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Abschlussveranstaltung des Projekts DEFINE
Auswirkungen von Elektrofahrzeugen
auf das deutsche Stromsystem
Dr. Wolf-Peter Schill
Wien, 12. November 2014
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Übersicht
1. Einleitung
2. Der Modellansatz
3. Szenarien
4. Ergebnisse 4.1 Ladeleistung
4.2 Kraftwerkseinsatz
4.3 CO2-Emissionen
5. Zusammenfassung und politische Schlussfolgerungen
Dr. Wolf-Peter Schill, 12.11.2014 Auswirkungen von Elektrofahrzeugen auf das deutsche Stromsystem 2
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Einleitung
3
• Welche Auswirkungen haben künftige
Elektrofahrzeugflotten auf das deutsche Stromsystem?
• Verschiedene Szenarien:
• 2020, 2030
• Elektrofahrzeugflotten: BAU, EM+
• Ladestrategien:
• Nutzergetrieben (sofortiges vollständiges Laden, ungesteuert)
• Kostengetrieben (strommarktgesteuert, kostenminimierend)
• Sensitivitätsrechnungen mit zusätzlichen EE (RE+)
• Kooperation mit dem Öko-Institut:
1
ÖI: Fahrzeugprofile
(Energieverbrauch und
Ladeleistungen)
DIW: Wirkungen auf das
deutsche Stromsystem
ÖI: Berechnung der
Netto-Emissionen (Strom & Verkehr)
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Der Modellansatz
Dr. Wolf-Peter Schill, 12.11.2014 Auswirkungen von Elektrofahrzeugen auf das deutsche Stromsystem 4
• Ermittlung des kostenminimalen Kraftwerkseinsatzes
• Randbedingung: Aufladung von Elektrofahrzeugen
• Gemischt-ganzzahliges Kraftwerkseinsatzmodell
• Berücksichtigung der Flexibilitätswirkungen der Elektromobilität
• Analyserahmen:
• Deutschland
• Stündliche Auflösung, komplettes Jahr 2020 oder 2030
• Nur Grid-to-Vehicle (G2V), kein Vehicle-to-Grid (V2G)
• Reines Kraftwerkseinsatzmodell, keine Investitionen
• Fokus auf Großhandelsmarkt
2
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Der Modellansatz
Dr. Wolf-Peter Schill, 12.11.2014 Auswirkungen von Elektrofahrzeugen auf das deutsche Stromsystem 5
• Modellinputs:
• Stromerzeugungskapazitäten (NEP 2013)
• Fluktuierende Verfügbarkeiten erneuerbarer Energien
• Stromnachfrage
• Variable Kosten und technische Parameter
• Elektrofahrzeuge:
• Stündliche Profile des Energieverbrauchs und der Ladeleistung
• Repräsentative Profile aus MiD 2008
• Modellergebnisse:
• Lademuster der Elektrofahrzeuge
• Änderungen des Kraftwerkseinsatzes
• CO2-Emissionen
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Durchschnittliche Ladeleistungen im Tagesverlauf
Dr. Wolf-Peter Schill, 12.11.2014 Auswirkungen von Elektrofahrzeugen auf das deutsche Stromsystem 6
4.1
0
1
2
3
4
5
6
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
GW
2030 EM+ nutzergetrieben 2030 EM+ kostengetrieben
Kostengetriebene Ladung nachts und in den Mittagsstunden (PV)
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Änderungen des Kraftwerkseinsatzes (2030 EM+) Vergleich mit einem Szenario ohne Elektrofahrzeuge
Dr. Wolf-Peter Schill, 12.11.2014 Auswirkungen von Elektrofahrzeugen auf das deutsche Stromsystem 7
4.2
Nutzergetrieben: GuD Kostengetrieben: Stein- und Braunkohle
-1,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0
Atomkraft
Braunkohle
Steinkohle
GuD
Offene Gasturbinen
Öl
Andere thermische
Laufwasser
Wind Onshore
Wind Offshore
PV
Biomasse
Pumpspeicher
TWh
2030 EM+ nutzergetrieben 2030 EM+ kostengetrieben
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CO2-Intensität der Stromerzeugung (2030)
Dr. Wolf-Peter Schill, 12.11.2014 Auswirkungen von Elektrofahrzeugen auf das deutsche Stromsystem 8
4.3
BAU und EM+: überdurchschnittliche Emissionen
Emissionen geringer bei nutzergetriebener Ladung (Gas statt Kohle)
RE+: Systemweite Emissionseffekte voll der Elektromobilität zugeordnet
-100
0
100
200
300
400
500
600
700
nutzergetrieben kostengetrieben nutzergetrieben kostengetrieben nutzergetrieben kostengetrieben
BAU EM+ EM+/RE+
g/kW
h
Gesamter Stromverbrauch Zusätzliche Stromnachfrage der Elektromobilität
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4.3 Netto-CO2-Bilanz von Strom- und Verkehrssektor Vergleich mit einem Szenario ohne Elektrofahrzeuge
Dr. Wolf-Peter Schill, 12.11.2014 Auswirkungen von Elektrofahrzeugen auf das deutsche Stromsystem 9
Nettoreduktion in EM+ wegen Verbesserungen konv. Fahrzeuge
Potenziale zur CO2-Emissionsminderung nur in RE+ voll ausgeschöpft
-8
-4
0
4
8
BAU EM+ EM+/RE+ BAU EM+ EM+/RE+
nutzergetrieben kostengetrieben
Mil
lio
nen
To
nn
en
CO
2
Stromsektor Verkehrssektor
-6.5
-2.1
-6.9
-1.3 1.6
1.0
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Zusammenfassung
Dr. Wolf-Peter Schill, 12.11.2014 Auswirkungen von Elektrofahrzeugen auf das deutsche Stromsystem 10
• Geringer Stromverbrauch, aber hohe Ladeleistungen
• Nutzergetriebene Aufladung:
• Tagsüber und abends Erdgas und Steinkohle
• Kostengetriebene Aufladung:
• Mittags und nachts Braun- und Steinkohle, leicht verminderte
EE-Abregelung
• CO2-Emissionen des Ladestroms:
• Grundsätzlich überdurchschnittlich
• Höher bei kostengetriebener Ladung
5
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Politische Schlussfolgerungen
Dr. Wolf-Peter Schill, 12.11.2014 Auswirkungen von Elektrofahrzeugen auf das deutsche Stromsystem 11
• Wenn Emissionsneutralität und EE-Nutzung angestrebt
werden: Einführung der Elektromobilität mit zusätzlichem
EE-Ausbau verknüpfen
• Rein nutzergetriebene Aufladung müsste ggf. regulatorisch
beschränkt werden (Systemsicherheit)
• Kostengetriebene Aufladung ist nur bei korrektem CO2-
Preis emissionsoptimal
• Elektromobilität sollte nicht nur in Hinblick auf CO2-
Emissionen bewertet werden weitere Vorteile
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.
DIW Berlin — Deutsches Institut
für Wirtschaftsforschung e.V.
Mohrenstraße 58, 10117 Berlin
www.diw.de
Redaktion Dr. Wolf-Peter Schill | [email protected]
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Angenommene Stromerzeugungskapazitäten basierend auf NEP 2013
Dr. Wolf-Peter Schill, 12.11.2014 Auswirkungen von Elektrofahrzeugen auf das deutsche Stromsystem 13
3
0
50
100
150
200
250
300
2010 2020 2030
GW
Bioenergie
Laufwasserkraft
PV
Wind Offshore
Wind Onshore
Pumpspeicher
Andere thermische
Erdöl
Erdgas
Steinkohle
Braunkohle
Atomkraft
Starker Anstieg fluktuierender erneuerbarer Energien
Backup
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Annahmen zu Elektrofahrzeugflotten (Öko-Institut)
Dr. Wolf-Peter Schill, 12.11.2014 Auswirkungen von Elektrofahrzeugen auf das deutsche Stromsystem 14
3 2020 2030
BAU EM+ BAU EM+
Anzahl der Fahrzeuge (Millionen)
BEV 0,1 0,1 0,9 1,0
PHEV/REEV 0,3 0,4 2,9 3,7
Gesamt 0,4 0,5 3,7 4,8
Kumulierte Batteriekapazität (GWh)
BEV 2,4 2,8 21,7 25,2
PHEV/REEV 3,0 3,9 27,6 35,9
Gesamt 5,4 6,7 49,2 61,1
Kumulierte durchschnittliche verfügbare Ladeleistung (GW)
BEV 0,3 0,3 2,9 3,1
PHEV/REEV 0,7 0,8 8,7 10,3
Gesamt 1,0 1,1 11,6 13,3
Plug-in Hybride und Range Extender dominieren
Eher geringe Differenzen zwischen BAU and EM+
Backup
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Stromverbrauch der Elektrofahrzeuge
Dr. Wolf-Peter Schill, 12.11.2014 Auswirkungen von Elektrofahrzeugen auf das deutsche Stromsystem 15
4.1
Ladestrategie
Jährlicher
Stromverbrauch
(TWh)
Anteil am gesamten
Stromverbrauch
(%)
2020 2030 2020 2030
BAU Nutzergetrieben 0,7 6,9 0,1 1,2
Kostengetrieben 0,7 7,1 0,1 1,2
EM+ Nutzergetrieben 0,9 8,6 0,2 1,5
Kostengetrieben 0,9 9,0 0,2 1,6
Jährlicher Stromverbrauch auch 2030 noch gering
Backup