Entwicklungspotential elektrischer Antriebe im Straßenverkehr

Abstract

Diese Arbeit behandelt das Potential elektrischer Antriebsstränge im privaten Straßenverkehr. Es werden moderne Antriebssysteme wie Hybridsysteme, Range Extender, Batteriesysteme und Brennstoffzellentechnologie sowie traditionelle Verbrennungskraftsysteme verglichen. Bis auf einen kurzen Exkurs werden ausschließlich zweispurige Personenkraftfahrzeuge behandelt.<br />Nach dem einleitenden Kapitel werden die Antriebstechnologien und ihre Eigenschaften vorgestellt. Mit dem gesammelten Datenmaterial aus der Fachliteratur der letzten Jahre und Gesprächen mit Personen aus der Automobil wie auch der Energiewirtschaft steht eine Datenbank zur Verfügung. Mit diesen Rohdaten ist es möglich, die Antriebssysteme im Hinblick auf Antriebstrangwirkungsgrad (Tank to Wheel), Wirkungsgrad ab Ladeeinrichtung (Charger to Wheel) und Primärenergiewirkungsgrad (Well to Wheel) zu vergleichen. Für eine vollständige Gegenüberstellung verschiedener Systeme ist nicht nur der spezifische Wirkungsgrad, sondern auch der Energiebedarf des Systems notwendig. Zu diesem Zweck wurden Energieberechnungen aufgrund von drei verschiedenen Umfeld-Szenarien durchgeführt. Man unterscheidet ein Jahresdurchschnitts-Szenario, ein Winter-Szenario und ein kaltes Jänner-Szenario. Der Grund hierfür liegt in den stark unterschiedlichen Leistungen, die einem PKW über die Jahreszeiten abverlangt werden. Als endgültiger Vergleichswert wird der Nutzwirkungsgrad des Antriebssystems definiert und berechnet.<br />Ein weiterer wichtiger Punkt für eine neue Technologie ist das Umfeld, in dem sie überleben muss. Aus diesem Grund werden als zweiter Schwerpunkt dieser Arbeit die volkswirtschaftlichen Randbedingungen besprochen. Bevölkerungsstand, Kraftfahrzeugbestände und Pendlerzahlen spielen ebenso eine Rolle wie Energiebilanz, Strommix, Treibhausgasausstoß sowie Steuer- und Preispolitik.<br />Ein Vergleich eines Batteriefahrzeugs mit seinem verbrennenden Schwestermodell soll Aufschluss über Wirtschaftlichkeit und Amortisation geben. Überlegungen und Berechnungen zur nötigen Infrastruktur geben wiederum einen Ausblick auf die nötigen Aufwendungen in öffentlichen Zonen. Auch in diesem Teil der Arbeit sollen die wirtschaftliche Sinnhaftigkeit und der Umweltaspekt von Elektrofahrzeugen beleuchtet werden, da sich ein Produkt am freien Markt behaupten können muss.<br />Abschließend wird anhand verschiedener Ansätze, die im Lauf der Arbeit gezeigt und berechnet wurden, der elektrische Strombedarf für private elektrische Mobilität dar-gestellt.<br />

This thesis discusses the potential of electric drive trains in private road traffic. The modern systems like hybrids, range extender, battery- and fuel cell systems as well as the traditional internal fuel combustion engines are compared. There will only be a discussion about two-lane automobiles except for a short excurse.<br />After the introduction the drive trains and their characteristics will be presented. With the data material out of readings of the last couple of years and the information from figures of the automobile and the energy industry, a database is available. With this database it is possible to calculate and compare the drive trains due to their tank to wheel, charger to wheel and well to wheel efficiencies. For the complete comparison the energy demand of the systems is missing. For this case three surrounding sce-narios were declared. There is the annual average, the winter scenario and the cold January scenario based on the different performance a car has to provide due to the seasons. The ultimate reference value is the practice efficiency.<br />A very important point for a new technology is the surrounding, in which it has to be competitive. For this case the economic and social boundary condition are discussed. Population, population of cars and commuters are as important as the energy foot-print, greenhouse gas emissions, tax and price politics.<br />A comparison between a battery electric car and the combusting pendant should give information about economic efficiency and recovery.<br />Calculations of the necessary infrastructure give information about investments in public areas and traffic. Addition-ally the economic and environmental benefits of interest are mentioned in this section of the paper.<br />The paper is concluded with a calculation of the demand of electric energy for the private transportation with cars. Three different rudiments are the basis for this calcu-lation and the average is now the prognosis.