Thu Feb 07 12:35:09 CET 2019
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LtLTSmash
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Hallo, als Nachfolger zu dem "Wirkungsgrade im Vergleich" jetzt mal zur Bilanz des Lebenszykluses. Bekanntlich ist die Produktion der E-Autos aufgrund des hohen Energieverbrauches bei der Akkuherstellung ein häufig geäußerter Punkt, wenn es bei Diskussionen um dieses Thema geht. Meist dreht sich die Diskussion ja auch eher um den Betrieb und anhand dessen werden vielfach Einparpotentiale genannt die auch gerne mal bis Faktor 6 (also 83%) gehen. Um das Thema aber mal etwas besser abschätzen zu können hab mal versucht den Energiebdarf von Produktion bis zur Fahrt zum Schrottplatz. Zunächst mal die Eingangsdaten: Für die Produktion einen Autos finde ich Werte um die 20000kWh für ein Kompaktfahrzeug mit Verbrennungsmotor https://de.wikipedia.org/wiki/Graue_Energie (Wobei ich mich frage was ein VW Golf A3 gegen ein Golf A4 ist Darin ist einmal das Auto selbst, welches ich mal mit 15MWh annehme und dem Motor den ich mal mit 3MWh für einen einfachen Basisbenziner und 5MWh für einen aufwändigeren aktuellen Motor nehme. Den E-Motor nehme ich mal ebenfalls mit 3000kWh an. (weniger Teile heißen nicht zwangsläufig weniger Energie!)
Für die Produktion der Akus finden sich im Netz leider meist CO2 Angaben hinter denen ein unbekannter Faktor CO2/kWh steht! Nach langer Suche nehme ich 250kWh/KWh Kapazität an: https://sedl.at/Elektroauto/Lithium-Akkus/Graue_Energie Darin ist die ganze Kette enthalten. Recycling wurde nicht betrachtet, dafür scheint aber auch nicht gefragt worden sein, wo der elektrische Strom für die Produktion herkommt.
Die WTW Wirkungsgrade sind Abschätzungen die auf meinen vorherigem Artikel beruhen.
Nun habe ich mir eine Excel Datei gebaut um an den variablem Parametern spielen zu können. Die Diagramme sehen folgendermaßen aus: X-Ache: gefahrene kilometer Y-Achse 1: Energieeinsparung in % (durchgezogenen Linie) Y Achse 2: minimale Ladezyklen (gestrichelete Linien) gelber Kasten: Abschätzung, wann das Fahrzeug 15-20Jahre alt wird (Batterie hat max Lebenszeit erreicht, Weiterverwendung als Speicher fraglich, aber auch der Rest vom Auto wird langsam marode bzw Reperaturaufwand steigt)
Ich hab mal ein paar Szenarien duchgespielt und möchte diese kurz erläutern Fangen wir mal an mit einem Kleinwagen für die Stadt/etwas Überland. Der Verbrenner ist ein kleiner Basisbenziner. Der Wirkungsgrad des E-Auto selbst nehme ich mit 80% an um Stop&Go zu berücksichtigen und zudem nehme ich jetzt mal an das Auto wird immer Effizient mit Ökostrom beladen (wäre in Norwegen vielleicht sogar denkbar). Aufgrund der i.d.R eher geringen Fahreleistungen wird hier das Alter der begrenzende Faktor. Die Ladezyklen sind auch bei für diesen Zweck passenden 28kWh Akku (Hyundai IONIQ) unkritisch. Hiermit lassen sich durchaus realistisch Einsparungen bis Faktor 2, also 50% erreichen. Allerdings sieht man am 2. Akku, bei großem Akku kommen evtl nur noch unter 20% raus, was schon arg mau wäre.
Jetzt (Szenario 2) nehmen wir mal als Grundlage für die Rechnung unser (Netto)Strommix. Man sieht, das die Kurve deutlich sinkt,beim großen Akku wird u.U. schon knapp überhaupt in den positiven Bereich zu kommen.
In Szenario 3 wird der Verbrenner durch einen Hybrid ersetzt (z.B. Yaris). Der Produktionsaufwand dafür steigt natürlich, aber bei diesem Profil lässt sich eine deutlich Steigerung des Wirkungsgrades erreichen. Damit fällt es dann sogar beim kleinen Akku schwer in den positiven Bereich zu kommen.
Das Szenario, laden mit Kohlestrom, das ich derzeit in D für am nächsten der Realität betrachte, lass ich mal weg, das Ergebnis kann man sich denken.
Szenario 4 soll mal den Langstreckenpendler wie mich darstellen. Also balente sparsame Fahrweise, wenig Stadt, viel Überland und AB. Der kleine Akku ist auf 50kWh angewachsen um eine einigermaßen akzeptable Reichweit zu garantieren. Strom kommt aus dem Mix, Der Wirkungsgrad des E-Auto wird aber wegen der geringeren Rekupation etwas steigen. Aber auch hier, Einsparpotential eher mau.
Szenario 5 soll mal meine Einschätzung für die Zukunft sein, wenn der Verbrenner und auch das E-Auto ausgereizt, was da realitisch erreichbar wäre. Aber auch hier lässt sich kaum mehr als 25 Prozent Benefit erwarten!
Man könnte jetzt noch reichlich Szenarien durchrechnen (z.B. E-Autos aus Kohlestromland China) aber ich denke auch so ist es schon relativ klar, das das Einsparpotential stark von der Nutzung und dem Vergleichspartnern abhängt. Sicher kommt fast immer ein Benefit für das BEV raus, aber viele Nebenverluste (Heizen im Winter, Stand-By Verluste der Autos und Infrastruktur, Zusatzladeverluste für Laternenparker, Reboundeffekte usw.) sind hier noch nicht berücksichtigt so das die real zu erwartende Ersparnis noch kleiner ist. Die Frage, die sich an der Stelle stellt ist, lohnt der Aufwand (Investition) in Relation zum Nutzen? Ich würde für Deutschland behaupten: Meist nein! Klar, für den klassischen Zweitwagen, der nur wenig bewegt wird und das hauptsächlich in der STadt würde sich ggü einem reinen Verbrenner schon ein ordentlicher Einspareffekt erzielen, ggü einem Hybrid sieht das dann schon etwas anders aus. Für die Langstrecke, insbesondere Fernverkehr, sehe ich hingegen kein Einsparpotential, das einen solchen Invest rechtfertigt. Eineseits ist die Effizienz durch Schnellader (die auch noch den Akku schädigen) und Zwischenpuffer herabgesenkt und zweites wäre genau hierfür eine große Investition notwendig (https://www.fool.de/.../ 200k$ für eine Ladestation!). Und ganz an die Flexibilität des Verbrenners käme das BEV immer noch nicht ran.
Wie immer, wenn da jemand genauere Daten hat immer her damit! Vieles lässt sich leider nur schätzen und je besser die Eingangsdaten desto höher die Wahrscheinlichkeit des Ergebnisses. |
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Sat Jan 05 17:27:11 CET 2019
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LtLTSmash
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Kommentare (17)
Nach dem letzten Artikel zum Thema Wirkungsgrade im Vergleich jetzt zum Thema der CO2 Emissionen, spezieller eine Abschätzung dessen was passiert wenn wir tatsächlich Verbrenner durch E-Autos ersetzen und ansonsten keine weiteren Maßnahmen träfen (ist derzeit die Strategie in D zur Senkung des Flottenverbrauchs). Nun gibt es eine offizielle Ansicht nach dem ein E-Auto pauschal keine CO2 Emissionen verursacht. Ich denke diese Ansicht können wir für die Situation in D direkt verwerfen (in Norwegen wäre es schon wieder etwas anderes). Die weitaus gängigstes Annahme ist, das man den CO2 des Stromixes zugrunde legen sollte. Klingt ja auch erst mal völlig logisch. Wenn ich also ein Auto mit 6l Verbrauch an Diesel gegen ein E-Auto mit 20kWh tausche stehen somit 160g gegen ca. 100g gegenüber. Das verspricht natürlich ein riesen Potential zumal der Mix stetig besser wird (das die dank Atomaustieg die nachsten Jahre wohl etwas langsamer abläuft ignorieren wir mal)
Wenn es keine Rückkopplung gäbe, wäre das auch völlig richtig, aber leider ist es nicht ganz so einfach. Warum man nicht mit dem Mix rechnen kann um den Einfluss auf den Gesamtaustoß zu berechnen möchte ich hier mal aufzeigen. Hierzu möchte ich mal anhand eines Beispiels vorrechnen was denn eigentlich passiert. Dieses Beispiel enthält zahlreiche Vereinfachungen wie z.B. das Rechnen nur mit Energiemengen ohne berücksichtigung von zeitlichen Aspekten. Zudem ist wichtig zu Wissen, das wir einen Einspeisevorrang für EE haben (weswegen die Biogasanlagen auch ohne Rücksicht auf den Bedarf permanent Volllast laufen obwohl diese eigentlich in der Lage wären es besser zu machen) und somit die EE Quellen faktisch zu 100% ausgelastet sind. Das heißt ein Mehrverbrauch muss von einer anderen Quelle gedeckt werden.
Aber fangen wir mal an. In dem Beispiel handelt es sich um eine Insel. Ausgangslage ist Bild 1. Die Bevölkerung hat einen bestimmten Strombedarf von 50MWh und ein Bewohner, Max, hat eine Benzin PKW und braucht dafür pro Zeiteinheit 50l Benzin. Als Stromquellen stehen ein Kohlekraftwerk zu Verfügung welches 100MWh liefern kann und Ein Windrad welches 20MWh liefern kann und aufgrund von EE Einspeisevorrang auch tut. die restlichen 30MWh kommen vom Kohlekraftwerk welche 1t CO2 pro MWh Strom produziert (entspricht ungefähr dem was ein KKW in D austößt). Der Gesamtaustoß der Stromproduktion somit 30t was bezogen auf den Gesamtstrom einen Mix von 600g/kWh ergibt. Dazu kommt noch der Austoß des Autosm Max ist sehr sparsam und kommt mit 5l/100km hin, fahrt 1000km und verursacht somit nochmal ca 120kg CO2. Die Insel hat also ein Bilanz von 20,12tCO2 pro Zeiteinheit.
Jetzt hat Max von super effizienten E-Auto gehört die richtig viel Energie sparen. Und tatsächlich Max hat auch gute Bedingungen, die Insel ist mild, er braucht nicht viel Heizen, laden tut er auch immer langsam und Effizient am Kabel zuhause und auch sonst treten keine Rebound Effekte auf. Damit kann er den Verbrauch des Autos tatsächlich dritteln (was schon ein guter Wert ist, ich würde erwarten das selbst ein Wert von 2 schon meist zu utopisch ist), sprich statt 50l Benzin Brauch er jetzt 145kWh Strom. Damit hätte das Auto nach Mix einen Austoß nur 87g/km, d.h. statt 120kg durften ja nur noch 87kg anfallen, Fast 30% weniger, Wow, gesagt getan.
Jetzt rechnen wir also nochmal, siehe Bild 2. Aus den 50l Benzin wird 145kWh Strom. Das Auto an sich stößt ja kein CO2 aus also konnte der Verkehr tatsächlich um 100% seinen Austoß reduzieren. Aber was ist das, in der Gesamtbilanz steht jetzt 30,14t CO2, es ist tatsächlich MEHR geworden. Ja wie kann das denn passieren? Schauen wir doch mal nach wer denn jetzt die 145kWh Strom geliefert hat. Das Windrad liefert nach wie vor 20MWH, es kann ja nicht mehr, also stammen die 145KW nur vom Kohlekraftwerk und das stößt leider mehr als der Mix an CO2 aus und letzlich ist dieser Wert eben entscheidend, nicht der Mix, weswegen dessen stetige Verbresserung kein Argument für E-Autos ist! Der Denkfehler war das wir beim Rechnen mit dem Mix nur an das Auto gedacht haben, den Einfluss auf die anderen Verbraucher haben wir jedoch ignoriert.
So, ich hoffe man konnte diesen Gedankengang nachvollziehen. Sich bildet das nicht 100% die Realität ab, aber es trifft die derzeitige Situation in D. Leider (oder Gott sei dank) ist der Verbrauch der bisherigen E-Auto im Vergleich zur Stromproduktion so niedrig, das dieses Problem derzeit nicht auffällt, aber der Effekt ist dennoch da und es wird solange der Fall sein bis die Kohlekraftwerke mindestens mal Zeitweise vom Netz gehen oder es eine intelligente Ladestruktur gibt, die gezielt ermöglicht temporäre Überschüsse zu nutzen. Diese existiert jedoch auch nicht und ich kenne keine wirklichen Bestrebungen in dieser Richtung und zudem wäre dies auch für viele Nutzer eine Einschränkung.
Was man an diesem Beispiel auch ableiten kann ist das das die Bewertung über den CO2 Austoß von BEV lokal durchaus anders ausfallen kann. Nehmen wir mal als Beispiel Norwegen. Die Norwegen haben soweit mir bekannt noch massive Reserven bei der Wasserkraft. Da macht es natürlich Sinn auf BEV zu setzen um den CO2 Austoß zu senken. Ob das BEV wirklich immer die beste Lösung ist sei dahingestellt, aber besser als ein Vebrenner mit fossilen Kraftstoff ist er dort sicher. Aber machen wir uns nix vor, die Anzahl der Menschen die in einer dafür so günstigen Topografie leben ist begrenzt. Allein D hat 16mal soviele Einwohner von China, die KKWs wieder wie blöde bauen reden wir da gar nicht. Dann gäbe es noch Länder wie F die dank AKW tatsächlich auch CO2 sparen, aber ob der anfallende Atommüll und die stetige Gefahr ganze Landstriche zu verseuchen wirklich ein gutes Geschäft ist muss wohl jeder selbst entscheiden.
Schließen möchte ich diesen Artikel damit das auch ich mir sicher bin, das auf Dauer BEVs eine gute Ergänzung zu einem intelligenten Antriebsmix darstellt, aber um z.B. in D bis 2030 irgendwelche CO2 Ziele zu erfüllen sind sie derzeit absolut ungeeignet.
Bin letztens noch über diesen Artikel gestoplpert, der nocmal bestätigt, das das rechnen mit dem Strommix zu irreführenden Ergebnissen führt:
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Mon Dec 17 14:57:37 CET 2018
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LtLTSmash
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 Wirkungsgrad
Hallo, wie vielleicht dem ein oder anderen bekannt diskutiere ich gerne zu technischen Themen in Bezug auf die Mobilitätskonzepte der Zukunft. Da dieses Thema sehr komplex ist und vielfältige Aspekte eine Rolle spielen, gerät man in den Foren schnell in ein OT Diskussion. Deswegen möchte ich gerne in mehreren Artikeln, über meine Sicht der Dinge schreiben, aber auch die Gründe dafür. Vielleicht vorab um Missverständnisse zu vermeiden, für mich besteht kein Zweifel daran, das eine auf fossile Energieträgern beruhende Energiversorgung keine Zukunft hat! Ich sehe zwar noch keinen Grund zu Panik, aber das finale Ziel ist klar, nachhaltige Energie und CO2 Neutralität der Energieträger. Deswegen bitte keine Diskussion dazu, seht es als Prämisse, ansonsten bin ich gern zu jeder Diskussion bereit und bin auch dankbar für neue Informationen.
Zum Start soll es um das häufig diskutierte Thema "Wirkungsgrad" gehen, welches wohl eines der wichtigsten Themen bei der Verkehrswende darstellt. habe ich mir mal die Mühe gemacht und nach besten Wissen und Gewissen Informationen zusammengetragen bzw. abgeschätzt, um mal eine Übersicht von der zu erwartenden Wirkungsgrade von verschiedenen Mobiltätskonzepten zu erstellen. Ich denke das wichtigste ist, zu sehen, das es nicht den einen Wirkungsgrad gibt, sondern das je nach Anwendung und Umgebungbedinngungen ein weiter Bereich denkbar ist. Die Wirkungsgrade sind Well-To-Wheel, d.h. die gesamte Kette von Energieerzeugung bis zum Rad soll betrachtet werden. Zudem versuche ich Entwicklungspotentiale darzustellen, erkennbar am rot umrandeten Balken. Man möge mir nachsehen, das ich bislang nur den Verbrenner hier berücksichtigt habe, aber da kenn ich mich am besten aus
Betrachtet wird nur der Betrieb und primär die aufzwendende Bewegungsarbeit, Zusatzverbraucher wie Heizung/Klima etc. werden hier nicht betrachtet. Zudem wird der Energiebedarf für für Produktion/Entsorgung der Fahrzeuge ebenfalls hier nicht betrachtet! Ich versuche dies in einem späteren Artikel nachzuholen, aber hier soll es erst mal nur um den Betrieb gehen.
Mein Fazit dazu: In der Tat sieht das Potential auf den ersten Blick ziemlich desatrös aus für die E-Auto Alternativen, zumindest mal für die finale Lösung. Aber wie bereits gesagt, Wirkungsgsgrad ist nur eine Aspekt, hinzu kommen weitere, die ich in anderen Artikeln ansprechen möchte und ich den Verbrenner noch lange nicht für am Ende halte. In unserer jetzigen Situation, selbst wenn man mit dem Strommix rechnet, bietet das E-Auto in D erst mal nur wenig Vorteil in Bezug auf Energieverbrauch und CO2 bietet, bzw. ist sogar kontraproduktiv ist, wenn man mit einem Gesamtbilanzansatz rechnet, wodurch, wenn man sonst nichts ändert, aufgrund von EE Einspeisevorrang ein Mehrverbrauch an Strom faktisch nur aus Kohlemeilern kommen kann. Zwar würde der offizielle Flottenverbrauch sinken, aber letzlich wird das Problem nur in die Energiewirtschaft abgeschoben und die Umwelt interessiert es nicht wem wir welchen CO2 Austoß zuschieben. Hier: http://unverzerrt.de/.../ wird das Prinzip ganz gut erläutert, auch wenn ich nicht ganz so pessimistisch wie der Autor bin. Dabei könnten auch hierzulande mit sauberen Strom geladene E-Autos unterwegs sein, den im Prinzip gäbe es sicherlich genug Autos deren Nutzer gerade die Stromüberschüsse verwerten könnten, aber derzeit exitiert hierzu (soweit ich weiß) keine Infrastruktur die es den Stromproduzenten erlauben würde, gezielt E-Autos zu laden. Daher ist m.M. nach die Rechnung 100% Kohlekraft im Moment sicher der Realität am nächsten, wenn man den Einfluss der E-Autos auf den CO2 Gesamtaustoß abschätzen möchte.
Für die die es genau wissen wollen, anbei mal die Links, die mir als Datenbasis gedient haben und die Berechnung. Wenn jemand Infos/Links insbesondere zu den Schätzwerten hat immer her damit, wobei ich nicht unbedingt ums letzte Prozentchen diskutieren möchte
Zur Erläuterung der Zahlen, es wird einmal der Wirkungsgrad und einmal die Nutzung genannt. Damit möchte ich zeigen, das gewisse Technologien einen bestimmten Wirkungsgrad haben, aber da nicht permanent genutzt, nur anteilig eingeht. Also als Beispiel das induktive Laden, welches einen bestimmten Wirkungsgrad hat, Nun wir es nicht jeder jedes mal nutzen und deswegen gebe ich noch eine geschätze Nutzungshäufigkeit an. |
. Wer mir hier weitere Infos liefern kann, immer gern, ich denke gerade der Wert bei der Brennstoffzelle hat noch Potential.
Sat Feb 09 00:55:09 CET 2019 |
LtLTSmash
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Hallo,
seit dem VW Abgaskandal ist NOx eines der beherrschenden Themen in der öffentlichen Diskussion. Ist der Grenzwert zu hoch? zu niedrig? Stehen die Messstationen richtig? Fragen, auf die es wohl keine eindeutige Antwort gibt bzw. auch von der persönlichen Sichtweise zum Thema zu tun haben. Aber hier soll es mal darum gehen, wie sich die Messwerte in den letzten Jahren entwicket haben. Manchmal scheint der Eindruck zu sein, es wäre schlimmer geworden in den letzten Jahren, stimmt das?
Zum Glück veröffentlicht das Umweltbundesamt die jahrlichen Messwerte auch als Exceldatensatz wodurch sich leicht die Entwicklung darstellen lässt.
https://www.umweltbundesamt.de/.../stickstoffoxide
Da die Daten für 2018 der kontinuierlichen Messstationen 2018 veröffentlicht wurden hab ich mir mal die Müher gemacht ein paar Diagramme zu erzeugen. Leider fehlen für 2018 noch die Ergebnisse der Passivsammler, was aber wohl noch etwas dauert. (ich aktualisiere die Diagramme dann)
Als erstes Diagramm eine Übersicht über die Messstation die eine Grenzwertüberschreitung festgestellt haben. Wie bekannt gibt es 2 Grenzwerte, einmal den 40µg/m³ Jahresmittelwert (JMW) und den 200µg/m³ Stundenmittelwert (SMW), der maximal 18mal im Jahr überschritten werden darf.
Das Diagramm zeigt einmal die Anzahl der Messtellen gesamt an und dann nur die kontinuierlichen. Die Unterscheidung ist deswegen notwendig, da mit Passivsammlern prinzipbedingt nur der Jahresmittelwert ermittelt werden kann. Entsprechend ändert sich die Bezugsgröße für die relative Anzahl der Überschreitungen.
Der Verlauf zeigt bis ca 2010 einen Anstieg der Überschreitungen. Worin das begründet liegt ist nicht ganz klar, doch die Annahme liegt nah, das viele (kritische) Messstationen erst später aufgestellt wurden, der Grenzwert gilt ja erst seit 2010.
Das Maximum wurde 2011 erreicht, seitdem sinken die Werte kontinuierlich. Für 2018 beruht auf den bislang bekannten Ergebnissen. Der Schätzwert berüht auf der Annahme, das alle fehlenden Passivsammler das gleiche Ergebnis wie 2017 liefern.
Das 2. und 3. Diagramm zeigen die10 Mestellen mit den höchsten Werten 2017. Bei JMW lässt sich ein klarer Trend erkennen der auf baldiges erreichen der Grenzwerte schließen lässt.
Beim SMW unterbieten bereits alle Messstellen den Grenzwert es ist aber beachtlich wie rapide die Werte gefallen sind! Finde ich auch im Kontext der Grenzwertdiskussion eine interessante Tatsache.
Die folgenden Diagramme sollen mal ein paar Städte und ihre Messtellen darstellen. Leider berichsten die Medien relativ plump über das Thema berichten und den Eindruck erwecken, die ganze Stadt hätte überall schlechte Werte. Berichtet wird dann der Messwerte der dreckigsten Station im Messgebiet ohne eben diesen Fakt in irgeneinerweise auch nur anzudeuten.
Hier mal ein Beispiel:https://www.handelsblatt.com/.../20915438.html
Welches Bild sich für den Leser dadurch ergibt ist klar und Ängste werden geschürt. Ob das Absicht ist oder einfach nur Resultat des Wettbewerbes der Medien im Internet ist weiß ich nicht. Die Qualität scheint ja generelle abzunehmen, wenngleich auch mir klar ist, dass das primär durch die "Gratis" Mentalität im Internet verursacht wird.
Ich hoffe die Diagramme helfen bei der ein oder anderen Diskussion diese mit Fakten zu unterfüttern ohne spekulieren zu müssen.
BTW:
bei der Recherche zu dem Thema bin ich über diese Seite gestolpert:
https://aqicn.org/map/china/de/#@g/32.7776/107.2705/5z
Hier wird die Luftqualität nach EPA bewertet wobei man wissen muss, das diese (wie andere auch) Partikel als gefährlicher ggü NOx einstufen. Ich hab mal nen Snapshot von Zentraleuropa und China mit angehangen. Ich denke auch das gehört dazu, weil das was heute in Cina läuft das ist, was bei und bis in die 70er hinein lief und einen Einblick gibt wie es hier mal war vor 50Jahren.