Die Einführung der Elektromobilität wird als mögliche Zukunftstechnologie gesehen, um die Treibhausgasemissionen des Verkehrssektors zu reduzieren und die im Kyoto-Protokoll festgelegten Ziele Österreichs zu erreichen. Es ist derzeit jedoch noch umstritten, ob Elektrofahrzeuge tatsächlich die Umweltauswirkungen des Verkehrssektors positiv beeinflussen können. Zudem wird Elektrofahrzeugen eine geringe Wirtschaftlichkeit und zu hohe Kosten vorgeworfen. Ziel dieser Arbeit ist es daher, die Umweltauswirkungen verschiedener Antriebe zu vergleichen und eine Wirtschaftlichkeitsberechnung dieser unterschiedlichen Antriebsarten durchzuführen. Die dazu notwendigen Daten wurden zum größten Teil durch Literaturrecherche in Büchern, wissenschaftlichen Studien, Berichten, Zeitschriften und Internetseiten zusammengetragen.
Es zeigt sich, dass Elektrofahrzeuge eine deutliche Reduzierung der verursachten Treibhausgase bewirken können. Vorrausetzung dabei ist jedoch die Verwendung umweltfreundlichen Stroms zur Ladung der Fahrzeugbatterien. Als besonders geeignet sind dabei Erneuerbare Energieträger wie Wasserkraft, Windkraft und Sonnenenergie. Jedoch wird auch mit dem derzeitigen österreichischen Strommix eine Reduzierung der Treibhausgasemissionen um etwa 72% gegenüber herkömmlichen Fahrzeugen mit Ottomotoren erreicht. Bei Betrachtung der Wirtschaftlichkeit zeigte sich, dass in fast allen Fällen der Kauf und Betrieb eines Elektrofahrzeugs derzeit deutlich teurer als die Anschaffung und Nutzung eines benzin- oder dieselbetriebenen Fahrzeugs ist. Einzig mit Hilfe des Mobilitätskonzepts "Batterieleasing" ist es bereits günstiger bzw. gleich teuer ein Elektrofahrzeug anstatt eines vergleichbaren konventionellen Fahrzeugs zu erwerben. Die eindeutigen Kostenvorteile des Elektrofahrzeugs liegen in geringen Betriebs- und Wartungskosten sowie steuerlichen Vergünstigungen. Ein großer Nachteil ist, neben dem Reichweitenproblem, der hohe Preis der Batterien. Diese Schwäche wird jedoch mit Hilfe des Batterieleasing-Konzepts umgangen bzw. wird auf Grund von fallenden Batteriepreisen im Jahr 2020 keinen großen Nachteil mehr darstellen. In diesem Jahr wird auch der Kauf eines Elektrofahrzeugs inklusive der Batterie auf die Nutzungszeit gesehen günstiger sein als der Kauf eines vergleichbaren konventionellen Fahrzeugs.
Auch sollte bis ins Jahr 2020 das Reichweitenproblem auf Grund der Entwicklung neuartiger Batterietechnik beseitigt bzw. zumindest verringert worden sein.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Problemstellung
1.2 Zielsetzung
1.3 Methodik
2 Stand der Technik
2.1 Funktionsweise
2.1.1 Gleichstrommotor
2.1.2 Drehstrommotor
2.1.3 Reluktanzmotor
2.1.4 Hybridsynchronmotor
2.2 Energiespeicher
2.2.1 Batterie
2.2.1.1 Blei-Batterien (Pb/PbO2)
2.2.1.2 Nickel-Cadmium-Batterien (NiCd)
2.2.1.3 Nickel-Metallhydrid-Batterien (NiMH)
2.2.1.4 Natrium-Nickelchlorid-Batterien (Na/NiCl2) – Zebra-Batterien
2.2.1.5 Li-Ionen-Batterien
2.2.2 Wasserstoffspeicher
2.2.2.1 Druckwasserstofftank
2.2.2.2 Flüssigwasserstofftank
2.2.2.3 Metallhydridspeicher
2.2.2.4 Brennstoffzelle
2.2.3 Sicherheit
2.2.3.1 Batterie
2.2.3.2 Wasserstoff
2.3 Antriebsarten
2.3.1 Elektrofahrzeuge
2.3.1.1 Brennstoffzellenbetriebene Elektrofahrzeuge (FCEV)
2.3.1.2 Batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (BEV)
2.3.2 Hybridfahrzeuge
2.3.2.1 Mikrohybrid
2.3.2.2 Mildhybrid
2.3.2.3 Vollhybrid (HEV)
2.3.2.4 Plug-In Hybrid (PHEV)
2.4 Infrastruktur
2.4.1 Ladevarianten
2.4.1.1 Konduktiv
2.4.1.2 Induktiv (stationär)
2.4.1.3 Induktiv (mobil)
2.4.1.4 Batteriewechselsystem
2.4.2 Ladestandorte
2.4.2.1 Ladestationen in privaten Haushalten
2.4.2.2 Ladestationen im halböffentlichen Raum
2.4.2.3 Ladestationen im öffentlichen Raum
3 Herausforderungen
3.1 Energiespeicher
3.1.1 Spezifische Energiedichte
3.1.2 Spezifische Leistungsdichte
3.1.3 Lebensdauer
3.1.4 Kosten
3.2 Infrastruktur
3.2.1 Ladestrategien
3.2.1.1 Ungesteuert
3.2.1.2 Preisvariabler Stromtarif
3.2.1.3 Ausgeglichene Ladeleistung im Netzabschnitt
3.2.2 Kommunikationsfähigkeit
3.2.2.1 Kommunikation zwischen Benutzer und Ladestation
3.2.2.2 Kommunikation zwischen Fahrzeug und Ladestation
3.2.2.3 Kommunikation zwischen Ladestation und Energieversorger
3.2.3 Ladestecker
3.2.4 Verfügbarkeit
3.2.5 Wirtschaftlichkeit von Ladestationen
3.2.5.1 Bezahlung pro geladener kWh
3.2.5.2 Pauschale pro Nutzung
3.2.5.3 Pauschale pro Zeitraum
3.2.5.4 Verwendung als Parkscheinautomat
3.3 Politische Rahmenbedingungen
3.3.1 Europa
3.3.2 International
3.3.2.1 Belgien
3.3.2.2 China
3.3.2.3 Dänemark
3.3.2.4 Deutschland
3.3.2.5 Großbritannien
3.3.2.6 Frankreich
3.3.2.7 Irland
3.3.2.8 Japan
3.3.2.9 Luxemburg
3.3.2.10 Norwegen
3.3.2.11 Portugal
3.3.2.12 Spanien
3.3.2.13 USA
3.3.3 National
3.3.3.1 Maßnahmen auf Bundesebene
3.3.3.2 Maßnahmen auf Landesebene
3.4 Auswirkungen auf das Energienetz
3.5 Standards und Normen
3.5.1 Ladestecker
3.5.2 Abrechnung
3.5.3 Kommunikation
3.5.4 Datensicherheit und Datenschutz
3.6 Umweltauswirkungen verschiedener Fahrzeugkonzepte
3.6.1 Umweltauswirkungen von Elektrofahrzeugen
3.6.2 Umweltauswirkungen von Wasserstofffahrzeugen
3.6.3 Umweltauswirkungen konventioneller Fahrzeuge
3.6.4 Vergleich der verschiedenen Antriebskonzepte
4 Mobilitätskonzepte
4.1 Fahrzeugkauf
4.2 Fahrzeugleasing
4.3 Batterieleasing
4.4 Car Sharing
4.5 Ansatz der Firma „Better Place“
4.6 Mobilitätskonzepte bei einer größeren Verbreitung der Elektromobilität
4.6.1 Zweitnutzung der Batterie
4.6.2 Vehicle-to-Grid
4.6.3 Erweiterte Möglichkeiten für Infrastrukturbetreiber
5 Kostenvergleich der Mobilitätskonzepte
5.1 Fahrzeugkauf und Batterieleasing
5.1.1 2012
5.1.1.1 Elektrofahrzeuge
5.1.1.2 Konventionelle Fahrzeuge
5.1.2 2020
5.1.2.1 Elektrofahrzeuge
5.1.2.2 Konventionelle Fahrzeuge
5.1.3 Kostenvergleich der Antriebskonzepte
5.1.3.1 2012
5.1.3.2 2020
5.2 Fahrzeugleasing
5.2.1 Elektrofahrzeuge
5.2.2 Konventionelle Fahrzeuge
5.2.3 Kostenvergleich der Antriebskonzepte
5.3 Car-Sharing
6 Schlussbetrachtungen und Ausblick
Zielsetzung & Themen
Ziel dieser Arbeit ist die Darstellung des aktuellen Stands der Elektromobilität sowie die Analyse von Herausforderungen und Kostenstrukturen unterschiedlicher Fahrzeugkonzepte. Dabei wird untersucht, ob Elektrofahrzeuge zur Verbesserung der Klimabilanz beitragen können und welche Mobilitäts- und Geschäftsmodelle eine Marktdurchdringung begünstigen.
- Technologische Grundlagen von Elektrofahrzeugen und Speichersystemen
- Herausforderungen in Infrastruktur und politischer Förderung
- Vergleichende Analyse der Umweltauswirkungen nach dem Well-to-Wheel-Ansatz
- Wirtschaftlichkeitsberechnungen für verschiedene Mobilitäts- und Ladekonzepte
- Prognose zur Kostenentwicklung bis 2020
Auszug aus dem Buch
2.1 Funktionsweise
Alle Arten von Elektromotoren funktionieren auf Grund elektrisch generierter elektromagnetischer Felder, die durch Induktion magnetische Kräfte verursachen. Das magnetische Feld kann dabei in gleicher Lage bleiben (Gleichstrommotor) oder sich drehen (Drehstrommotor).
Die beeinflussenden Größen der elektrischen Energie sind die Spannung U und der Strom I. In Bezug auf die mechanische Energie sind das Drehmoment M und die Drehzahl wichtig. Nach dem Motorenprinzip wirkt auf einen geraden Leiter mit Länge und Richtung t, durch den ein Strom I in einem homogenen magnetischen Feld B fließt, die Ablenkkraft F.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Vorstellung der Problemstellung, Zielsetzung sowie der verwendeten primär- und sekundärstatistischen Methodik dieser Arbeit.
2 Stand der Technik: Detaillierte Übersicht über die Funktionsweise von Elektromotoren, die verschiedenen Batterietechnologien, Wasserstoffspeicher und die Einteilung von Elektro- und Hybridfahrzeugen.
3 Herausforderungen: Analyse technischer Hürden bei Speichern und Infrastruktur sowie politischer Rahmenbedingungen und der Umweltauswirkungen unterschiedlicher Antriebskonzepte.
4 Mobilitätskonzepte: Erläuterung und kritische Betrachtung verschiedener Geschäftsmodelle wie Fahrzeugkauf, Leasing, Batterieleasing und Car-Sharing.
5 Kostenvergleich der Mobilitätskonzepte: Durchführung umfassender Wirtschaftlichkeitsrechnungen für Elektro- und konventionelle Fahrzeuge unter Berücksichtigung von Förderungen für die Jahre 2012 und 2020.
6 Schlussbetrachtungen und Ausblick: Zusammenfassende Bewertung der Elektromobilität als Zukunftsoption zur Reduktion von Treibhausgasemissionen und abschließende Empfehlung einer Neustrukturierung der Mobilität.
Schlüsselwörter
Elektromobilität, Treibhausgasemissionen, Batterietechnologie, Well-to-Wheel, Ladestruktur, Geschäftsmodelle, Wirtschaftlichkeitsrechnung, Batterieleasing, Elektrofahrzeuge, Hybridfahrzeuge, Ladeinfrastruktur, CO2-Reduktion, Energienetz, Strommix, Förderungen.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht den aktuellen Stand und die wirtschaftlichen Perspektiven der Elektromobilität im Vergleich zu konventionellen Fahrzeugkonzepten.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Schwerpunkte liegen auf technologischen Grundlagen der Motoren und Speicher, der benötigten Infrastruktur, ökologischen Auswirkungen und der ökonomischen Machbarkeit verschiedener Nutzungsmodelle.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Ziel ist es, zu ermitteln, ob Elektrofahrzeuge einen substanziellen Beitrag zur Klimabilanz leisten können und welche Geschäftsmodelle die Markteinführung beschleunigen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit basiert auf einer Kombination aus Literaturrecherche (sekundärstatistisch) und eigenen Berechnungen zur Wirtschaftlichkeit und Emissionsbilanz.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Neben der technischen Funktionsweise werden Infrastruktur- und Kostenvergleiche angestellt, wobei Szenarien für die Jahre 2012 und 2020 analysiert werden.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wesentliche Begriffe sind Elektromobilität, Well-to-Wheel, Batterietechnologie, Ladeinfrastruktur, Kostenvergleich und Emissionsbilanz.
Warum wird das Batterieleasing als besonders relevant hervorgehoben?
Das Batterieleasing ist ein wesentlicher Ansatz, um die hohen Anschaffungskosten für Elektrofahrzeuge zu senken und die Wettbewerbsfähigkeit gegenüber konventionellen Fahrzeugen zu erhöhen.
Welchen Einfluss hat der Strommix auf die Umweltbilanz?
Die Analyse zeigt, dass der ökologische Nutzen von Elektrofahrzeugen massiv davon abhängt, ob der genutzte Strom aus erneuerbaren Energien oder fossilen Quellen stammt.
- Quote paper
- Andreas Lehner (Author), 2012, Vergleich unterschiedlicher Mobilitäts- und Fahrzeugkonzepte im Bereich der Elektromobilität , Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/204000
