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Ökonomische Bewertung des Marktpotenzials von reinen Elektrofahrzeugen im Jahr 2020

Diplomarbeit 2010 100 Seiten

Verkehrswissenschaft

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

1. Einleitung

2. Einführung in die Elektromobilität
2.1 Die beteiligten Stakeholder
2.1.1 Elektromobilität aus Sicht der Politik
2.1.2 Elektromobilität aus Sicht der Automobilwirtschaft
2.1.3 Elektromobilität aus Sicht der Energiewirtschaft
2.1.4 Elektromobilität aus Sicht der Nutzer
2.2 Technologische Grundlagen
2.2.1 Elektromobile Fahrzeugkonzepte
2.2.2 Elektrische Energiespeicher
2.3 Zusammenfassung

3. Wirtschaftliche Analyse von reinen Batteriefahrzeugen im Jahr 2020
3.1 Einflussfaktoren auf die Wirtschaftlichkeit von reinen Batteriefahrzeugen
3.1.1 Entwicklung des Verbrauchs konventioneller Antriebe
3.1.2 Entwicklung der Rohöl- und Benzinpreise
3.1.3 Entwicklung der Strompreise
3.1.4 Entwicklung der Batteriepreise
3.2 Nutzen-Kosten Analyse auf gesamtwirtschaftlicher Ebene
3.2.1 Die Nutzen von reinen Batteriefahrzeugen
3.2.2 Die Kosten von reinen Batteriefahrzeugen
3.2.3 Die berechneten Nutzen-Kosten-Verhältnisse
3.3 Einzelwirtschaftliche Analyse
3.3.1 Die betrachteten Nutzen und Kosten
3.3.2 Bestimmung der fairen Marktpreise
3.3.3 Bestimmung der kritische Fahrleistung
3.4 Analyse des Marktpotenzials von reinen Batteriefahrzeugen
3.4.1 Mobilitätsrestriktionen von reinen Batteriefahrzeugen
3.4.2 Bestimmung des Marktpotenzials
3.4.2.1 Das Marktpotenzial ohne staatliche Förderung
3.4.2.2 Das Marktpotenzial mit staatlicher Förderung
3.4.3 Sensitivitätsanalysen
3.4.3.1 Bestimmung der kritischen Batteriekosten
3.4.3.2 Bestimmung der kritischen Benzinpreise
3.5 Bestimmung der neuen Nutzen-Kosten-Verhältnisse
3.6 Zusammenfassung

4. Fazit und Ausblick

Anhang

Quellenverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Phasen des Nationalen Entwicklungsplan Elektromobilität

Abbildung 2: Verkehrsverhalten des durchschnittlichen PKW-Nutzers

Abbildung 3: Fahrzeugkonzepte nach Grad der Elektrifizierung

Abbildung 4: Elektromobile Antriebskonzepte

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Aktuelle Fördermaßnahmen in Deutschland

Tabelle 2: Internationale Fördermaßnahmen

Tabelle 3: Unterschiedliche Lademöglichkeiten

Tabelle 4: Durchschnittlicher Verbrauch konventioneller Antriebe im Jahr 2020

Tabelle 5: Entwicklung der Rohöl- und Benzinpreise im Jahr 2020

Tabelle 6: Entwicklung der Strompreise im Jahr 2020

Tabelle 7: Entwicklung der Batteriekosten im Jahr 2020

Tabelle 8: Umweltkosten der Referenzfahrzeuge im Jahr 2020

Tabelle 9: Netto-Betriebskosten der Referenzfahrzeuge im Jahr 2020

Tabelle 10: Netto-Mehrkosten der Referenzfahrzeuge im Jahr 2020

Tabelle 11: Nutzen - Kosten-Verhältnisse

Tabelle 12: Bruttobetriebskosten der Referenzfahrzeuge im Jahr 2020

Tabelle 13: Bruttomehrkosten der Referenzfahrzeuge im Jahr 2020

Tabelle 14: Die fairen Mehrkosten von reinen Batteriefahrzeugen im Jahr 2020

Tabelle 15: Kritische Fahrleistung von reinen Batteriefahrzeugen im Jahr 2020

Tabelle 16: Fahrprofile nach jährlichen Fahrleistungen

Tabelle 17: Marktpotenzial von reinen Batteriefahrzeugen im Jahr 2020 ohne staatliche Förderung

Tabelle 18: Marktpotenzial von reinen Batteriefahrzeugen im Jahr mit staatlichen Subvention

Tabelle 19: Marktpotenzial von reinen Batteriefahrzeugen im Jahr 2020 mit Netto-Strompreisen

Tabelle 20: Kritische Batteriekosten im Jahr 2020

Tabelle 21: Kritischer Benzinpreis im Jahr 2020

Tabelle 22: Nutzen-Kosten-Verhältnisse mit kritischen Batteriekosten

Tabelle 23: Nutzen-Kosten-Verhältnisse mit kritischem Benzinpreisen

Tabelle 24: Marktphasen der Elektromobilität

Tabelle 25: Ausprägung der unterschiedlichen Szenarien

Tabelle 26: Referenzfahrzeuge

Tabelle 27: Berechnung NKV Szenario 1

Tabelle 28: Berechnung NKV Szenario 2

Tabelle 29: Berechnung NKV Szenario 3

Tabelle 30: Berechnung NKV Szenario 4

Tabelle 31: Berechnung NKV Szenario 5

Tabelle 32: Berechnung NKV Szenario 6

Tabelle 33: Berechnung NKV Szenario 7

Tabelle 34: Berechnung NKV Szenario 8

Tabelle 35: Berechnung NKV Szenario 9

Tabelle 36: Berechnung NKV Szenario 10

Tabelle 37: Berechnung NKV Szenario 11

Tabelle 38: Berechnung NKV Szenario 12

Tabelle 39: Berechnung NKV Szenario 13

Tabelle 40: Berechnung NKV Szenario 14

Tabelle 41: Berechnung NKV Szenario 15

Tabelle 42: Berechnung NKV Szenario 16

Tabelle 43: Berechnung der kritischen Fahrleistungen Szenario 1

Tabelle 44: Berechnung der kritischen Fahrleistungen Szenario 2

Tabelle 45: Berechnung der kritischen Fahrleistungen Szenario 3

Tabelle 46: Berechnung der kritischen Fahrleistungen Szenario 4

Tabelle 47: Berechnung der kritischen Fahrleistungen Szenario 5

Tabelle 48: Berechnung der kritischen Fahrleistungen Szenario 6

Tabelle 49: Berechnung der kritischen Fahrleistungen Szenario 7

Tabelle 50: Berechnung der kritischen Fahrleistungen Szenario 8

Tabelle 51: Berechnung der kritischen Fahrleistungen Szenario 9

Tabelle 52: Berechnung der kritischen Fahrleistungen Szenario 10

Tabelle 53: Berechnung der kritischen Fahrleistungen Szenario 11

Tabelle 54: Berechnung der kritischen Fahrleistungen Szenario 12

Tabelle 55: Berechnung der kritischen Fahrleistungen Szenario 13

Tabelle 56: Berechnung der kritischen Fahrleistungen Szenario 14

Tabelle 57: Berechnung der kritischen Fahrleistungen Szenario 15

Tabelle 58: Berechnung der kritischen Fahrleistungen Szenario 16

1. Einleitung

Aktuell vergeht kein Tag, an dem die Medien nicht über das Thema Elektromobilität berichtet. Renommierte Hersteller überschlagen sich heute bei der Ankündigung (teil-) elektrifizierte Antriebsvarianten einzuführen. Die internationale Politik überbietet sich mit Fördermaßnahmen. Auch die deutsche Politik hat sich dieser Entwicklung angenommen und mit den Beschlüssen zu Meseberg, den „Nationalen Entwicklungsplan Elektromobilität“ verabschiedet.[1] Bis im Jahr 2020 sollen 1 Millionen Elektrofahrzeugen in Deutschland zugelassen sein. Medienwirksam haben sich namenhafte Politiker bereits klar positioniert. Bundesumweltminister Norbert Röttgen betont, dass es derzeit keine Alternative zu einem Ausbau der Elektromobilität gibt.[2] Verkehrsminister Tiefensee hat sich wie folgt geäußert: „Autos, die ausschließlich mit fossilen Energiequellen fahren, sind langfristig Auslaufmodelle. Elektrofahrzeugen mit Batterie und Brennstoffzelle gehört die Zukunft.“[3] Dadurch wird teilweise der Eindruck vermittelt, dass die Entscheidung bereits gefallen ist und die zukünftige Mobilität rein elektrisch sein wird.

Bemerkenswert ist jedoch, dass trotz der ambitionierten Ziele der deutschen Politik, zum aktuellen Zeitpunkt wenig über die ökonomischen und ökologischen Auswirkungen einer Einführung der Elektromobilität in Erfahrung gebracht wurden. Mit ersten Forschungsergebnissen rechnet die Bundesregierung ab 2011.[4]

Das Ziel dieser Arbeit ist es daher Elektrofahrzeuge im Jahr 2020 ökonomisch zu bewerten. Grundlage bildet dabei das Ziel des „Nationalen Entwicklungsplan Elektromobilität“. Dabei wird die kritische Annahme getroffen, dass es sich bei der Vorgabe um ausschließlich reine Batteriefahrzeuge handelt. Mit der vorliegenden Arbeit sollen zwei Aspekte untersucht werden.

1. Ist eine Einführung von reinen Batteriefahrzeugen im Jahr 2020 gesamtwirtschaftlich sinnvoll?
2. Kann das Ziel von 1 Millionen Elektrofahrzeuge ausschließlich mit reinen Batteriefahrzeugen erreicht werden kann?

Zu Beginn der Arbeit wird in Kapitel 2 eine kurze Einführung in das Thema Elektromobilität gegeben. Dabei wird die Sicht der wichtigsten Akteure, die an einer erfolgreichen Einführung beteiligt sind, dargestellt. Anschließend wird eine Übersicht über den aktuellen Stand der Technik gegeben. Dabei werden zum einen die unterschiedlichen Fahrzeugkonzepte, die sich je nach Grad der Elektrifizierung ergeben, verglichen und zum anderen die aktuelle und zukünftige Entwicklung der elektrischen Energiespeicher genauer erläutert. Im Anschluss an die Einführung in die Elektromobilität erfolgt in Kapitel 3 die ökonomische Bewertung von reinen Batteriefahrzeugen im Jahr 2020. Im ersten Teil der wirtschaftlichen Analyse sollen die Ziele der Bundesregierung aus gesamtwirtschaftlicher Sicht beurteilt werden. Im zweiten Teil wird die Wirtschaftlichkeit von reinen Batteriefahrzeugen aus Sicht des Endnutzers analysiert. Auf Grundlage der einzelwirtschaftlichen Analyse wird das theoretische Marktpotenzial bestimmt. Kapitel 4 schließt mit einer Bewertung und einem kurzem Ausblick.

2. Einführung in die Elektromobilität

2.1 Die Stakeholder und ihre Ziele

Eine erfolgreiche Entwicklung der Elektromobilität ist von unterschiedlichen Akteuren abhängig. Dabei verfolgt jeder seine eigenen Interessen und Ziele. In dem folgenden Kapitel werden die einzelnen Stakeholder, die an der Elektromobilität beteiligt sind, erläutert.

2.1.1 Elektromobilität aus Sicht der Politik

Das Thema Elektromobilität galt zwar bereits im Kontext des Integrierten Energie- und Klimaprogramms (IEKP), der Kraftstoffstrategie und der Hightech-Strategie der Bundesregierung (HTS) als wichtiger Bestandteil um die Abhängigkeit von Erdöl als Energieträger schneller reduzieren zu können, jedoch gab es darin keinen ganzheitlichen Ansatz für eine erfolgreiche Entwicklung und Einführung der Elektromobilität in Deutschland. Daher hat die Bundesregierung am 19. August 2009 den Nationalen Entwicklungsplan Elektromobilität etabliert.[5]

Ziel ist es, die Forschung und Entwicklung, die Marktvorbereitung und die Markteinführung von elektrischen Fahrzeugen in Deutschland voranzubringen. Dabei soll die Entwicklung des Marktes bis 2020 in drei Phasen erfolgen[6]:

Abbildung 1: Phasen des Nationalen Entwicklungsplan Elektromobilität

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: BMU Pressemitteilung (2009), eigene Darstellung

Bis 2020 sollen 1 Millionen Elektrofahrzeuge auf dem deutschen Markt sein. Durch die Einführung der Elektromobilität soll eine neue Mobilitätskultur entstehen und die Strategie „weg vom Öl“ weiter fortgesetzt werden. Im Jahr 2030 sollen es über 5 Millionen Fahrzeuge sein. Bis 2050 soll der Verkehr in den Städten überwiegend ohne fossile Brennstoffe fahren.

Neben der Bildung einer neuen Mobilitätskultur verspricht sich die Bundesregierung einen erheblichen Beitrag der Elektromobilität für die energie- und klimapolitischen Ziele. Der Verkehrssektor verursacht ca. 23 Prozent der CO2-Emissionen in Deutschland. 14 Prozent sind davon auf den PKW-Verkehr zurückzuführen.[7] Bereits beim heutigen Kraftwerkmix können Elektrofahrzeuge den CO2-Ausstoß verringern. CO2-Ausstoß.[8] Dabei liegt der durchschnittliche CO2-Ausstoß eines Elektrofahrzeugs bei etwa 110 gCO2/km.[9] Der durchschnittliche CO2-Ausstoß konventioneller Antriebe lag Ende 2009 bei etwa 152 gCO2/km.[10] Bei einer ausschließlichen Beladung mit Strom aus erneuerbaren Energien könnte die Elektromobilität zu einer fast vollständigen Vermeidung der CO2-Emissionen im PKW-Verkehr beitragen. Daher hat sich die Bundesregierung zum Ziel gesetzt, dass der Ausbau der Elektromobilität trotz steigendem Strombedarf CO2-neutral erfolgen soll, wodurch gleichzeitig ein Beitrag für die Ausbauziele der erneuerbaren Energien geleistet werden kann.

Zusätzlich soll mit Hilfe der Elektromobilität die Abhängig vom Erdöl, besonders aus politisch instabilen Regionen, verringert werden. Aktuell fahren 99 Prozent aller deutschen PKW mit Diesel oder Benzin.[11]

Damit Deutschland auch wirtschaftlich von der Elektromobilität profitieren kann, soll der Erhalt und Ausbau der Wettbewerbsfähigkeit gesichert werden. Das Automobil spielt für Deutschland sowohl in technologischer als auch in wirtschaftlicher Hinsicht eine wichtige Rolle. Dabei ist die Automobilindustrie mit 5,3 Mio. Arbeitsplätzen, die direkt oder indirekt vom Automobilbau abhängen, eine der wichtigsten Arbeitgeber Deutschlands.[12] Im Jahr 2008 erhielt der Staat 80 Milliarden an Steuereinnahmen, die mit dem Auto in Zusammenhang stehen.[13] Für die Bundesregierung ist es daher von großer Bedeutung, dass die deutsche Automobilindustrie bei der Elektromobilität eine führende Rolle einnimmt. Damit Deutschland seine Position im weltweiten Wettbewerb behaupten und ausbauen kann, soll die Wirtschaft und Wissenschaft im Bereich der Forschung gestärkt und enger verzahnt werden, sowie die Ausbildung des technisch-wissenschaftlichen Nachwuchses gefördert werden. Neben der technologischen Führerschaft soll Deutschland selber zum Leitmarkt für Elektromobilität ausgebaut werden. Neue Geschäftsmodelle im Kontext der Elektromobiltät sollen frühzeitig erkannt und etabliert werden, um dadurch den beteiligten Branchen einen Wettbewerbsvorteil im internationalen Vergleich zu ermöglichen. Außerdem soll, neben dem Aufbau neuer Produktionskapazitäten für kritische Komponenten, eine zugehörige Kreislaufwirtschaft etabliert werden.

Um die ehrgeizigen Ziele zu verwirklichen, gibt es von Seiten der Bundesregierung unterschiedliche Aktivitäten und Maßnahmen zur Förderung der Elektromobilität. Die Maßnahmen richten sich überwiegend an die erste und zweite Phase des Entwicklungsplans und konzentrieren sich dabei auf die Förderung von Forschung und Entwicklung, auf die Rahmenbedingungen sowie auf die Marktentwicklung.[14] Zusätzlich zu den bereits bestehenden Maßnahmen wurden im Zuge des Konjunkturpakets II weitere 500 Millionen Euro bis 2011 bereitgestellt.

Die Förderung von Forschung und Entwicklung konzentriert sich dabei auf die Entwicklung von marktreifen Energiespeichern und Antriebstechniken sowie auf eine intelligente System- und Netzintegration. Da die Energiespeicher als eine der kritischsten Komponente der Elektromobilität anzusehen sind, sollen durch die staatlichen Maßnahmen, Kapazitäten zur Umsetzung der vollständigen Wertschöpfungskette bei der Herstellung von Stromspeichern geschaffen werden. Die Förderung zur Entwicklung der Fahrzeugtechnik fokussiert sich auf das Energie- und Antriebsmanagement. Bei der System- und Netzintegration geht es um die Entwicklung einer intelligenten Stromversorgungs- und Netzinfrastruktur.

Die Förderung der Marktentwicklung konzentriert sich in erster Linie auf Flottenversuchen, bei denen die Elektrofahrzeuge unter Alltagsbedingungen getestet werden sollen. Hierbei soll gleichzeitig die Nutzung und Zwischenspeicherung von Strom aus erneuerbaren Energien erprobt werden.

Eine direkte Förderung von Elektrofahrzeugen erfolgt nicht. Ursprünglich wollte die Bundesregierung im Rahmen des Nationalen Entwicklungsplan die Marktaktivierung ab 2012 durch einen staatlichen Kaufzuschuss von 3 000 bis 5 000 € pro Fahrzeug fördern. Aktuell werden diese Pläne aber wieder abgelehnt.[15]

Tabelle 1: Aktuelle Fördermaßnahmen in Deutschland

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: BMU (2009c), eigene Darstellung

Betrachtet man die Aktivitäten auf internationaler Ebene, so stellt man fest, dass zunehmende Bedeutung der Elektromobilität das Interesse vieler Regionen geweckt hat. Da Elektrofahrzeuge völlig neue Kompetenzen im Bereich der Antriebstechnik, aber besonders in den Speichertechnologien erfordern, intensivieren gerade Regionen die bei der Technologie der Verbrennungsmotoren einen Entwicklungsrückstand haben, die Entwicklung der Elektromobilität. Dabei ist ein intensiver Wettbewerb um die Führerschaft im Bereich Elektromobilität entstanden. Der Wettbewerb um zukünftige Technologie- und Produktionskompetenzen sowie Markt- und Wertschöpfungsanteile wird dabei nicht mehr nur auf der Unternehmensebene ausgetragen, sondert mündet in einen Subventionswettlauf der Regionen.[16] Tabelle 2 fasst die Fördermaßnahmen einzelner Länder zusammen.

Tabelle 2: Internationale Fördermaßnahmen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Vgl. Hacker et al. (2009), S. 78 ff., accentur (2009), S.15, EU Kommission (2009), S.10, eigene

Darstellung

2.1.2 Elektromobilität aus Sicht der Automobilindustrie

Mit dem Einstieg in eine umfassende Elektrifizierung des Straßenverkehrs, bahnt sich eine technologische Zeitwende in der Automobilindustrie an. Erstmals seit der Geschichte des Automobils besteht die Chance, dass fossile Kraftstoffe beim Antrieb nicht mehr die alleinige Lösung sind und langfristig sogar völlig verdrängt werden könnten. Dabei stellt eine Einführung der Elektromobilität die Automobilwirtschaft und ihre Zulieferer vor erhebliche Schwierigkeiten.[17]

Der sich ändernde Wertschöpfungsanteil verursacht voraussichtlich die größten Veränderungen innerhalb der Branche. So ist traditionell der Antriebsstrang ein wichtiger Bestandteil der Hersteller-Wertschöpfung. Dabei werden wesentliche Teile von Motor und Getriebe intern entwickelt und produziert.[18] Kommt es zur Elektrifizierung des Antriebsstrangs, verlieren die Komponenten an Bedeutung und damit auch ihr Wertschöpfungsanteil.[19] Besondere kritisch ist die Kompetenzsituation bezüglich der Batterien. Diese Technologie ist heute fast ausschließlich in der Hand der Zulieferer. So verfügt z.B. die deutsche Automobil- und Elektroindustrie über keine nennenswerte Wertschöpfung für die Produktdifferenzierung solch bedeutender Komponenten.[20] Zusätzlichen Druck verspüren die traditionellen Automobilhersteller auch durch die gesunkenen Markteintrittsbarrieren. Sowohl Unternehmen aus der Elektroindustrie wie z.B. der Batteriehersteller BYD (Built Your Dream), aber auch Start-Ups wie Tesla Motors versuchen sich in dem Markt für Elektrofahrzeuge zu positionieren.[21]

Um diesen Problemen zu begegnen versuchen die Hersteller durch Kooperationen und Akquisitionen ihren Wertschöpfungsanteil in den einzelnen Bereichen zu erhöhen. So kooperiert z.B. Nissan mit NEC, VW versucht es mit Toshiba, Toyota arbeitet mit Panasonic zusammen und General Motors entwickelt gemeinsam mit dem US-Lithium-Ionen-Akku-Hersteller A123 Systems Batterien.

Daimler erwarb sogar 49 Prozent am sächsischen Zellentwickler Li-Tec, einem Tochterunternehmen von Evonik, und gründete zudem eine Gesellschaft Namens Deutsche Accumotive, an der Daimler mit 90 Prozent beteiligt ist.[22] Zusätzlich erwarb Daimler 10 Prozent an dem Start-Up Tesla Motors.[23]

Eine weitere Herausforderung für die Automobilwirtschaft ist die finanzielle Doppelbelastung. Trotz der durch die Finanz- und Wirtschaftskrise angespannten wirtschaftlichen Situation der Automobilindustrie, müssen die Konzerne Milliarden in die Forschung und Entwicklung alternativer Antriebskonzepte und in den Aufbau neuer Kooperationen investieren. Daneben müssen aber auch die konventionellen Antriebe auf Grund der strengen Umweltbestimmungen weiterentwickelt werden.[24] So schätz eine Studie von McKinsey, dass allein bis 2020 die deutsche Automobilindustrie 114 Mrd. € investieren muss, um die geltenden Emissionsstandards einzuhalten.[25] Hierdurch werden die Hersteller über einen längeren Zeitraum noch zusätzlich belastet.

Auch wenn bis heute eine große Unsicherheit über die Entwicklung der Elektromobilität herrscht, haben sich mittlerweile alle Hersteller dem Thema angenommen und mit ersten Kleinserienfertigungen von Elektroautos begonnen. Dabei basieren die meisten Fahrzeuge noch überwiegend auf bereits bestehenden Modellen. Besonders asiatische und französische Hersteller haben sehr ambitionierte Ziele. Mitsubishi plant für Ende 2010 die Einführung des Elektroautos „i-Miev“ in Europa[26]. Nissan-Renault bringt sein Elektroauto „LEAF“ ebenfalls 2010 in Europa auf den Markt.[27] Dabei werden die Märkte, die einen Kaufanreiz bieten zuerst bedient.

Deutsche Hersteller hingegen betreiben noch weitestgehend Flottenversuche, um die Elektrofahrzeuge auf ihre Alltagstauglichkeit zu überprüfen. Erste Modelle werden nicht vor 2012 erwartet. Daimler wird den “Smart Electric Drive“ 2012 auf den Markt bringen.[28] Volkswagen plant die erste Einführung von Elektrofahrzeugen für 2013. Dabei soll u.a. eine Version des „Golf“ und des „Jetta“, sowie der “E-Up“ als Elektrofahrzeug eingeführt werden.[29]

2.1.3 Elektromobilität aus Sicht der Energiewirtschaft

Nicht nur die Automobilindustrie sondern auch die Energieunternehmen nehmen bei der Entwicklung der Elektromobilität eine entscheidende Position ein. Eine Schlüsselrolle ist dabei der Aufbau einer Ladeinfrastruktur, da hierdurch maßgeblich die mögliche Verbreitung von Elektrofahrzeugen beeinflusst wird. Neben hohen Investitionen bieten sich den Energieunternehmen aber auch neue Umsatzpotenziale durch einen erhöhten Absatz und neue Dienstleistungen. Jedoch müssen sie auch Auswirkungen auf ihre Versorgungsnetze berücksichtigen.

Der zusätzliche Strombedarf der durch die Elektromobilität entstehen würde, wäre für die Energieversorger keine Herausforderung. Der jährliche Stromverbrauch eines einzelnen Elektroautos beträgt ca. 2250 kWh pro Jahr.[30] Das entspricht in etwa dem Stromverbrauch eines Zwei-Personen-Haushaltes. Würde das von der Bundesregierung ausgegebene Ziel von 1 Millionen Elektroautos umgesetzt werden, dann würde das einen zusätzlichen jährlichen Strombedarf von 2,25 TWh im Jahr 2020 bedeuten. Die zusätzliche Nachfrage könnte zumindest theoretisch vollständig durch erneuerbare Energien gedeckt werden. Mit den im Jahr 2008 verfügbaren 91,4 TWh könnten sogar 30 Millionen Elektrofahrzeuge betankt werden. Hinzu kommt, dass der Anteil an alternativen Energien bis 2020 von heute 14 Prozent auf 30 Prozent im Jahre 2020 steigen soll.[31]

Kritischer als der zusätzliche Stromverbrauch ist der Aufbau einer flächendecken Ladeinfrastruktur. Zwar betreiben bereits 40 Prozent der Energieversorger technische Aktivitäten, die sich schwerpunktmäßig mit dem Aufbau und der Planung der Infrastruktur beschäftigen, jedoch sind hiermit langfristig hohe Investitionen verbunden, die sich nur langsam amortisieren werden.[32] Tabelle 3 vergleicht die unterschiedlichen Formen der Ladeinfrastruktur. Hierbei erweisen sich die privaten und halböffentlichen Stromanschlüsse als technisch einfach und als kostengünstige Alternative. Diese Form der Anschlüsse lassen sich zeitlich parallel mit der Entwicklung der Elektromobilität ausbauen.

Damit jedoch die Elektromobilität nicht auf einzelne Nutzergruppen beschränkt bleibt und langfristig eine höhere Reichweite erzielt wird, ist der Ausbau von öffentlichen Ladestationen und Tauschstationen notwendig, was wiederum hohe Investitionen erfordert.[33]

Tabelle 3: Unterschiedliche Lademöglichkeiten

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Wietschel et al. (2009), S. 39, eigene Darstellung

Eine weitere Auswirkung, die die Energieversorger durch die Elektromobilität berücksichtigen müssen, ist der Einfluss des Ladeverhaltens auf die Versorgungsnetze. Auch wenn der zusätzliche Strombedarf nur sehr gering ist, können trotzdem erhebliche Lastspitzen entstehen. Werden Elektroautos z.B. zusätzlich am Arbeitsplatz geladen, resultiert daraus eine zusätzliche Lastspitze am Vormittag, was für eine weitere Netzbelastung sorgt und einen Kapazitätsaufbau erfordern kann.[34] Um die Netzstabilität zu wahren und einen weiteren Kapazitätsausbau zu vermeiden, muss daher langfristig die Ladung gesteuert werden.

Ob und wie die Energiewirtschaft im Bereich der Elektromobilität tätig wird, hängt in erster Linie von den sich ergebenden Umsatzpotenzialen ab. Laut einer Studie von A.T.Kearney können die europäischen Energieunternehmen von bis zu 17 Milliarden Euro bis 2020 generieren. Dabei spielt, wie bereits weiter oben erwähnt, der zusätzliche Strombedarf nur eine untergeordnete Rolle. Wirtschaftlich attraktiver sind der Betrieb von Ladeinfrastrukturen, der Kundendienst und der technische Service.

Die Elektromobilität würde noch lukrativer, wenn die Leistung langfristig auf das Batterieleasing ausgedehnt würde.[35]

Neben den Umsatzpotenzialen bietet die Elektromobilität langfristig aber noch weitere interessante Möglichkeiten für die Energiewirtschaft. Die Elektrofahrzeuge haben durch ihr Ladeverhalten nicht nur einen negativen Einfluss auf das Versorgungsnetz, sondern können bei einer richtigen Steuerung sogar zur Netzstabilität beitragen. Das sogenannte „Vehicle-to-Grid – Konzept“ nutzt dabei den Vorteil, dass die meisten Fahrzeuge nur 4 Prozent der Zeit fahren und den Rest der Zeit stehen bzw. parken.[36] In dieser Zeit könnten die Batterien mit ihrer Speicherkapazität positive als auch negative Regelenergie zur Verfügung stellen. Eine Millionen Elektrofahrzeuge könnten theoretisch ca. 3 Gigawatt an Regelenergieleistung bereitstellen.[37] Dies entspricht knapp der Hälfte der in Deutschland verfügbaren Pumpspeicherkraftwerke (6,7 GW).[38] Durch die Teilnahme an der Netzdienstleistung könnten die Fahrzeughalter einen zusätzlichen Erlös von etwa 60 – 200 € erhalten.[39] Bei der Umsetzung des Konzepts bestehen aber auch viele Herausforderungen. So müsste eine leistungsstarke Kommunikationsstruktur aufgebaut werden, die jederzeit auf die Batteriekapazität zugreifen kann und außerdem gleichzeitig die gewünschte Mobilität garantieren würde. Zusätzlich müsste aber auch die Batterien kontinuierlich verbessert werden, da die Lebensdauer durch zusätzliche Lade- und Entladezyklen belastet würde.

2.2.4 Elektromobilität aus Sicht der Nutzer

Im Punkto Mobilität das Auto mit Abstand das wichtigste Verkehrsmittel in Deutschland. 58 Prozent aller zurückgelegten Wege entfallen auf den motorisierten Individualverkehr.[40] Abschließend soll daher die Sicht der Nutzer auf die Elektromobilität betrachtet werden. Welche Technologie sich am Ende durchsetzen wird, entscheiden letztlich die Verbraucher. Insgesamt sind die Verbraucher gegenüber einer Einführung der Elektromobilität positiv gestimmt. Nach einer ADAC Umfrage halten 90 Prozent die Elektromobilität für eine sinnvolle Alternative als Verkehrsmittel. 74 Prozent könnten sich theoretisch vorstellen auf ein Elektrofahrzeug umzusteigen.[41] Bei der Vorteilhaftigkeit überwiegen insbesondere die positiven Umweltaspekte von Elektrofahrzeugen und die geringeren Betriebskosten.[42] Betrachtet man jedoch die Ansprüche, die Verbraucher an Elektrofahrzeuge stellen, dann fallen die Ergebnisse deutlich schlechter aus. Dabei kommen alle aktuellen Befragungen zu identischen Ergebnisse. Besonders bezüglich der Zahlungsbereitschaft und der Reichweite sind nur die wenigsten Nutzer bereit Abstriche zu akzeptieren. Je nach Studie sind nur zwischen 10 und 15 Prozent aller Verbraucher bereit einen Aufpreis von mehr als 15 Prozent zu bezahlen. Bezüglich der Reichweite fallen die Ergebnisse ähnlich schlecht aus. 60 bis 70 Prozent der Nutzer fordern eine Reichweite von mehr als 200 km pro Batterieladung.[43]

Vergleicht man jedoch die Erwartungen bezüglich der Reichweite, dann ergeben sich deutliche Diskrepanzen in der Wahrnehmung des eigenen Mobilitätsverhaltens und des tatsächlichen Mobilitätsverhalten. Abbildung 2 verdeutlich, dass auch Elektrofahrzeuge mit geringen Reichweiten, den überwiegenden Teil der täglichen Strecken befriedigen können. Insgesamt beträgt die durchschnittliche Wegestrecke, für 80 Prozent aller Wege, weniger als 50 km. Die durchschnittliche Nutzungsdauer liegt bei 90 Minuten.[44] Betrachtet man die Wegezwecke, dann werden die meisten Wege mit 73 Prozent aller Wege für private Zwecke zurückgelegt. Wege zur Arbeit oder dienstliche Wege fallen mit 27 Prozent an.[45]

Abbildung 2 : Verkehrsverhalten des durchschnittlichen PKW-Nutzers

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: BMU (2008b), S. 9

2.2 Technologische Grundlagen

Historisch gesehen entstanden Fahrzeuge mit Elektro- und Verbrennungsmotoren etwa zeitgleich.[46] Im späten 19. Jahrhundert konkurrierten beide Fahrzeugtypen miteinander, ohne dass sich eine Technik entscheidend durchsetzen konnte. Letztlich setzte sich aber der Verbrennungsmotor zu Beginn des 20. Jahrhunderts durch.[47] Entscheidend waren insbesondere die höheren Reichweiten bei geringeren Kosten. In der Folge wurden Elektrofahrzeuge nur noch in bestimmten Nischenmärkten eingesetzt. Die Technologien für elektrische Antriebe und Energiespeicher sind daher in ihren Grundlagen entwicklet. Allerdings besteht an zahlreichen Stellen der Wertschöpfungskette noch Forschungs- und Optimierungsbedarf. Vor allem in der Schlüsseltechnologie der Batteriespeicher sind erhöhte Anstrengungen erforderlich um eine erfolgreiche Markteinführung von Elektroautos zu gewährleisten. Im Rahmen diese Kapitels sollen dazu unterschiedlichen Konzepte und technische Grundlagen aufgezeigt werden.

2.2.1 Elektromobile Fahrzeugkonzepte

Einer der Hauptgründe warum heute überhaupt Elektrofahrzeuge als Alternative für Verbrennungsmotorn diskutiert werden, ist die hohe Energieeffizienz von elektrischen Antrieben gegenüber Verbrennungsmotoren. Da der Großteil der Energie durch Abwärme und durch Reibungsverluste verloren geht, erreichen Verbrennungsmotoren eine durchschnittliche Energieeffizienz von 20-30 Prozent.[48] Hingegen erzielen Elektromotoren eine deutliche höhere Effizienz von bis zu 90 Prozent.[49] Eine Elektrifizierung konventioneller Fahrzeuge senkt somit im elektrischen Fahrbetrieb den Energieverbrauch, wobei die Fahrzeuge zusätzlich vor Ort emissionsfrei sind. Dabei ergeben sich bei der Verbindung von Verbrennungsmotor und Elektromotor zahlreiche Kombinationsmöglichkeiten (siehe Abbildung 1). Weitere positive Aspekte ergeben sich durch die Charakteristik des Elektromotors. Auf Grund seiner Drehstromcharakteristik eignet sich der Elektromotor hervorragend für den Einsatz in Fahrzeugen. Bereits ab einer geringen Drehzahlen kann annährend das maximale Drehmoment erreicht werden. Die Beschleunigung des Fahrzeugs vom Stillstand übertrifft dadurch Werte, die für morderne Verbrennungsmotoren mit höherer Leistung erreichbar sind.

Weitere Vorteile von Elektromotoren ergeben sich aus der hohen Robustheit, der Lebensdauer, der guten Skalierbarkeit und der relativen Geräuscharmut.[50]

Abbildung 3: Fahrzeugkonzepte nach Grad der Elektrifizierung

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: BMU (2008b), S. 8

Je nach Grad der Elektrifizierung lassen sich Elektrofahrzeuge grob in vier verschiedene Kategorien einteilen: Klassische Hybridahrzeuge (HEV), Plug-in Hybridfahrzeuge (PHEV), serieller Hybrid (REEV) sowie reine Elektrofahrzeuge.[51]

Bei Hybridfahrzeuge ist der Elektromotor im Vergleich zum Verbrennungsmotor relativ schwach. Er dient hautpsächlich als Unterstützung zum Fahrtantrieb. Die Antriebsleistung wird je nach Fahrsituation vom Elektromotor, vom Verbrennungsmotor oder von beiden gemeinsam erbracht. Klassische Hybride verfügen über keine Möglichkeit, ihre Batterien extern zu laden. Sie greifen also ausschließlich auf Energie zurück, die im Betrieb an Bord des Fahrzeugs gewonnen wird.[52] Der Elektronantrieb ist so konzipiert, dass rein elektrisches Fahren möglich ist. Auf Grund der geringen Batteriekapazität lassen sich jedoch nur wenige Kilometer rein elektrisch zurücklegen. Bei Plug-in Hybridfahrzeuge enstpricht der Antrieb in seiner Auslegung dem klassischem Hybrid. Der Unterschied besteht darin, dass die Batterie über das Stromnetz extern aufgeladen werden kann.[53] Je nach Auslegung der Batteriegröße ist rein elektrisches Fahren über größer Distanzen möglich. Beim seriellen Hybrid wird die gesamte Antriebsleitstung vom Elektroantrieb bereitgestellt. Der Verbrennungsmotor dient ledigliche dem Aufladen der Batterien. Die Batterien können ebenfalls am Stromnetz aufgeladen werden und ihre Kapazität ist so konzipiert, dass ein Großteil der im Alltag zurückgelegten Strecken rein elektrisch bewältigt werden kann.

Anhand des Energiespeichers können reine Elektrofahrzeuge in zwei Kategorien eingeteilt werden. Bei Batteriefahrzeugen (BEV) wird die Energie direkt in elektrischer Form in Batterien gespeichert. Brennstoffzellenfahrzeuge (FCV) hingegen speichern Wasserstoff in Tanks, der über eine Brennstoffzelle in elektrische Energie umgewandelt wird. Das batteriebetriebene Elektrofahrzeug verfügt über eine starken Elektromotor und besitz gegenüber den anderen Varianten keinen konventionellen Verbrennungsmotor, keinen Treibstofftank und keine Abgasanlage. Für die Batterieladung wird lediglich das Stromnetz und die Rekurpation verwendet. Brennstoffzellenfahrzeuge unterscheiden sich in ihrem technischen Aufbau deutlich von den Batteriefahrzeugen. Zwar wird auch hier das Fahrzeug über einen Elektromotor angetrieben, allerdings wird die Energie über eine Brennstoffzelle bezogen. Diese wandelt Wasserstoff, der sich in einem Tank an Bord des Fahrzeugs befindet, in Elektrizität um.

Abbildung 4: Elektromobile Antriebskonzepte

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Späth et al. (2009) S. 6

2.2.2 Elektrische Energiespeicher

Ein Elektroantrieb muss die benötigte elektrische Energie immer aus einer geeigneten Energiequelle beziehen. Damit ist der Energiespeicher die Kernkomponente der Elektromobilität, da er sowohl die Reichweite der Fahrzeuge als auch die Leistungsfähigkeit bestimmt. Ein großer Nachteile von elektrischen Energiespeichern ist die, verglichen mit anderen Energieträgern, geringe gravimetrische Energiedichte.[54]

So sind fossile Energeiträger, wie z.B. Benzin mit einer Energiedichte von 12 000 Wh/kg, elektrischen Energiespeichern deutlich überlegen. Neben der Energiedichte müssen bei der Auswahl eines geeigneten Energieträgers aber noch weitere Faktoren berücksichtigt werden. Zum heutigem Zeitpunkt ist noch nicht klar welche Technolgie sich entgültigt durchsetzen wird, da verschiedene Energiespeicher ihre jeweiligen Vorteile in unterschiedlichen Bereichen Auspielen können.

Die Nickel-Metallhydrid-Batterie ( NI-MH) bildete bis jetzt den Standard unter den verwendeten Energiespeicher für Elektrofahrzeuge. So wurde für die erste Einführung von Hybridfahrzeugen wie z.B. den Toyota Prius, NIMH Batterien verwendet. Die Vorteile dieser Technolgie sind unteranderem die relativ hohe Leistungsdichte, die hohe Lebensdauer und der hohe Sicherheitsstandard.[55] Ein großer Nachteil der NIMH Technologie ist hingegen die relativ geringe Energiedichte von 60-80 Wh/kg. Weitere Entwicklungssprünge werden von Experten nicht erwartet.[56] Durch die geringe Energiedichte ist der Einsatz von NIMH-Batterien in reinen Batteriefahrzeugen mit einer großen elektrischen Reichweite eher ungeeignet, da der Energiespeicher sehr schwer werden und damit das Gesamtgewicht der Fahrzeuge übermäßig vergrößern würde.

Als vielversprechender gilt heute die Lithium-Ionen-Batterie (Li-Ion).[57] Im Konsumgüterbereich werden Li-Ion Batterien seit langem eingesetzt. Meistens werden dabei Lithium-Cobalt-Oxide verwendet (Li-CoO2). Besonders Japan, Korea und China führen diesen Markt bezüglich Technologie und Produktion an.[58] Bei einem Einsatz dieser Technologie im Automobil erweisen sich allerdings Eigenschaftsausprägungen hinsichtlich Sicherheit und Lebensdauer der Zellen als problematisch. Trotz intensiver Forschung befinden sich Li-Ion Batterien für die Automobilindustrie immer noch in der Entwicklung und haben nur begrenzt den Übergang zur Serienfertigung geschafft.

Der größte Vorteil der Li-Ionen Technologie liegt in der relativ hohen Energie- und Leistungsdichte. Bei gegebenem Gewicht und Größe weisen Li-Ion Batterien mit 100-140 Wh/kg eine bis zu 2.0 Mal höhere Energiedichte auf als herkömmliche NiMH Batterien auf.[59]

Weitere positive Eigenschaften sind die geringere Selbstentladung und die hohe Ladeeffizienz.[60] Ein weiterer Vorteil der Lithium-Technologie ist die Eigenschaft, dass man eine Vielzahl von unterschiedlichen Materialien für Anode, Kathode und Separator verwenden kann, wodurch sich weitere Verbesserungen erzielen lassen. So ist z.B. die Lithium-Eisen-Phosphat-Technologie (LiFePO4) eine Weiterentwicklung der Li-Ion-Batterie. Hierdurch konnten die Lade- und Entladeströme, die Lebensdauer und die Energiedichte verbessert werden.[61] Mittelfristig gehen Experten davon aus, dass sich die Energiedichte auf etwa 200 Wh/kg verdoppeln lässt.[62] Noch vielversprechender erweisen sich langfristig Batterien der nächsten Generation. So hat zum Beispiel die Lithium-Schwefel und Lithium-Luft Technologie das Potenzial, die gravimetrische Energiedichte theoretisch um den Faktor 5 zu erhöhen. Jedoch befinden sich die Technologien noch in der Grundlagenforschung und werden frühsten in 10 bis 15 Jahren zu Verfügung stehen.[63]

Zu den größten Nachteilen der Li-Ion Technologie zählt aktuell die geringe kalendarische Lebensdauer von etwas 5-8 Jahren. Einer der Hauptgründe liegt darin, dass die Batterien sehr sensibel auf Temperaturschwankungen reagieren. Der optimale Temperaturbereich liegt zwischen 15 und 35 °C. Liegt die Temperatur ober- oder unterhalb des Bereichs, so muss gekühlt oder geheizt werden.[64] Mittel- bis langfristig sollte die Lebensdauer aber gesteigert werden können. So konnte bereits unter konstanten Laborbedingungen eine kalendarische Lebensdauer von mehr als 12 Jahren nachgewiesen werden.[65] Zwar herrschen im Alltag nur selten kontrollierte Bedingungen, jedoch trägt auch die Verwendung anderer Materialien (z.B. Titanat-Legierungen) zur Verbesserung der Lebensdauer bei.[66] Ebenso problematisch ist die aktuelle geringe Anzahl von 500 - 1000 Tiefenentladungszyklen.[67] Dadurch wird die maximale Fahrleistung von reinen Elektrofahrzeugen deutlich eingeschränkt. So besitzt die Batterie des bereits auf dem Markt erhältlichen Tesla Roadster eine maximale Fahrleistung von 100 000 bis 150 000 km.[68]

Jedoch konnten auch hier unter Laborbedingungen die Anzahl der Tiefenentladungszyklen auf bis zu 3000 gesteigert werden, so dass mittelfristig eine deutlich höhere maximale Fahrleistung realistisch erscheint.[69]

Ein weiterer kritischer Faktor ist die Sicherheit der Batterien. Auf Grund von Sicherheitsbedenken über die LiCoO2 Technologie, wurde z.B. die Einführung der 2. Generation des Toyota Prius verschoben.[70] Lithium ist ein hoch reaktives Metall und die Komponenten sind sehr leicht brennbar. Die größte Gefahr besteht durch Überladung. Um die Sicherheit und die Lebensdauer zu gewährleisten benötigen Li-Ion Batterien ein intensives Batteriemanagement, welches zur jeder Zeit die Zellspannung und die Temperatur überwacht.[71]

Neben den technischen Eigenschaften bilden die Kosten einen erheblichen Nachteil. Aktuell belaufen sich die Kosten auf etwa 700-1000 €/kWh.[72] Langfristig sind aber auch hier weitere Verbesserungen zu erwarten.[73]

2.3 Zusammenfassung

Zu Beginn der Einführung in die Elektromobilität wurden die wichtigsten Stakeholder betrachtet. Dabei konnte gezeigt werden, dass sowohl die deutsche als auch die internationale Politik ein großes Interesse für das Thema Elektromobilität zeigt. Der Hauptgrund liegt darin, dass Elektrofahrzeuge einen wesentlichen Beitrag für die energie- klimapolitischen Ziele leisten können. Zusätzlich spielen aber auch wirtschaftliche Aspekte eine wichtige Rolle. Die deutsche Politik hat sich in ihrem Nationalen Entwicklungsplan zwar ambitionierte Ziele gesetzt, hält sich aber verglichen mit anderen Staaten bei der langfristigen Förderung zurück. So laufen die meisten im Konjunktur Paket II beschlossen Fördermaßnahmen Ende 2011 aus. Auch ein Kaufanreiz für Elektrofahrzeuge wird aktuell abgelehnt. Einer der Hauptgründe liegt sicherlich darin, dass die deutsche Automobilindustrie noch über keine marktreife Elektrofahrzeuge verfügt. Daher würden ausschließlich ausländische Anbieter von einer staatlichen Förderung profitieren.

Bei der Automobilindustrie hat sich das Problem der Doppelbelastung herauskristallisiert. Zum einen besteht der Zwang konventionelle Antriebe weiter zu entwickeln, zum anderen in die kapitalintensive Forschung und Entwicklung (FuE) zu investieren, um Kernkompetenzen im Bereich der Elektromobilität aufzubauen. Dabei besteht die Problematik, bei Nichtinvestition in FuE-Aktivitäten in zukünftigen Märkten nicht mehr wettbewerbsfähig zu sein. Jedoch ist trotz intensiver Forschung nicht garantiert, dass sich die Investitionen zukünftig rentieren.

Für die Energiewirtschaft bildet die zusätzliche Stromnachfrage, die durch Einführung der Elektromobilität entsteht, einen eher uninteressanten Geschäftsbereich. Vielversprechender ist das Vehicle-to-grid Konzept, bei dem Elektrofahrzeuge sowohl positive als auch negative Regelenergie zu Verfügung stellen. Ähnlich dem Investitionsdilemma der Automobilwirtschaft, sind zukünftige Renditeerwartungen des Geschäftsmodells unsicher. Zum einen sind hohe Investitionen in die Ladeinfrastruktur notwendig, zum anderen muss eine ausreichende Markdurchdringung von Elektrofahrzeugen gegeben sein.

Als letzter Stakeholder wurden die potenziellen Nutzer betrachtet. Der Verbraucher entscheidet letztendlich, welche Form der Mobilität sich langfristig durchsetzen wird. Dabei wurde gezeigt, dass eine große Diskrepanz zwischen dem wahrgenommenen und dem tatsächlichen Mobilitätsverhalten besteht. Das tatsächliche Mobilitätsverhalten meint dabei, die durchschnittliche Tagesstrecke eines Nutzers. Das wahrgenommene Mobilitätsverhalten beinhaltet das Sicherheitsbedürfnis der Nutzer, im Fall der Fälle, über die durchschnittliche Tagesstrecke hinweg mobil zu sein. Dieses zusätzliche Mobilitätssicherheitsbedürfnis führt zu der Diskrepanz zwischen dem eigentlichen und dem wahrgenommenen Mobilitätsverhaltens. Die Diskrepanz entsteht auf Grund limitierter Eigenschaften von Elektrofahrzeugen wie z.B. die geringe Reichweite. Zusätzlich zeigen die Verbraucher eine geringe Zahlungsbereitschaft, was auf einen geringen Kenntnisstand über die Nutzen von Elektrofahrzeugen zurückzuführen ist.

Im zweiten der Teil der Einführung wurde der technische Stand der Elektromobilität betrachtet. Hierfür wurden einzelne Fahrzeugkonzepte und die Batterie als kritische Komponente vorgestellt. Je nach Grad der Elektrifizierung ergeben sich unterschiedliche Vor- und Nachteile von Elektrofahrzeugen. Hybridfahrzeuge garantieren auf Grund ihres bivalenten Antriebsstrangs hohe Reichweiten, die konventionellen Fahrzeugen entsprechen.

Durch die Kombination von Elektromotoren und konventionellen Antrieben kann die Effizienz gegenüber normalen PKW gesteigert werden. Da der Verbrennungsmotor jedoch in der Regel das Fahrzeug antreibt, erreichen Hybridfahrzeugen nicht die Effizienz von reinen Elektrofahrzeugen. Zu den größten Herausforderungen zählt die Kombination der beiden Antriebsarten. Hierdurch müssen zentrale Bauteile doppelt vorgehalten werden, wodurch sich Komplexität und die Kosten erhöhen.

Im Gegensatz zu Hybridfahrzeugen werden reine Elektrofahrzeuge ausschließlich von einem Elektromotor angetrieben und weisen daher eine deutlich höhere Energieeffizienz auf. Reine Elektrofahrzeuge zeichnen sich zusätzlich durch Emissionsfreiheit aus. Weder Kohlendioxid noch andere unerwünschte Nebenprodukte des Verbrennungsprozesses konventioneller Kraftfahrzeuge fallen an. Zusätzlich können noch Lärmemissionen vermieden werden, was sich besonders im innerstädtischen Bereich besonders positiv auswirken sollte. Da konventionelle Fahrzeuge fast ausschließlich mit Benzin und Diesel angetrieben werden, ergibt sich hierdurch eine hohe Abhängigkeit von der Versorgung mit Mineralöl. Der Strom für Elektrofahrzeuge stammt dagegen aus vielen verschiedenen Quellen. Neben den Vorteilen von reinen Elektrofahrzeugen sind aber auch Schwächen zu betrachten. Reine Elektrofahrzeuge leiden unter zu geringen Reichweiten, was auf die technischen Eigenschaften der Batterien zurückzuführen ist. Bei den einzelnen Batterietechnologien, wird ausschließlich der Lithium-Ionen-Technologie ein ausreichendes Zukunftspotenzial zugesprochen. Vorteile dieser Technologie sind besonders die hohe Energie- und Leistungsdichte, verglichen mit anderen Batterietechnologien. Aktuell erweisen sich jedoch u.a. die geringe Lebensdauer und die begrenzte Anzahl der Zyklen als kritisch. Trotz der zu erwartenden Technologiesprünge, können die generellen Nachteile gegenüber anderen Energiespeicherformen nicht nachhaltig überwunden werden. Selbst bei einer langfristigen Steigerung der Energiedichte, bleiben die Nachteile gegenüber fossilen Energieträgern wie z.B. Benzin bestehen. Zusätzlich benötigen reine Batteriefahrzeuge besonders große Batterien, die sehr kostspielig sind.

Vergleicht man die einzelnen Fahrzeugkonzepte, dann besitzen nur reine Batterie- oder Brennstoffzellenfahrzeuge, trotz der genannten Nachteile, langfristig das Potenzial eine Mobilität zu garantieren, die unabhängig von fossilen Brennstoffen ist und dabei deutlich geringere Treibhausgasemissionen verursacht. Daher werden in der nachfolgenden wirtschaftlichen Analyse ausschließlich reine Elektrofahrzeuge betrachtet. Wobei sich der Fokus auf reine Batteriefahrzeuge konzentriert

3. Analyse der Wirtschaftlichkeit von reinen Batteriefahrzeugen im Jahr 2020

Grundlage der wirtschaftlichen Analyse ist das Ziel des Nationalen Entwicklungsplan Elektromobilität. Darin fordert die Bundesregierung, dass im Jahr 2020 mindestens 1 Millionen Elektrofahrzeuge in Deutschland zugelassen sein sollen. Dabei wird die kritische Annahme getroffen, dass es sich bei der Vorgabe um ausschließlich reine Batteriefahrzeuge handelt.

Die Analyse der Wirtschaftlichkeit wird für zwei Bereiche durchgeführt. Im ersten Teil der wirtschaftlichen Analyse sollen die Ziele der Bundesregierung aus gesamtwirtschaftlicher Sicht beurteilt werden. Hierfür wird eine Nutzen-Kosten-Analyse (NKA) angewendet. Dabei sollen die gesamtwirtschaftlichen Nutzen den gesamtwirtschaftlichen Kosten gegenübergestellt werden. Im zweiten Teil wird die Wirtschaftlichkeit von reinen Batteriefahrzeugen aus Sicht des Endnutzers analysiert. Mit der Analyse auf Endnutzerebene soll ermittelt werden, ob und zu welchen Bedingungen sich ein Umstieg auf ein reines Batteriefahrzeug lohnt. Auf Grundlage der einzelwirtschaftlichen Analyse wird das theoretische Marktpotenzial bestimmt. Damit die Wirtschaftlichkeitsanalyse einen möglichst breiten Rahmen bekommt, werden zunächst die 4 wichtigsten Einflussfaktoren auf die Wirtschaftlichkeit von reinen Batteriefahrzeugen bestimmt und mit jeweils zwei möglichen Entwicklungen für das Jahr 2020 abgebildet.

3.1 Einflussfaktoren auf die Wirtschaftlichkeit von reinen Batteriefahrzeugen

Für die Wirtschaftlichkeit von reinen Batteriefahrzeugen spielen zwei Faktoren eine besonders wichtige Rolle: die Mehrkosten bei der Anschaffung und die eingesparten Betriebskosten über die Dauer der Nutzung. Dabei entstehen die Mehrkosten überwiegend aus den zusätzlichen Batteriekosten. Die eingesparten Betriebskosten hingegen hängen sehr stark von dem Verbrauch der konventionellen Antriebe, dem Ölpreis und den sich daraus ableitenden Benzinkosten, und den Strompreisen ab.

Für die wirtschaftliche Analyse sollen daher insgesamt vier Faktoren berücksichtigt werden: der zukünftige Verbrauch konventioneller Antriebe, die Ölpreisentwicklung, die Batteriekosten sowie die Entwicklung der zukünftigen Strompreise.

Für jeden der Faktoren werden jeweils zwei mögliche Entwicklungen für das 2020 gebildet. Eine Entwicklung, die einen positiven Einfluss auf die Elektromobilität besitzt und eine Entwicklung, die sich negativ auf die Elektromobilität auswirkt. Insgesamt lassen sich die einzelnen Ausprägungen zu sechzehn verschiedenen Szenarien zusammenfassen.[74]

3.1.1 Die Entwicklung des zukünftigen Verbrauchs konventioneller Antriebe

Die Bestimmung des zukünftigen Verbrauchs konventioneller Antrieben im Jahr 2020 soll auf Basis zukünftiger CO2 – Grenzwerte der EU erfolgen, da der CO2 – Ausstoß direkt vom Kraftstoffverbrauch abhängt. So entstehen bei der Verbrennung von einem Liter Benzin 2370 g CO2.[75]

Hierfür werden zwei Referenzfahrzeuge gebildet und mit den zur Verfügung stehenden Technologien zur Verbrauchsreduzierung ausgestattet. Grundlage für die Referenzfahrzeuge ist das durchschnittliche benzinbetriebe Neufahrzeug in Deutschland im Mai 2010. Die Dieseltechnologie wird nicht betrachtet, da den Otto-Motoren ein höheres Potenzial bei der Verbrauchsreduzierung zugesprochen wird.[76]

Im Monat Mai 2010 lag der CO2-Ausstoß eines durchschnittlichen benzinbetriebenen Neufahrzeugs bei 153,2 g CO2/km.[77] Dieser Wert entspricht einem Benzinverbrauch von etwa 6,5 l/100 km. Der VW Golf 1,4 TSI mit 90 kw ist damit in etwa ein typisch durchschnittliches Flottenfahrzeug.[78]

Im Jahr 2009 hat die EU eine Verordnung zur Minderung der CO2 – Emissionen bei neuen PKWs verabschiedet. Danach soll ein durchschnittliches Neufahrzeug eines Herstellers bis 2012 maximal 130 g CO2/km ausstoßen. Im Jahr 2012 müssen zunächst 65 Prozent der Neuwagenflotte eines jeden Herstellers die Norm erfüllen, ein Jahr später 75 Prozent, 2014 dann 80 Prozent und ab 2015 schließlich alle Neuwagen.[79] Ab 2020 liegt der Grenzwert bei 95 g/km, wobei dieser Grenzwert bis 2013 noch einmal überprüft werden soll.

Damit die Zielwerte erreicht werden, sieht die Verordnung eine gestaffelte Lenkungsabgabe vor. Ab 2019 gilt der volle Satz von 95 €/g pro g/km Überschreitung.[80]

Um die Automobilindustrie durch die Verordnung aber nicht zu überfordern und die Entwicklung von alternativen Antrieben zu fördern, können PKWs mit einem durchschnittlichen CO2 – Ausstoß von unter 50 g CO2/km bis ins Jahr 2015 mehrfach angerechnet werden. Speziell die deutsche Automobilwirtschaft fordert eine Verlängerung der Regelung bis ins Jahr 2020. Auch die Bundesregierung hat sich im Zuge des Nationalen Entwicklungsplan Elektromobilität dazu verpflichtet, sich für eine mehrfache Anrechnung von Fahrzeugen mit weniger als 50 g CO2/km auf die CO2 – Flotten – Ziele bis 2020 einzusetzen.[81]

Auf Grund der Bestimmungen ist es anzunehmen, dass der durchschnittliche Verbrauch von benzinbetriebenen Antrieben bis ins Jahr 2020 auf mindestens 5,5 l/100 km gesenkt wird.[82] Dieser Wert soll für den Fall „moderate Verbrauchsreduktion“ angenommen werden. Die Einsparungen können u.a. mit Verbrennungsoptimierung, Downsizing, Aluminiumkarosserie und neuen Brennverfahren realisiert werden.[83] Zusätzlich wird hierbei unterstellt, dass sich die Automobilindustrie durchsetzt und eine Verlängerung der Mehrfachanrechnung bis 2020 erreicht. Im Fall „starke Verbrauchsreduktion“ wird angenommen, dass das Ziel von 95 g CO2/km umgesetzt wir und dadurch der durchschnittliche Verbrauch auf 4 l/100 km gesenkt wird. Dabei reichen die oben beschriebenen Maßnahmen zur Verbrauchsreduzierung jedoch nicht aus, sonder das Referenzfahrzeug muss zusätzlich mit der Hybridtechnik ausgestattet werden.[84] Hierbei handelt es sich um einen wie in Kapitel 2.2.1 beschriebenen Voll-Hybrid. Eine Verlängerung der Mehrfachanrechnung wird hierbei nicht angenommen, so dass der Verbrauch konventioneller Antriebe deutlich gesenkt werden muss.

[...]


[1] Vgl. BMU (2009a) S. 17

[2] Vgl. scinexx (2010)

[3] Vgl. BMWi Pressemitteilung (2008)

[4] Vgl. BMU Pressemitteilung (2010)

[5] Vgl. BMU Pressemitteilung (2009)

[6] ebenda

[7] Vgl. BMU (2009b), S. 8

[8] Vgl. Pehnt / Höpfner (2007), S. 6 f.

[9] Vgl. BMU (2008a), S. 7

[10] Vgl.KBA (2010)

[11] Vgl. KBA (2010a)

[12] Vgl. VDA (2009), S. 12

[13] Vgl. ACEA (2010), S. 4

[14] Vgl. BMU (2009b) S. 19 ff.

[15] Vgl. Handelsblatt Onlineartikel (2010a)

[16] Vgl. Hacker et al. (2009), S. 78 ff., accentur (2009), S.15, EU Kommission (2009), S.10

[17] Vgl. Leschus et al. (2009), S. 58 f.

[18] Vgl. A.T. Kearney (2009a), S. 6

[19] Vgl. Späth et al. (2009), S.41

[20] Vgl. acatech ( 2010), S. 30

[21] Vgl. A.T. Kearney (2009a), S. 3

[22] Vgl. Handelsblatt Onlineartikel (2010b)

[23] Vgl. Handelsblatt Onlineartikel (2009)

[24] Vgl. Leschus et al. (2009), S. 59

[25] Vgl. McKinsey Pressemittteilung (2009)

[26] Vgl. Mitsubishi Pressemitteilung (2009)

[27] Vgl. Nissan (2010)

[28] Vgl. Auto-Motor-Sport Onlineartikel (2009)

[29] Vgl. VW Pressemitteilung (2010)

[30] Bei einer Fahrleistung von 15.000 km und einem Verbrauch von 15 kWh/100km

[31] Vgl. BMU (2008b), S. 11

[32] Vgl. Helmich (2009), S. 13 f.

[33] Vgl. Wietschel et al. (2009), S. 39

[34] Vgl. Dudenhausen (2008), S. 3 f.

[35] Vgl. A.T. Kearney (2009b), S. 3

[36] Vgl. Kempton / Tomic (2005), S. 268

[37] Bei einem 1-Phasigen Anschluss (3,6 kw)

[38] Vgl. Pehnt / Höpfner (2007), S. 14

[39] Vgl. Woyke (2009), S. 9

[40] Vgl. MiD (2008), S. 25

[41] Vgl. Welt Onlineartikel (2010)

[42] Vgl. TÜV Süd (2009a), S. 11

[43] Vgl. accenture (2009), S. 7 f., TÜV Süd (2009b) S. 11 f., Plus Marktforschung (2009), S. 4

[44] Vgl. MiD (2008), S. 87 f.

[45] Vgl. MiD (2008), S. 83

[46] Vgl. Ehsani et al. (2005), S. 13 ff.

[47] Vgl. Duke et al. (2009), S. 3456

[48] Vgl. Lache / Nolan (2008), S. 14

[49] Vgl. Campanari et al. (2009), S. 469

[50] Vgl. Cornel (2008), S. 23 f.

[51] Vgl. Wietschel/Dallinger (2008), S. 8 f

[52] Vgl. Ehsani et al. (2005), S. 333 ff.

[53] Vgl. Bradley / Frank (2007), S. 115 ff.

[54] Vgl. Späth et al. (2010), S. 9

[55] Vgl. Kalhammer et al. S. 37 ff.

[56] Vgl. Kromer / Heywood (2007) S. 35

[57] Vgl. Kromer / Heywood (2007), S. 34

[58] Vgl. Späth et al. (2010), S.11

[59] Vgl. Lache / Nolan (2008), S. 22

[60] Vgl. Späth et al. (2010), S. 11

[61] Vgl. Scrosati / Garche (2010), S. 2424

[62] Vgl. Tech-On Onlineartikel (2009)

[63] Vgl. Wietschel / Bünger (2010), S. 53 f.

[64] Vgl. Rosenkranz (2009), S. 11

[65] Vgl. Kalhammer et al. (2007), S. 29 ff.

[66] Vgl. Wietschel / Bünger (2010), S. 86

[67] Vgl. Vezzini (2009), S. 21

[68] Vgl. Tesla Motors (2009), S. 1

[69] Vgl. Kalhammer et al. (2007) S. 30, Rosenkranz (2009), S. 10

[70] Vgl. The Wall Street Journal (2007)

[71] Vgl. Axsen et al. (2008) S. 16

[72] Vgl. Wietschel / Bünger (2010), S. 85

[73] Siehe Kapitel 3.1.4

[74] Siehe Anhang Tabelle 25

[75] Vgl. KBA (2009), S. 3

[76] Vgl. Baum / Westerkamp (2009), S. 30

[77] Vgl. KBA (2010), Tabelle 2

[78] Vgl. DAT (2010), S. 55, ADAC Autokatalog (20110)

[79] Vgl. UBA Österreich (2010)

[80] Vgl. Amtsblatt der Europäischen Union (2009), S. L 140/5 ff.

[81] Vgl. BMU (2010), S. 4

[82] 5,5 l/km entsprechen einem CO2-Ausstoß von 130 g/km

[83] Vgl. Baum / Westerkamp (2009), S. 32 ff.

[84] Vgl. Wietschel / Bünger (2010), S. 92 , Baum / Westerkamp (2009), S. 32 ff.

Details

Seiten
100
Erscheinungsform
Originalausgabe
Jahr
2010
ISBN (eBook)
9783842805897
Dateigröße
1.3 MB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v227381
Institution / Hochschule
Universität zu Köln – Fakultät für Wirtschafts- und Sozialwissenschaften, Betriebswirtschaftslehre
Note
1,7
Schlagworte
elektromobilität elektrofahrzeuge nutzen-kosten-analyse break-even-analyse marktpotenzial

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Titel: Ökonomische Bewertung des Marktpotenzials von reinen Elektrofahrzeugen im Jahr 2020