
2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
‐
2.000
4.000
6.000
1000
t C
Gesamtenergieverbrauch: ‐50% THG Emissionen 55%
11.Symposium Energieinnnovation KLOESS – TU Wien, EEG
THG‐Emissionen: ‐55%
Szenario Politik „aktiv“ + Förderung E‐Mob.
Endenergieverbrauch nach E‐Trägern 25,0
30,0
35,0
40,0
Benzin
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
TWh Diesel
Erdgas
Strom
H2
Kumulierter Energieverbrauch (WTW)
2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
40 0
45,0
50,0KEV‐erneuerbar KEV‐fossil:
40 0
45,0
50,0KEV‐erneuerbar KEV‐fossil:
Strom aus erneuerbaren Quellen
Bestandsentwicklung:
Treibhausgasemissionen (WTW) 20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
TWh
14.000 WTT Kraftstoff Produktion TTW Kraftstoff Vebrennung TTW Fahrzeug Produktion:
14.000 WTT Kraftstoff Produktion TTW Kraftstoff Vebrennung TTW Fahrzeug Produktion:
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
TWh
Strom aus erneuerbaren Quellen
g
Elektrische Antriebe:0,0
5,0
10,0
15,0
2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 20506 000
8.000
10.000
12.000
CO2 eq
uivalent
WTT‐Kraftstoff Produktion TTW‐Kraftstoff Vebrennung TTW‐Fahrzeug‐Produktion:
6 000
8.000
10.000
12.000
CO2 äquivalent
WTT‐Kraftstoff Produktion TTW‐Kraftstoff Vebrennung TTW‐Fahrzeug‐Produktion:
0,0
5,0
10,0
15,0
2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
2020: 25 000 (≈0,5%)2030: 620 000 (≈ 13%)
‐
2.000
4.000
6.000
1000
t C
‐
2.000
4.000
6.000
1000
t C 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
Gesamtenergieverbrauch: ‐55% THG Emissionen 70%
11.Symposium Energieinnnovation KLOESS – TU Wien, EEG
THG‐Emissionen: ‐70%
Schlussfolgerungen
• Verbreitung von Hybridantrieben in allen Szenarie Elektrifizierung des Antriebs ist eine robuste Entwicklungist eine robuste Entwicklung
• Durch Hybridantriebe können E‐Verbrauch und THG Emissionen nur schwach reduziert werden
• Elektrische Antriebe können sich bei heutigen steuerlichen Rahmenbedingungen kurz‐ bis mittelfristig kaum durchsetzen
• Um die Flotte mittelfristig auf elektrische Antriebsysteme umzustellen bedarf es einer drastischen Änderung der steuerlichen Rahmenbedingungen für PKWs B ü ti Effi i t A t i b tBegünstigung Effizienter Antriebsysteme
• Durch die Elektrifizierung der Fahrzeugflotte lassen sich Energieverbrauch und Treibhausgasemissionen des PKW Sektors um 50% reduzieren Durch VerwendungTreibhausgasemissionen des PKW‐Sektors um 50% reduzieren. Durch Verwendung von Strom aus erneuerbaren Quellen, können die THG‐Emissionen sogar um bis zu 70% reduziert werden
11.Symposium Energieinnnovation KLOESS – TU Wien, EEG
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Dipl.‐Ing. Maximilian KLOESSTU Wien Institut für Elektrische Anlagen und EnergiewirtschaftTU Wien, Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft, Gusshausstraße 25‐29, 1040 Wien, +43 (1) 58801 37371 [email protected]@eeg.tuwien.ac.atwww.eeg.tuwien.ac.at
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