SEM SMART ELECTRIC MOBILITY – Speichereinsatz für regenerative elektrische Mobilität und Netzstabilität

Ergebnisse

Das Projekt Smart Electric Mobility liefert Antworten auf energietechnische und nutzerorientierte Herausforderungen und Chancenfelder der Elektromobilität im Individualverkehr. Eine konzipierte und durchgeführte GPS-Langzeiterhebung des Verkehrsverhaltens diente zur Erstellung eines wichtigen Datenstamms im fahrzeugbezogenen Analyseverfahren, welcher umfassend im Projekt SEM angewendet wurde und für weitere Analysen im Verkehrsund Energiebereich zur Verfügung steht. Aus Sicht der Verkehrsgrundlagenforschung im Bereich des Nutzerverhaltens ist ein Individualverhaltensmodell entstanden, welches es erlaubt, Kaufwahrscheinlichkeiten für Pkw mit unterschiedlichen Antriebstechnologien unter bestimmten Rahmenbedingungen vorherzusagen. Mit der Methode (Befragungsablauf und -design), welche bei der vertieften Nutzerbefragung angewandt wurde, konnten sehr gute Erfahrungen gesammelt werden. Mit Hilfe des Nachfragemodells (AP6) können E-Pkw-Neuwagenanteil in den verschiedenen Trendszenarien prognostiziert werden. Ein Vergleich mit anderen Studien zeigt, dass die SEM-Ergebnisse als sehr reale Schätzungen interpretiert werden können. Letzteres ist auch durch den verwendeten situationsbedingten Erhebungs- und Kaufmodellansatz bedingt, der eine sehr realistische Schätzung durch die NutzerInnen sicherstellt. Ein wesentliche Erkenntnis der Nachfragestudie liegt darin, dass die erwünschten Anteile der Elektroautos an Neuwagen nur durch eine deutliche Verbesserung der Technologie im Sinne einer deutlichen Senkung der Kaufpreise und /oder einem signifikanten Anstieg der Treibstoffpreise erreicht werden kann. Letzteres kann auch durch z.B. eine Treibhausgasabgabe-Abgabe auf den Treibstoffpreis erreicht werden. Kaufprämien durch die öffentliche Hand in einer Größenordnung von bis zu € 5.000,- pro Elektroauto haben nicht den erwünschten Effekt und stellen eher eine Vergeudung öffentlicher Mittel dar (siehe gesamtwirtschaftliches Bewertungsverfahren, AP7). Zur Untersuchung der geplanten elektrischen Fahrzeugkonzepte wurde eine physikalische bzw. numerische Simulation erstellt. Die Simulation wurde im Simulationsprogramm DYMOLA auf Basis der MODELICA Standard Bibliotheken entwickelt. Das Simulationsmodell umfasst sämtliche Fahrwiderstände eines Kraftfahrzeugs wie Luftwiderstand, Rollwiderstand und Steigungswiderstand. Der gesamte Antriebsstrang des Fahrzeugs mit den relevanten Transmissions- und Antriebskomponenten, wie Getriebe und Räder, wurde implementiert, inklusive der Modellierung der elektrischen Komponenten wie Batterie und elektrischer Maschine. Ebenso wurden die Regel- und Steuerkomponenten aufgebaut. Die thermische Belastung der Batterie stellt bei Normalladung keine Problematik dar, wobei die Schnellladung nur in beschränktem Maße (einmal pro Tag und Fahrzeug / Obergrenzen für Ladeleistung auf Grund von Batterietemperatur oder Standort) möglich wäre. Unterschiedliche Fahrzeugklassen erfordern, abhängig von Fahrleistungen bzw. Fahrzyklen, unterschiedliche Hochspannungsbereiche der Batterie und der elektrischen Maschine. Um elektrische Fahrzeuge effizient betreiben zu können ist auch eine Abstimmung der dazugehörigen Leistungselektronik (Spannungsniveau) erforderlich. Bei Fahrzeugen mit integriertem Range Extender ist die zusätzliche elektrische Leistung ausschlaggebend für den Betrieb und die Reichweitenerhöhung, nicht für das anfallende Mehrgewicht des Fahrzeugs. Genauere Untersuchungen bezüglich Nutzung von Range Extender (Leistungsklasse, Betriebsstrategie usw.) in Kombination mit Normal- und Schnellladung der Batterie sollten durchgeführt werden. Aus Sicht des Energiesystems konnten wertvolle Aussagen zum ungesteuerten Ladeverhalten der Elektrofahrzeuge gewonnen werden, die eine Abschätzung für unterschiedliche Marktdurchdringungen zulassen. Die entwickelte Lastprofilmethodik sowie die Gleichzeitigkeit stellen für die Energiesystembetrachtung praxistaugliche Hilfsmittel dar. Für ein großes Fahrzeugkollektiv kann bei ungesteuertem Laden eine zusätzliche Abendlastspitze von 0,5 bis 0,7 kW pro Elektroauto erwartet werden. Die Gleichzeitigkeit der Maximalbelastung geht bei mehreren hundert Fahrzeugen je nach Ladeleistung zumindest auf Werte unter 0,3 zurück. Eine Marktdurchdringung von 50 % E-Fahrzeuge würde jedoch die Netzspitzenbelastung um ca. 58 % erhöhen. Es wurden mehrere Ladestrategien unter direkter Nutzung von erneuerbaren Energien (Photovoltaik) entwickelt und analysiert. Die Ergebnisse zeigen unter gegebenen Rahmenbedingungen eine hohe Rate an Deckungsgrad der Elektromobilität und hohem Integrationsgrad der PV von bis zu 75 %. Die Ladestrategien werden in aufbauenden Projekten weiter eingesetzt und verbessert. Die erstmals verfügbaren Datenstrukturen des Nutzerverhaltens zeigen bzgl. Standortverteilung die für Ladeinfrastruktur relevanten Plätze an. Die Sensitivitätsanalysen der Parameter sowie die Erfüllbarkeitsanalysen ergeben deutlich den Zielbereich reiner Elektrofahrzeuge (Kleinwagen und Mittelklasse). Es resultiert daraus die Ladeinfrastrukturerfordernis, die zum überwiegenden Teil mit heute üblichen Ladeleistungen und an wenigen energetisch wirksamen Hauptstandorten (Zuhause, Arbeitsplatz/Ausbildung) technisch erfüllbar ist. Wichtigstes Kriterium bei der Erfüllbarkeit ist die Batteriegröße. Speziell die Freizeitfahrten, die zumeist längere Distanzen aufweisen, erfordern Alternativen zum Normalladen. Hierfür wurden einige Konzepte wie Schnellladung und Wegsubstitution durchexerziert und mögliche Verteilungspläne konzipiert. Die Schnellladung kann vorwiegend auf mittleren Distanzen bis derzeit 200 km eine Option darstellen und die Reichweite erhöhen. Sehr lange Distanzen werden auch mit der Schnellladung keine Sinnhaftigkeit erfahren, da die Leistungsaufnahme wie auch die Batteriekapazität beschränkt sind und somit die erforderliche Stehdauer zum Schnellladen proportional ansteigt. Zukünftig sollen diese Aussagen erweitert werden und in detaillierteren Modellen diversifiziert werden (Wochentagsunterscheidung, verteilte Anordnung der Fahrzeuge, elektrische Netzbetrachtungen, Regionale Unterscheidungen und Gesamtbetrachtung Österreichs, etc.). Basierend auf dem Kaufnachfragemodell wurden verschiedene Bewertungsszenarien für unterschiedliche Entwicklung der Technologie von Elektroautos, des Treibstoffpreises und von Anreizmaßnahmen zur Förderung der Elektromobilität entwickelt. Das gesamtwirtschaftliche Bewertungsverfahren beinhaltet die folgenden Wirkungskomponenten  der Investitionskosten für die Ladeinfrastruktur für Elektroautos,  der Fahrzeugbetriebskosten,  der Umweltkosten inklusive der Klimakosten. Der gesamtwirtschaftliche Nutzen der untersuchten Bewertungsszenarien wurde aus der monetär dargestellten Nutzen-Kostendifferenz der definierten Bewertungsszenarien mit dem zugehörigen Referenzszenario ermittelt. Das Bewertungsergebnis beinhaltet für alle Bewertungsszenarien auch die gesamtwirtschaftliche Kostenwirksamkeit für die eingesparte Menge der Treibhausgase und den monetär ausgedrückten spezifischen Nutzen je zurückgelegtem Kilometer mit einem Elektroauto.

Downloads

• SEM-821886-PublizierbarerEndbericht-final.pdf