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elweb Technik
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Erster Beitrag:
vor 16 Jahren, 1 Monat
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Natascha Schlüter

Kapazitäten von E-Mobilen

Startbeitrag von Natascha Schlüter am 07.09.2001 23:21

Kapazitäten (Grundsatzthema)

Zur individuellen Beantwortung der Frage: "Wieviel Auto braucht der Mensch" hier mal einige Diskussionspunkte:

Sitzplätze (und Zuladung)
In Deutschland gab es im Jahr 2000 etwa 50 Millionen PKW mit durchschnittlich etwa vier Sitzplätzen, also 200 Millionen Sitzplätze (Plus LKW, Busse etc.). Bei nur 80 Millionen Bundesbürgern könnte ein Ausserirdischer ein Volk von Nomaden vermuten. Auf die nächste Völkerwanderung sind wir jedenfalls gut vorbereitet. Im Schnitt sitzen gerade mal 1,2 Personen in den fahrenden PKW, das heisst, in 80% aller Fälle ist das Fahrzeug mit nur einer Person besetzt. Gehe ich einmal davon aus, das ein einsitziges Fahrzeug 20 Pfennig je km kostet, ein zweisitziges 30 Pfennig und ein Car-Sharing-Fahrzeug 60 Pfennig je km. Bei jährlich 10000 km zahle ich beim Zweisitzer 3000DM, bei 8000km im Einsitzer 1600DM plus 2000km Car-Sharing = 1200DM sind 2800DM. Das sind 200DM weniger und ich bin durch das Angebot verschiedener Fahrzeuge (vom Smart über Kleintransporter bis hin zum Wohnmobil) wesentlich flexibler als bei einem zweisitzigen, eigenen Fahrzeug. Und ein Anhänger zur Personen- und Lastbeförderung ist ja auch noch möglich.

Höchstgeschwindigkeit
Ab 62 km/h zulässiger Höchstgeschwindigkeit darf ich auf die Autobahn. Ohne Autobahnzulassung sind die Strecken üblicherweise etwa 10 Prozent länger, so dass ich nicht nur die Kosten pro Kilometer sondern auch die Jahresgesamtstrecke berücksichtigen muss. Will man die zulässige Höchstgeschwindigkeit bei der Konstruktion eines E-Mobils erhöhen, so ist folgendes zu berücksichtigen: Fahre ich mit doppelter Geschwindigkeit durch ein Schlagloch, so muss die Federung die vierfache Energie abfedern und dementsprechend stabiler konstruiert sein. Das erhöht das Fahrzeuggewicht. Grössere Höchstgeschwindigkeit erhöht auch die Durchschnittsgeschwindigkeit und damit den Energieverbrauch je Kilometer. Um die gleiche Reichweite zu erzielen, benötige ich also eine grössere Batterie, was das Fahrzeuggewicht nochmals erhöht. Bei doppelter Geschwindigkeit brauche ich auch die vierfache Motorleistung und das noch mal den Gewichtszuwachs. All das erhöht die Herstellungskosten und den Energieverbrauch erheblich. Ich schätze, das eine Verdoppelung der Höchstgeschwindigkeit die Kosten je km um das 2-2,5-fache ansteigen lässt, sich die Durchschnittsgeschwindigkeit jedoch bestenfalls um ein Drittel erhöht. Vor roten Ampeln und in der Tempo-30-Zone sind wir halt alle gleich. Wenn ich nun berechne, wieviel Zeit ich für eine Strecke von 110 km ohne und 100 km mit Autobahnzulassung benötige, ich die Stunden mal 30DM "Freizeitwert" (ich könnte ja ebensogut arbeiten gehen) nehme und die Kosten für die Fahrstrecke hinzurechne, so komme ich auf eine optimale Höchstgeschwindigkeit von 65 bis 85 km/h (je nachdem, welche Werte je km ich zugrunde lege). Mit schnelleren Fahrzeugen komme ich zwar eher ans Ziel, muss aber länger Arbeiten, um mir das Fahrzeug leisten zu können.

Reichweite
Die 50 Millionen PKW haben im Jahr 2000 insgesamt 540 Milliarden km zurückgelegt. Das macht 10800 km pro PKW bzw. 30 km pro Tag. Würde das Fahrzeug nur Arbeitstäglich genutzt, so kommen bei 220 Arbeitstagen ca. 50 km pro Tag zustande. Da das Fahrzeug üblicherweise von einem Ausgangspunkt (Wohnung) zu einem Ziel (Arbeitsplatz, Supermarkt etc.) fährt, dort einige Zeit steht (und laden kann) und anschliessend wieder zurück fährt, ist eine Einzelstrecke selten länger als 40 km. Ist das Fahrzeug klein genug und hat einen entsprechend geringen Energieverbrauch, so kann auch entsprechend schnell geladen werden (TWIKE ca. 1km/Minute). Da ich auf längeren Strecken zwischenladen (und die Zeit sinnvoll nutzen) kann und eine höhere Reichweite bedeuten würde, das ich in den meisten fällen unnötiges Batteriegewicht spazieren fahre, scheint mir die ideale Reichweite irgendwo bei 40 bis 60 km zu liegen. Hier ist sicher eine individuelle Anpassung erforderlich und für Langstrecken brauchen wir ein flächendeckendes Netz von E-Tankstellen (vielleicht mal bei DEA oder Shell anfragen?), aber die Reichweitenproblematik nur über die Batterietechnik lösen zu wollen, halte ich für keinen guten Ansatz. Ich denke, da grössere Strecken nur etwa 10-15% der Gesamtstrecken ausmachen und die Energiebilanz von E-Mobilen (einschliesslich der Batterieabnutzung) auch nicht so viel besser aussieht, als bei Verbrennungsmotoren, könnte man für Langstrecken auch einen Hybrid-Stromgenerator verwenden (bis die Brennstoffzelle endlich serienreif ist).

Hybrid-Fahrzeug
Ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor hat einen Wirkungsgrad zwischen 10% (schlimmster Stop-and-Go-Verkehr mit viel Leerlauf, "verbremster" Energie und ungünstigen Drehzahlen) und 40% (optimale Drehzahl auf ebener Strecke), durchschnittlich also 25%. Bei einem seriellen Hybrid liefert der Verbrennungsmotor also 40% die der Generator zu 85% in Elektrizität umwandelt. Von den 34% Strom fliessen 17% direkt zum Elektromotor und die anderen 17% durch die Pufferbatterie (85% Wirkungsgrad) macht nochmal 14,45%. 31,45% Strom kommen beim E-Motor an und werden zu 85% in Bewegungsenergie umgesetzt. Summe: 26,7325%. Das Gesamtsystem ist leichter, da der schwere Verbrennungsmotor nur die durchschnittliche Leistung bereitstellen muss und der Motor lässt sich gezielter Lärmisolieren, da die Drehzahl ja gleich bleibt. Noch optimaler wäre eine Kombination von Elektromobil und seriellem Hybrid. Hier wäre das Aggregat etwas kleiner und würde nur etwa 75-80% der Durchschnittsleistung erbringen. Dafür würde die Batterie für etwa 40km Reichweite ausgelegt und mit einem Schnellladegerät ausgestattet sein. Durch die langsamere Entladung beim Aggregatsbetrieb würde der Batterieanteil auf etwa 60km gestreckt und die Gesamtreichweite durch den Aggregatsanteil auf das fünf- bis sechsfache (240-300km) erhöht. Danach wäre jeweils eine Ladepause von etwa einer Stunde fällig. Alternativ kann man auch die Durchschnittsgeschwindigkeit um (kaum merkliche) fünf Prozent absenken und damit den Batterieanteil halbieren und die Reichweite verdoppeln. Für kürzere Strecken könnte das Aggregat ausgebaut werden und der Aggregatsanteil wäre nur 10-15% der Jahresgesamtstrecke, der Rest wäre wie üblich Wind- und Solarenergie im Netzverbund.

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