Potenziale der Elektromobilität in Österreich...Micro Hybride Mild Hybride Voll Hybride...

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Potenziale der Elektromobilität in Österreich Potenziale der Elektromobilität in Österreich – Modellbasierte Szenarien 20102050 Dipl.Ing. Maximilian Kloess Dipl.Ing. Andreas Müller Prof. Dr Reinhard Haas Institut für elektrische Anlagen und Energiewirtschaft – TU Wien 11.Symposium Energieinnnovation KLOESS – TU Wien, EEG

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Potenziale der Elektromobilität in ÖsterreichPotenziale der Elektromobilität in Österreich – Modellbasierte Szenarien 2010‐2050

Dipl.‐Ing. Maximilian KloessDipl.‐Ing. Andreas MüllerProf.  Dr Reinhard Haas 

Institut für elektrische Anlagen und Energiewirtschaft – TU Wien

11.Symposium Energieinnnovation  KLOESS – TU Wien, EEG

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Projekt:

Entwicklung von Szenarien der Verbreitung von PKW mit teil‐ und voll‐elektrifiziertem Antriebsstrang unter verschiedenen politischen 

Rahmenbedingungen

ELEKTRAELEKTRA

l h lA3plus‐Technologieprogramm 

"Alternative Antriebssysteme und Treibstoffe"

Projektpartner: Joanneum Research Forschungsgesellschaft mbH j p g g

AVL List GmbH

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ELEKTRA‐Projekt: Ziele• Abschätzungen der Entwicklung von Energieeffizienz, Kosten und 

Treibhausgasemissionen für Fahrzeuge mit teil‐ und voll elektrifiziertem Antrieb

• Analyse, wann, unter welchen energiepolitischen, technischen und wirtschaftlichen Bedingungen und in welchem Ausmaß elektrische g gAntriebssysteme für PKW in Österreich relevant werden

• Darstellung und Diskussion anhand modellbasierter Szenarien

Arbeitsschwerpunkte:

Technische Analyse:Wirkungsgrade/Kraftstoffverbrauch 2010 – 2050 (AVL List)Technische Analyse: Wirkungsgrade/Kraftstoffverbrauch 2010  2050 (AVL List)

Ökologische Analyse: Kumulierter Energieverbrauch & Treibhausgasemissionen 2010‐2050, Life‐Cycle Analyse (Joanneum Research)

Wirtschaftliche Analyse: Kostenabschätzung 2010‐2050, Modellbasierte Szenarien, (TU Wien, EEG)

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• Methodik des Modells• Wirtschaftlichkeit der Antriebsystemey

– Investitionskosten– Kraftstoffkosten– Steuerliche RahmenbedingungenSteuerliche Rahmenbedingungen– Gesamtkosten

• Szenarien 2010‐2050– Lerneffekte bei Technologien– Energiepreisentwicklung– Änderungen der steuerlichen Rahmenbedingungen

• Ergebnisse – Markt‐ und Bestandsdurchdringung 2010‐2050– Energieverbrauch 2010‐2050Energieverbrauch 2010 2050– Treibhausgasemissionen 2010‐2050

• Schlussfolgerungen

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Methodik der Modellierung

Net costs of vehicles:3 vehicle classes8 propulsion systems

cost of component 1

earn

ing Bottom-Up-Fleet Model

Vehicle-Technology - Model

GHG emissions p p y

cost of component nglob

al le

M k t Sh

Investment costs €/km:•Acquisition costs•Vehicle life time•Interes levelKil t d i b

Biofuel Blending

Energy Consumption & Fuel Mix

Market Shares

Political Framework conditions:•Tax on onwnership•Tax on acquisitionF l t

•Kilomters driven by year

service cost €/km

Purchase decision

Annual vehicle registration•By vehicle class•By propulsion system

Overall vehicle stock

•Fuel tax•Subsidies …

Fuel costs €/km:•Vehicle efficiency•Net Fuel price•taxation

€/

Exogenous Parameters:

Diffusion Barriers:•Infrastructure•Availability

Efficiency of vehicles

Statistic Parameters:•Fuel stock •Technologies •Age structure•Distribution of classes•Driving distances

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g•Fossil fuel price scenarios•IncomeFossil fuel price scenarios

•Availability…

g

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Grundannahmen

• Spezifische Kosten sind zentrales Entscheidungskriterium für Antriebsystemey– Einschränkungen:  Verfügbarkeit, Infrastruktur, Nachteile bei der 

Nutzung

• Preisniveau und Einkommen beeinflussen Nachfrage nach Mobilität:

G t N l– Gesamte Neuzulassungen

– Größe u. Leistung der Fahrzeuge

– Nutzungsintensität g

• Fahrzeugbestand durch 3 Fahrzeugkategorien modelliert

• Unterschiedliches Nutzerverhalten wurde durchUnterschiedliches Nutzerverhalten wurde durch Nutzerkategorien (jährliche km‐Leistung) erfasst

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Antriebsysteme

Verbrennungsmotor‐basierte Antriebsysteme:

MicroHybrid Mild Hybrid Voll HybridKonventioneller Antrieb

ICE

Motor

ICE

Mo

Contr

ICE

C

Generator

ICE

Motor

Transmission

Battery12V

Inverter

Transmis

otor

InverterrolU

nit

Transmission

Motor IN

Vontrol U

nitTransmission

Battery12V

Inverter

n

Tank

ssion

Tan

Battery

120V

DC

/DC

Batter12V

Tan

Battery

200VV

DC

/DC

Batte12 V

Tank k k ry

nk ryV

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Antriebsysteme

Elektrische Antriebsysteme:

Plug‐In HybridPHEV

Serieller HybridElektrofahrzeugBEV

Brennstoffzellen‐Fahrzeug (BZ)

ICE

Gene

ICE ControlU

n

Batteries

FC-Syerator

Invertercontrol

unit

M

TransmM

otor/G

enerator

Inverterit

clutch

INV

ControlU

nit

ystem

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nit

M

Ta

Batteries20

rMotor

mission

T

Batteries

200V

DC

/DC

Ba1

Motor H

2-Tank

Batteries

otor

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00V

Tank

attery12V

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Spezifikationen der Fahrzeuge

onel

ler

Ben

zin

onel

ler

Die

sel

rid rid Hyb

rid

Hyb

rid

ahrz

eug

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elle

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Kon

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Mild

Hyb

Vol

l Hyb

r

Plu

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H

Ser

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r

Ele

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fa

Bre

nnst

oFa

hrze

ug

Fahrzeuggewicht (kg) 1470 1522 1450 1458 1538 1623 1687 1645

Verbrennungsmotor Leistung (kW): 75 75 65 50 50 40 0 0

Elektromotor Leistung (kW): 0 0 20 50 50 75 75 75g ( )

Li-Ionen Batterien (kWh) 1 2 10 20 50 20

Elektrische Reichweite (km) 40 80 200 500

G ( )Gesamtreichweite (km) 700 700 700 700 700 700 200 500

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Gesamtkosten der Fahrzeuge• Investitionskosten 2010‐2050: technologische Lerneffekten der Komponenten

• Kraftstoffkosten – Kraftstoffverbrauch 2010‐2050

– Kraftstoffpreise netto: Anstieg 2010 – 2050gemäß E‐Preisszenario: „PRIMES‐high“: 2010: 77$/bbl 2050: 148$/bbl

• Versicherungskosten: 2010‐2050 konstant

• Wartungskosten & sonstige Kosten (inkl. Reifen): 2010‐2050 konstantWartungskosten & sonstige Kosten (inkl. Reifen): 2010 2050 konstant

• Politische Rahmenbedingungen in Österreich:– Mineralölsteuer: unterschiedlicher Steuersatz für Benzin, Diesel, CNG

l– KFZ Steuer: Motorleistung

– Zulassungssteuer/Normverbrauchsabgabe (NOVA)

Politische Rahmenbedingungen 2010‐2050:  4 Szenarien

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Investitionskosten der Antriebsysteme – 2010

50.000

35.000

40.000

45.000

Basic Vehicle IC‐Engine+Transmission Electric Drive Batteries FC + H2‐Tank

20 000

25.000

30.000

10.000

15.000

20.000

0

5.000

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Lerneffekte bei Lithium Ionen‐Batterien

2010: 700€/kWh

Lernrate: 7,5%

2030: ≈250€/kWh

2020: ≈320€/kWh

2050 220€/kWh

700 €

800 €

2050: ≈220€/kWh

400 €

500 €

600 €

700 €

kWh

100 €

200 €

300 €€/

0 €

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Investitionskosten der Antriebsysteme – 2010

50.000

35.000

40.000

45.000

Basic Vehicle IC‐Engine+Transmission Electric Drive Batteries FC + H2‐Tank

20 000

25.000

30.000

10.000

15.000

20.000

0

5.000

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Investitionskosten der Antriebsysteme – 2050

50.00050.000

35.000

40.000

45.000

Basic Vehicle IC‐Engine+Transmission Electric Drive Batteries FC + H2‐Tank

35.000

40.000

45.000

Basic Vehicle IC‐Engine+Transmission Electric Drive Batteries FC + H2‐Tank

20 000

25.000

30.000

20 000

25.000

30.000

10.000

15.000

20.000

10.000

15.000

20.000

0

5.000

0

5.000

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Wirkungsgrade der Antriebsysteme

80%

90% 40km – E‐Reichweite50% der Fahrten 

80km – E‐Reichweite80% der Fahrten 

60%

70%

Efficien

cy η

2010 2050

30%

40%

50%

10%

20%

0%

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Quelle: AVL List

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Gesamtkosten Stand 2010

10.000 

Mittelklasse, 15 000km/Jahr

7 000

8.000 

9.000 

5.000 

6.000 

7.000 

VAT‐fuel

Fuel tax

Fuel‐net‐cost

2.000

3.000 

4.000  Tax on Ownership

Maintenance

Insurance

1.000 

2.000 VAT‐Vehicle

Tax on Acquisition

Net Vehicle Cost

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Politische Rahmenbedingungen 2010‐2050

4 Szenarien 2010‐2050:• Politik BAU Business as usual“• Politik BAU„Business‐as‐usual  

• Politik BAU + Förderung elektrischer Antriebsysteme2010‐2020: 1500€ für Kauf eines Fahrzeuges mit elektrischem Primärantrieb (EV, PHEV, SHEV)2010 2020: 1500€ für Kauf eines Fahrzeuges mit elektrischem Primärantrieb (EV, PHEV, SHEV)

• Politik „aktiv“ 

• Politik „aktiv“ + Förderung elektrischer AntriebsystemePolitik „aktiv    Förderung elektrischer Antriebsysteme

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Szenario: Politik „Business‐as‐usual“(BAU)

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

2025

2026

2027

2028

2029

2030

KFZ SteuerMotorleistung

Zulassungssteuer‐NOVAStatus 2009

Mineralölsteuer

CO2‐140  Bonus/MalusCO2‐120  Bonus/Malus

MineralölsteuerStatus 2009Alternative 1Alternative 2Alternative 3Alternative 3

Status 2009 Alternative 1  Alternative 2 Alternative 3€/kWh €/kWh €/kWh €/kWh

Gasoline 0,051 0,05 0,07 0,1Gasoline 0,051 0,05 0,07 0,1Diesel 0,036 0,05 0,07 0,1CNG 0,004 0,05 0,07 0,1Electricity 0 0 0,02 0,02H2 0 0 0 02 0 02

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H2 0 0 0,02 0,02

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Szenario: Politik „aktiv“(BAU)

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

2025

2026

2027

2028

2029

2030

KFZ Steuer

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

2025

2026

2027

2028

2029

2030

KFZ SteuerMotorleistung

Zulassungssteuer‐NOVAStatus 2009

Motorleistung

Zulassungssteuer‐NOVAStatus 2009

Mineralölsteuer

CO2‐140  Bonus/MalusCO2‐120  Bonus/Malus

Mineralölsteuer

CO2‐140  Bonus/MalusCO2‐120  Bonus/Malus

MineralölsteuerStatus 2009Alternative 1Alternative 2Alternative 3

MineralölsteuerStatus 2009Alternative 1

Alternative 2Alternative 3Alternative 3

Status 2009 Alternative 1  Alternative 2 Alternative 3€/kWh €/kWh €/kWh €/kWh

Gasoline 0,051 0,05 0,07 0,1

Alternative 3

Gasoline 0,051 0,05 0,07 0,1Diesel 0,036 0,05 0,07 0,1CNG 0,004 0,05 0,07 0,1Electricity 0 0 0,02 0,02H2 0 0 0 02 0 02

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H2 0 0 0,02 0,02

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Ergebnisse

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Szenario BAU „business as usual“

80%

90%

100%

Verbrennungsmot.

Marktanteile:

30%

40%

50%

60%

70%

e de

r Fahrzeuge

Micro Hybride

Mild Hybride

Voll Hybride

Plug‐In‐Hybride

SerielleHybride

Elektrische Antriebe:

2020 3 2%

0%

10%

20%

30%

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

Anteile Serielle Hybride

Elektrofahrzeuge

BZ‐Plug‐In‐Hybride

2020: 3,2%2030: 32%

5.000.000 

6.000.000 

Verbrennungsmot.

Bestandsentwicklung:

2.000.000 

3.000.000 

4.000.000 

Fahrzeuge

Micro Hybride

Mild Hybride

Voll Hybride

Plug‐In‐Hybride

SerielleHybride

Elektrische Antriebe:

2020: 25 000  (≈0,5%)2030 620 000 ( 13%)

1.000.000 

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

Serielle Hybride

Elektrofahrzeuge

BZ‐Plug‐In‐Hybride

2030: 620 000  (≈ 13%)

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Szenario BAU „business as usual“

Endenergieverbrauch nach E‐Trägern 25,0

30,0

35,0

40,0

Benzin

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

TWh Diesel

Erdgas

Strom

H2

,

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

40,0

45,0

50,0KEV‐erneuerbar KEV‐fossil:Kumulierter Energieverbrauch (WTW) 

15 0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

TWh

14.000 WTT‐Kraftstoff Produktion TTW‐Kraftstoff Vebrennung TTW‐Fahrzeug‐Produktion:

Treibhausgasemissionen (WTW) 

0,0

5,0

10,0

15,0

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 20506.000 

8.000 

10.000 

12.000 

CO2 äquivalent

2.000 

4.000 1000

t C

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Szenario BAU + Förderung (E‐Mob.) &Szanario Politik „aktiv“„

80%

90%

100%

Verbrennungsmot.

Förderung E‐Mob.

70%

80%

90%

100%

Verbrennungsmot.

Mi H b id

30%

40%

50%

60%

70%

e de

r Fahrzeuge

Micro Hybride

Mild Hybride

Voll Hybride

Plug‐In‐Hybride

SerielleHybride

Marktanteile E‐Antriebe:      2020: 9%2030: 32%

30%

40%

50%

60%

70%

eile der Fahrzeu

ge

Micro Hybride

Mild Hybride

Voll Hybride

Plug‐In‐Hybride

Serielle Hybride

0%

10%

20%

30%

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

Anteile Serielle Hybride

Elektrofahrzeuge

BZ‐Plug‐In‐HybrideE‐Antriebe in der Flotte:2020: 70 0002030: 680 000

0%

10%

20%

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

Ante

y

Elektrofahrzeuge

BZ‐Plug‐In‐Hybride

Politik „aktiv“

80%

90%

100%

V b tMarktanteile E‐Antriebe:      2020: 5,1%2030: 70%

40%

50%

60%

70%

80%

der Fahrzeuge

Verbrennungsmot.

Micro Hybride

Mild Hybride

Voll Hybride

Plug‐In‐Hybride

E‐Antriebe in der Flotte:2020: 36 0002030: 1300 000 0%

10%

20%

30%

Anteile d

g y

Serielle Hybride

Elektrofahrzeuge

BZ‐Plug‐In‐Hybride

11.Symposium Energieinnnovation  KLOESS – TU Wien, EEG

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

Page 24: Potenziale der Elektromobilität in Österreich...Micro Hybride Mild Hybride Voll Hybride Plug‐In‐Hybride SerielleHybride Elektrische Antriebe: 2020 32% 0% 10% 20% 2010 2015 2020

Szenario Politik „aktiv“ + Förderung E‐Mob.

Marktanteile:

80%

90%

100%

Conventional Drive

Elektrische Antriebe:

2020 13 8%40%

50%

60%

70%

re of techn

ologies

Micro‐Hybrid

Mild‐Hybrid

Full‐Hybrid

Plug‐In Hybrid

2020: 13,8%2030: 74%

0%

10%

20%

30%

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

sha Serial Hybrid

EV

FC‐PHEV

Bestandsentwicklung:5.000.000 

6.000.000 

Conventional Drive

Elektrische Antriebe:

2020: 100 000 (≈0,5%)2030 1500 000 ( 13%) 2 000 000

3.000.000 

4.000.000 

vehicles

Micro‐Hybrids

Mild‐Hybrid

Full‐Hybrid

Plug‐In Hybrid

2030: 1500 000 (≈ 13%)

1.000.000 

2.000.000 

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

Serial Hybrid

EV

FC‐PHEV

11.Symposium Energieinnnovation  KLOESS – TU Wien, EEG

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Steuereinnahmen –Politik Aktiv + E‐Mob Förderung 2010‐2020g

5,000

4,000

3,000

.€

MÖSt

NOVA

1 000

2,000

Mrd. NOVA

KFZ‐Steuer

E‐Mob Förderung

0,000

1,000

‐1,000

2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020

11.Symposium Energieinnnovation  KLOESS – TU Wien, EEG

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Szenario Politik „aktiv“ + Förderung E‐Mob.

Endenergieverbrauch nach E‐Trägern 25,0

30,0

35,0

40,0

Benzin

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

TWh Diesel

Erdgas

Strom

H2

Kumulierter Energieverbrauch (WTW) 

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

40 0

45,0

50,0KEV‐erneuerbar KEV‐fossil:

Strom aus fossilen Quellen GuD

Treibhausgasemissionen (WTW) 

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

TWh

14.000 WTT Kraftstoff Produktion TTW Kraftstoff Vebrennung TTW Fahrzeug Produktion:

Strom aus fossilen Quellen ‐ GuD

0,0

5,0

10,0

15,0

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 20506 000

8.000 

10.000 

12.000 

CO2 eq

uivalent

WTT‐Kraftstoff Produktion TTW‐Kraftstoff Vebrennung TTW‐Fahrzeug‐Produktion:

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

2.000 

4.000 

6.000 

1000

t C

Gesamtenergieverbrauch: ‐50% THG Emissionen 55%

11.Symposium Energieinnnovation  KLOESS – TU Wien, EEG

THG‐Emissionen:  ‐55% 

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Szenario Politik „aktiv“ + Förderung E‐Mob.

Endenergieverbrauch nach E‐Trägern 25,0

30,0

35,0

40,0

Benzin

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

TWh Diesel

Erdgas

Strom

H2

Kumulierter Energieverbrauch (WTW) 

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

40 0

45,0

50,0KEV‐erneuerbar KEV‐fossil:

40 0

45,0

50,0KEV‐erneuerbar KEV‐fossil:

Strom aus erneuerbaren Quellen

Bestandsentwicklung:

Treibhausgasemissionen (WTW) 20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

TWh

14.000 WTT Kraftstoff Produktion TTW Kraftstoff Vebrennung TTW Fahrzeug Produktion:

14.000 WTT Kraftstoff Produktion TTW Kraftstoff Vebrennung TTW Fahrzeug Produktion:

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

TWh

Strom aus erneuerbaren Quellen

g

Elektrische Antriebe:0,0

5,0

10,0

15,0

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 20506 000

8.000 

10.000 

12.000 

CO2 eq

uivalent

WTT‐Kraftstoff Produktion TTW‐Kraftstoff Vebrennung TTW‐Fahrzeug‐Produktion:

6 000

8.000 

10.000 

12.000 

CO2 äquivalent

WTT‐Kraftstoff Produktion TTW‐Kraftstoff Vebrennung TTW‐Fahrzeug‐Produktion:

0,0

5,0

10,0

15,0

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

2020: 25 000  (≈0,5%)2030: 620 000  (≈ 13%)

2.000 

4.000 

6.000 

1000

t C

2.000 

4.000 

6.000 

1000

t C 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

Gesamtenergieverbrauch: ‐55% THG Emissionen 70%

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THG‐Emissionen:  ‐70% 

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Schlussfolgerungen

• Verbreitung von Hybridantrieben in allen Szenarie Elektrifizierung des Antriebs ist eine robuste Entwicklungist eine robuste Entwicklung

• Durch Hybridantriebe können E‐Verbrauch und THG Emissionen nur schwach reduziert werden

• Elektrische Antriebe können sich bei heutigen steuerlichen Rahmenbedingungen kurz‐ bis mittelfristig kaum durchsetzen

• Um die Flotte mittelfristig auf elektrische Antriebsysteme umzustellen bedarf es einer drastischen Änderung der steuerlichen Rahmenbedingungen für PKWs B ü ti Effi i t A t i b tBegünstigung Effizienter Antriebsysteme

• Durch die Elektrifizierung der Fahrzeugflotte lassen sich Energieverbrauch und Treibhausgasemissionen des PKW Sektors um 50% reduzieren Durch VerwendungTreibhausgasemissionen des PKW‐Sektors um 50% reduzieren. Durch Verwendung von Strom aus erneuerbaren Quellen, können die THG‐Emissionen sogar um bis zu 70% reduziert werden

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Dipl.‐Ing. Maximilian KLOESSTU Wien Institut für Elektrische Anlagen und EnergiewirtschaftTU Wien, Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft, Gusshausstraße 25‐29, 1040 Wien, +43 (1) 58801 37371 [email protected]@eeg.tuwien.ac.atwww.eeg.tuwien.ac.at

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