Wirtschaftlichkeit von Elektromobilität in gewerblichen Anwendungen Workshop 3 – Busse Abschlussworkshop am Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

1. www.oeko.de
Wirtschaftlichkeit von Elektromobilität in
gewerblichen Anwendungen
Workshop 3 – Busse
Abschlussworkshop am Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
Moritz Mottschall
Öko-Institut e.V.
Berlin, 18.02.2015

2. 2
www.oeko.de
Elektromobilität in gewerblichen Anwendungen│Moritz Mottschall│Berlin│18.02.2015
Agenda
Kapitelüberschrift
Einführung
Wo steht Elektromobilität im Bereich der Linienbusse1
Methodik und Eingangsgrößen
Überblick und wichtigste Parameter2
Ergebnisse
Gesamtkosten, ökonomische Potenziale und CO2-Minderung3
Zusammenfassung und Ausblick4

3. 3
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Elektromobilität in gewerblichen Anwendungen│Moritz Mottschall│Berlin│18.02.2015
Agenda
Kapitelüberschrift
Einführung
Wo steht Elektromobilität im Bereich der Linienbusse1
Methodik und Eingangsgrößen
Überblick und wichtigste Parameter2
Ergebnisse
Gesamtkosten, ökonomische Potenziale und CO2-Minderung3
Zusammenfassung und Ausblick4

4. 4
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Aktueller Stand bei Linienbussen
‒ Lange Tradition von Elektrobussen; aktuell rund 100 Elektrobusse (Großteils
Oberleitungsbusse) in Deutschland
‒ Fokus in den letzten Jahren auf Hybridbussen, Zwischenschritt zu
vollelektrischen Bussen
‒ Aktuell werden in Deutschland bereits einige Elektrobusse eingesetzt bzw.
getestet (bspw. in Osnabrück, Hamburg, Pinneberg). Der Einsatz ist darüber
hinaus in vielen weiteren Städten geplant.
‒ Internationales Beispiel: Shenzhen (China ) 2013: E-Busbestand in 2013
3.050, in den letzten Jahren Fokus Hybridbusse; Ziel 2015: 5.000 E-Busse
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5. 5
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Vorteile von Elektrobussen
‒ Niedriger Endenergieverbrauch durch hohen Wirkungsgrad und
Rekuperation
‒ Geringe Treibhausgasemissionen, Einsatz von Strom aus erneuerbaren
Quellen möglich
‒ Niedrigere Betriebskosten
‒ Lokal emissionsfrei
‒ Geringere Lärmbelastung
‒ Fahrzeugeigenschaften (Batteriegröße etc.) an konkreten Einsatzzweck
anpassbar
‒ Langfristig ggf. Anpassung an die Linienführung möglich
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6. 6
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Herausforderungen von Elektrobussen
‒ Hohe Investitionskosten der Elektrobusse
‒ Weniger flexibel einsetzbar aufgrund von Reichweitenrestriktionen, je
nach Ladekonzept ggf. an eine konkrete Linie gebunden
‒ Anpassungen bei den Betriebsabläufen zur Integration in den Fuhrpark
‒ Schwankungen des Energieverbrauchs durch höhere Auslastung und
HVAC können die Reichweite weiter reduzieren
‒ Störungen wie Umleitungen oder Staus machen ggf. Reserven für die
Reichweite notwendig
‒ Teilweise verringerte Fahrgastkapazität
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7. 7
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Verschiedene Ladekonzepte
● Overnight charging Busse (ON)
‒ große Batterien, Reichweite für den gesamten Tag, Ladung bei längeren
Standzeiten
● Opportunity charging Busse (OC)
‒ kleinere Batterie, Zwischenladung über den Tag verteilt, bspw. an den
Endhaltestellen
‒ Die Ladung kann konduktiv (manuell über ein Ladekabel, automatisiert
z.B. über einen Pantographen) oder induktiv erfolgen.
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8. 8
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Kapitelüberschrift
Einführung
Wo steht Elektromobilität im Bereich der Linienbusse1
Methodik und Eingangsgrößen
Überblick und wichtigste Parameter2
Ergebnisse
Gesamtkosten, ökonomische Potenziale und CO2-Minderung3
Zusammenfassung und Ausblick4
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9. 9
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Methodik
TCO-Modell
Fahrzeugeinsatz
Fahrzeugbestand / jährl. Neuzulassungen
Fahrzeugnutzung
Fixkosten
Variable Kosten
Ladeinfrastruktur
Technisch-ökon. Rahmenbedingungen
Restwertentwicklung
Fahrzeugdaten elektrisch & konventionell
Fahrleistung
Energiebedarf
Emissionsfaktoren
Ökonom.
PotenzialCO2-Minderung
TCO-Vergleich
elektrisch / konventionell
Allgemeine
Betrachtung von
Fahrzeugkategorien
Ökonomisch
substituierbare
Fahrzeuge
CO2-Minderung im
Fahrzeugbestand
CO2-Minderung auf
Fahrzeugebene
Betrachtung konkreter
Anwendungsfälle
innerhalb einer
Fahrzeugkategorie
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10. 10
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Szenarioannahmen
Optimistisches
Szenario
Mittleres
Szenario
Pessimistisches
Szenario
2014
Batteriepreis [€/kWh] 900 1.000 1.100
Strompreis [ct/kWh] 12,6
Dieselpreis [€/l] 1,03
2020
Batteriepreis [€/kWh] 630 700 770
Alternativer
Batteriepreis [€/kWh]
378 420 462
Strompreis [ct/kWh] 12,3 13,7 15,1
Dieselpreis [€/l] 1,22 1,11 1,00
Optimistisches
Szenario
Pessimistisches
Szenario
Batteriepreis - 10% + 10%
Strompreis - 10% + 10%
Benzin- / Dieselpreis + 10% - 10%
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11. 11
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Eingangsgrößen Fahrzeuge
Investitionskosten, Energieverbrauch und Nutzung
Fahrzeugkategorie Nettokaufpreis Dieselbus
[€]
Dieselverbrauch
[l/100 km]
Stromverbrauch
[kWh/km]
2014 2020
Standardbus 240.000 242.197 44,9 1,6
Gelenkbus 330.000 333.021 58,9 2,1
Parameter Ausprägung
Jahresfahrleistung 60.000 km
Haltedauer 12 Jahre
Fahrzyklus leichter Stadtverkehr
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12. 12
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Eingangsgrößen Ladeinfrastruktur
Investitionskosten
Kosten der Ladeinfrastruktur Standardkosten [€] Alternative
Infrastrukturkosten [€]
Ladesäule 22kW 2.600
Ladesäule 44kW 15.250 130.000
Schnelladestation Haltestelle 90.000 670.000
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13. 13
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Ökonomische Eingangsgrößen
Parameter Ausprägung
Kalkulationszins 5 %
Abschreibungszeitraum 6 Jahre
Inflationsrate 1,7 %
Teuerung Linienbusse 1,9 %
Unternehmenssteuersatz 30 %
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14. 14
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Berücksichtigung der Batterielebensdauer
‒ Batteriewechsel notwendig, da Fahrzeuglebensdauer Lebensdauer der
Batterien übersteigt
‒ Austausch nach 3.000 Ladezyklen, bezogen auf die nutzbare Kapazität
(80 %)
‒ Kosten der Ersatzbatterien abhängig vom Jahr des Batterieaustausches
‒ Standardmäßig kein Restwert für ausgetauschte Batterie unterstellt
‒ Anteilige Berücksichtigung der letzten Austauschbatterie bezogen auf
die genutzte Anzahl Ladezyklen
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15. 15
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Methodik der Potenzialabschätzung und der
Berechnung der THG-Emissionen
Abschätzung des ökonomischen Maximalpotenzials
‒ Herleitung des Bestands an Stadtbussen auf Basis der KBA-
Zulassungszahlen, TREMOD 5.41 und der VDV-Statistik
‒ Annahmen zu Abschätzung der Neuzulassungen: konstanter Bestand,
Nutzungsdauer 12 Jahre
‒ Das Potenzial stellt die akkumulierten Neuzulassungen ab dem Jahr der
Kostenparität dar. Restriktionen im Einsatzprofil bleiben unberücksichtigt!
Berechnung der Treibhausgasemissionen
‒ Berücksichtigung von CO2, N2O und CH4 und der Emissionen der
Energiebereitstellung (ohne Bauvorleistung)
‒ Verwendete Emissionsfaktoren auf Basis des BMVI Leitfaden „Berechnung
des Energieverbrauchs und der Treibhausgasemissionen des ÖPNV“
(Schmied und Mottschall 2014) bestimmt.
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16. 16
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Agenda
Kapitelüberschrift
Einführung
Wo steht Elektromobilität im Bereich der Linienbusse1
Methodik und Eingangsgrößen
Überblick und wichtigste Parameter2
Ergebnisse
Gesamtkosten, ökonomische Potenziale und CO2-Minderung3
Zusammenfassung und Ausblick4
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17. 17
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Ergebnisse
Beispiel: 12 m-Standardbus

18. 18
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Standardparameter
12 m-Standardbus
Parameter Ausprägung
„overnight-charging“- Bus (ON)
Ladeinfrastruktur Ladesäule 44 kW
Ladeverhalten nur auf dem Betriebshof
Reichweite 200 km
Nutzbare Batteriekapazität 315 kWh
„opportunity-charging “- Bus (OC)
Ladeinfrastruktur
Ladesäule 22 kW &
Schnellladestationen an den Endhaltestellen
Ladeverhalten auf dem Betriebshof und an den Endhaltestellen
Reichweite 50 km
Nutzbare Batteriekapazität 80 kWh
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19. 19
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Gesamtkostenvergleich
12 m-Standardbus (mittleres Szenario)
160.800
441.400
376.600
162.300
361.900 335.200
7.600
16.300
5.600
12.000
67.500
75.600
71.900
67.500
75.600
71.900
171.400
152.100
152.100
171.400
152.100
152.100
274.900
118.400
118.400
284.900
119.100
119.100
0
100.000
200.000
300.000
400.000
500.000
600.000
700.000
800.000
900.000
Diesel Elektro
ON
Elektro
OC
Diesel Elektro
ON
Elektro
OC
2014 2020
Gesamtkosten[€2014]
Kraftstoff
variable Kosten
Fixkosten
Ladeinfrastruktur
Fahrzeuganschaffung - Afa der
Fahrzeuganschaffung - Restwert
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20. 20
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500.000
600.000
700.000
800.000
900.000
2014 2016 2018 2020 2022 2024
Gesamtkosten[€2014]
Anschaffungsjahr
Gesamtkosten eines 12 m-Standardlinienbus
nach Anschaffungsjahr (Haltedauer 12 Jahre, Fahrleistung 60.000 km/a)
500.000
600.000
700.000
800.000
900.000
2014 2016 2018 2020 2022 2024
Gesamtkosten[€2014]
Anschaffungsjahr
Elektrofahrzeug
Dieselfahrzeug
„Overnight Charging“
„Opportunity Charging“
Kostenparität
Kostenparität
Δ = 28.000 €
Δ = 4.000 €
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21. 21
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500.000
600.000
700.000
800.000
900.000
2014 2016 2018 2020 2022 2024
Gesamtkosten[€2014]
Anschaffungsjahr
500.000
600.000
700.000
800.000
900.000
2014 2016 2018 2020 2022 2024
Gesamtkosten[€2014]
Anschaffungsjahr
Elektrofahrzeug
Dieselfahrzeug
Gesamtkosten eines 12 m-Standardlinienbus
nach Anschaffungsjahr - reduzierter Dieselpreis
„Overnight Charging“
„Opportunity Charging“
Δ = 68.000 €
Δ = 44.000 €
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22. 22
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Gesamtkosten eines 12 m-Standardlinienbus (mittleres
Szenario) - alternative Infrastrukturkosten
„Overnight Charging“
„Opportunity Charging“
500.000
600.000
700.000
800.000
900.000
2014 2016 2018 2020 2022 2024
Gesamtkosten[€2014]
Anschaffungsjahr
Dieselfahrzeug
Elektrofahrzeug - Ladeinfrastruktur Basis
Elektrofahrzeug - Alternative Kosten Ladeinfrastruktur
500.000
600.000
700.000
800.000
900.000
2014 2016 2018 2020 2022 2024
Gesamtkosten[€2014]
Anschaffungsjahr
Kostenparität
Elektromobilität in gewerblichen Anwendungen│Moritz Mottschall│Berlin│18.02.2015
Kostenparität

23. 23
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Gesamtkosten eines 12 m-Standardlinienbus (mittleres
Szenario) - alternative Batteriepreisentwicklung
„Overnight Charging“
„Opportunity Charging“
400.000
500.000
600.000
700.000
800.000
900.000
2014 2016 2018 2020 2022 2024
Gesamtkosten[€2014]
Anschaffungsjahr
Dieselfahrzeug
Elektrofahrzeug - Batteriekosten Basis
Elektrofahrzeug - Alternative Batteriepreisentwicklung
400.000
500.000
600.000
700.000
800.000
900.000
2014 2016 2018 2020 2022 2024
Gesamtkosten[€2014]
Anschaffungsjahr
Kostenparität Kostenparität
Elektromobilität in gewerblichen Anwendungen│Moritz Mottschall│Berlin│18.02.2015
Kostenparität
Kostenparität

24. 24
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Ergebnisse
Beispiel: 18 m-Gelenkbus

25. 25
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Standardparameter
18 m-Gelenkbus
Parameter Ausprägung
„opportunity-charging “- Bus (OC)
Ladeinfrastruktur
Ladesäule 22 kW &
Schnellladestationen an den Endhaltestellen
Ladeverhalten auf dem Betriebshof und an den Endhaltestellen
Reichweite 50 km
Nutzbare Batteriekapazität 100 kWh
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26. 26
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Gesamtkosten eines 18 m-Gelenkbus
nach Anschaffungsjahr (Haltedauer 12 Jahre, Fahrleistung 60.000 km/a)
0
200.000
400.000
600.000
800.000
1.000.000
1.200.000
2014 2016 2018 2020 2022 2024
Gesamtkosten[€2014]
Anschaffungsjahr
Elektrofahrzeug
Dieselfahrzeug
Kostenparität
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Δ = 70.000 €
Δ = -33.000 €

27. 27
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Gesamtkosten eines 18 m-Gelenkbus (mittleres
Szenario) Alternative Batterie- und Infrastrukturkosten
0
200.000
400.000
600.000
800.000
1.000.000
1.200.000
2014 2016 2018 2020 2022 2024
Gesamtkosten[€2014]
Anschaffungsjahr
Dieselfahrzeug
Elektrofahrzeug - Basis
Elektrofahrzeug - Alternative Kosten Ladeinfrastruktur
Elektrofahrzeug - alternative Batteriekosten
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Δ = - 20.000 € Kostenparität

28. 28
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Ergebnisse
Abschätzung eines ökonomischen Potenzials

29. 29
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Ökonomisches Potenzial von batterieelektrischen
Bussen in den Jahren 2020 und 2025
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
pessimistisch
mittel
optimistisch
mittel+alter.
Batteriepreis
optimistisch+alter.
Infrastrukturkosten
pessimistisch
mittel
optimistisch
2020 2025
AnzahlFahrzeuge
Standardstadtbus (opporunity charging)
Gelenkbus (opportunity charging)
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30. 30
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Ergebnisse
Mögliche Minderung der
Treibhausgasemissionen

31. 31
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Mögliche CO2-Minderung durch den Einsatz von
batterieelektrischen Bussen (pro Fahrzeug und Jahr)
85
111
40
53
1,1 1,5
0
20
40
60
80
100
120
Standardbus Gelenkbus
CO2-ÄquivalenteproJahr[t/a]
Diesel
Strommix
100% EE Strom
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32. 32
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Mögliche CO2-Minderung durch batterieelektrische
Busse in den Jahren 2020 und 2025
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
pessimistisch
mittel
optimistisch
mittel+sens.
Batteriepreis
optimistisch+alter.
Infrastrukturkosten
pessimistisch
mittel
optimistisch
2020 2025
EinsparungenCO2-Äquivalente[Miot]
zusätzlich 100% EE-Strom
Strommix
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33. 33
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Agenda
Kapitelüberschrift
Einführung
Wo steht Elektromobilität im Bereich der Linienbusse1
Methodik und Eingangsgrößen
Überblick und wichtigste Parameter2
Ergebnisse
Gesamtkosten, ökonomische Potenziale und CO2-Minderung3
Zusammenfassung und Ausblick4
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34. 34
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Fazit
● Unter günstigen Rahmenbedingungen können Elektrobusse schon vor 2020
die Wirtschaftlichkeitsschwelle überschreiten.
● Busse mit Zwischenladung (OC) bieten bei hoher Auslastung der
Ladeinfrastruktur und moderaten Infrastrukturpreisen wirtschaftliche Vorteile
gegenüber Vollladern (ON).
● Große Unsicherheiten in Bezug auf die Wirtschaftlichkeit sind mit der
Entwicklung der Batteriekosten sowie der Kosten der Ladeinfrastruktur
verbunden.
● Niedrige Dieselpreise erschweren den wirtschaftlichen Betrieb von
Elektrobussen erheblich.
● Die durch Elektrobusse erzielbarer Einsparung an Treibhausgasemissionen
ist aufgrund von hohen Verbräuchen und Fahrleistungen erheblich.
● Der TCO-Ansatz vernachlässigt Vorteile von Elektrobussen wie die lokale
Emissionsfreiheit und die Reduktion der Lärmemissionen.
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35. 35
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Telefon +49 30 405085-377
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