Elektrofahrzeuge existieren nunmehr seit über hundert Jahren. Doch seitdem der anfängliche Wettbewerb gegen konventionelle Fahrzeuge zu Beginn des 20. Jahrhunderts verloren ging, fristen sie ein Nischendasein. Nun aber, in Zeiten schwindender Rohstoffvorräte und des voranschreitenden Klimawandels, sind Elektrofahrzeuge auf die wirtschaftliche und politische Agenda zurückgekehrt. Erste Automobilhersteller präsentieren bereits Serienfahrzeuge und kündigen weitere Modelle an. Weltweit werden Ladestationen installiert und vielerorts überbieten sich Regierungen in der Höhe nationaler Förderprogramme, um die Entwicklung der einzelnen Komponenten der Elektromobilität voranzutreiben. Vor diesem Hintergrund untersucht die Studie, ob und zu welchem Ausmaß das anvisierte Ziel der Bundesregierung, bis 2020 eine Million EF auf Deutschlands zu haben, realisierbar ist.

Textprobe: Kapitel 4, Nutzwert-Kosten-Analyse von Energiespeichern: Im Folgenden soll im Rahmen einer Nutzwert-Kosten-Analyse (NKA) der zum Zeitpunkt der Erstellung dieser Arbeit optimale Energiespeicher für EF ermittelt werden. Im Rahmen der NKA werden monetär nicht vergleichbare Alternativen nach einer freien Skalierung bewertet und durch Nutzwerte in eine Rangfolge gebracht. Im Anschluss an die Nutzwertvergabe werden die ermittelten Nutzwerte den Kosten der jeweiligen Alternative gegenüber gestellt, um eine differenzierte Entscheidungsfindung zu ermöglichen. 4.1, Problemstellung und Analyseziel: Die Antriebstechniken von BF und EF lassen sich nur schwer vergleichen. Während beim BF der Verbrennungsmotor im Wesentlichen über die Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs bestimmt, ist der reine Motor bzw. Elektromotor im EF hierbei zweitrangig. Die Leistungsfähigkeit eines EF wird im Wesentlichen durch den im Fahrzeug integrierten Energiespeicher bestimmt. Hier wird die elektrische Energie gespeichert und abgegeben, die zum Antrieb des Elektromotors und der Elektronik dient. Außerdem bestimmt der Energiespeicher neben der Leistungsfähigkeit auch Wirtschaftlichkeit und Kosten eines EF. Zusammengefasst stellt der Energiespeicher die Schlüsselkomponente eines EF dar, deren Analyse notwendig ist, um Rückschlüsse auf die Eigenschaften eines EF machen zu können. Im Folgenden werden daher nicht EF an sich betrachtet, sondern verschiedene Typen von Energiespeicher, die für eine Verwendung in EF in Frage kommen. Im Rahmen der Analyse soll derjenige Energiespeicher ausgewählt werden, der die Anforderungen von Konsumenten vergleichsweise am besten zu befriedigen vermag. Um dies zu ermöglichen, wird im ersten Schritt ein Anforderungsprofil potentieller Konsumenten hergeleitet, welches die wesentlichen technischen und wirtschaftlichen Anforderungen an Energiespeicher definiert und somit aus Nachfragesicht bei einer Verwendung in EF den höchsten Nutzen darstellt. Anhand der Ergebnisse wird daraufhin beurteilt, inwiefern der für optimal befundene Energiespeicher mit dem Anforderungsprofil der Nachfrageseite übereinstimmt und welchen Einfluss dies auf das Erreichen des zu Grunde gelegten Erfolgsmaßstabs haben kann. 4.2, Definition eines Anforderungsprofils: Im Folgenden soll anhand von Konsumentenpräferenzen ein Anforderungsprofil (Soll-Stand) definiert werden, um dann die Ergebnisse der NKA im Soll-Ist-Vergleich auswerten zu können. Die technischen Parameter der Energiespeicher sollen im Sinne der NKA als Zielkriterien verstanden werden. Sie dienen zur Bewertung des Gesamtziels, welches die Auswahl des optimalen Energiespeichers beschreibt. Im Rahmen der NKA stellen die einzelnen Energiespeicher-Typen Alternativen dar. Im Hinblick auf die Definition eines Anforderungsprofils ist zunächst anzunehmen, dass verschiedene Konsumenten unterschiedliche Präferenzen an Mobilität haben. Beispielsweise präferieren manche große und schnelle Fahrzeuge sowie andere eine bestimmte Marke. Diese Art von Präferenzen ist jedoch für die vorliegende Arbeit nicht relevant. Es sollen vielmehr die wesentlichen technischen und wirtschaftlichen Anforderungen an ein Fahrzeug betrachtet werden. Insbesondere sind darunter Leistungsfähigkeit und Kosten zu verstehen. Um diese Faktoren vergleichbar zu machen, werden die Anforderungen an EF mit den Anforderungen an aktuell marktbeherrschende Fahrzeugantriebe verglichen. Die Anforderungen potentieller Konsumenten von EF sollen sich an den Leistungsdaten und Kosten eines BF der Kompaktklasse (untere Mittelklasse) orientieren, da diese anders als z.B. Kleinwagen, von einem breiteren Anwenderspektrum (Familien usw.) genutzt werden können. Weitere Ausprägungen wie Sicherheit und Ausstattung werden als vergleichbar zwischen modernen EF-Modellen und BF angenommen und gehören nicht zur Analyse. Es gibt viele technische Parameter, die der Charakterisierung eines Energiespeichers dienen. Diese im Detail darzustellen ist technisch sehr aufwendig und würde den Rahmen dieser Arbeit überschreiten. Der Fokus liegt daher auf den für den Konsumenten wichtigsten Kriterien. Im Folgenden werden sieben Parameter definiert und ins Anforderungsprofil aufgenommen. Die Reichweite eines EF wird im Wesentlichen bestimmt durch die im Energiespeicher vorgehaltene Energiemenge und die Masse, welche als Widerstand auftritt. Aus diesem Grund wird ein möglichst großes Energiespeichervermögen bei geringem Gewicht angestrebt. Dies führt zur Definition des Parameters spezifische Energiedichte (Wh/kg), der angibt, wie viel Energie je Masse speicherbar ist und konstant zur Verfügung steht. Grundsätzlich wird für ein EF eine spezifische Energiedichte von 160 Wh/kg (ca. 300 km) vorgesehen. Ein weiterer elementarer Faktor für Energiespeicher ist die Menge an Energie, welche in Leistungsspitzen pro Masse aufgenommen sowie abgegeben werden kann, was der Fahrdynamik dient. Der Parameter hierfür ist als spezifische Leistungsdichte (W/kg) bekannt. Grundsätzlich sollte die Leistung eines EF mit der eines BF im Stadtverkehr mithalten können, um eine ausreichende Fahrdynamik zu ermöglichen. Daher gilt eine Leistungsdichte von 400 W/kg als erforderlich. Die Ladefähigkeit von Energiespeicher ist mit 2,5 bis 14 Stunden derzeit nicht mit der Tankzeit eines BF vergleichbar. Allerdings gibt es die Möglichkeit der Schnellladung mit höherer Stromrate. Zu beachten ist hierbei, dass eine Schnellladung zwar einen deutlichen Komfortgewinn beim Ladevorgang sowie eine größere Flexibilität hinsichtlich der Nutzung mit sich bringt, dies jedoch oft eine Verringerung der Lebensdauer des Energiespeichers mit sich führt. Ein Energiespeicher wird mit dem Parameter Schnellladefähigkeit beschrieben, wenn er in kurzer Zeit im Vergleich zur sonstigen Ladezeit ca. 80% der gesamten Lademenge laden kann. Grundsätzlich wäre eine Schnellladung in etwa 15 Minuten als optimal anzusehen. Die Lebensdauer eines Energiespeichers lässt sich in zwei Größen beschreiben: Einerseits als kalendarische Lebensdauer, also Lebensdauer in Jahren, und andererseits als zyklische Lebensdauer, also Lebensdauer nach Anzahl der Ladevorgänge. Für eine gesamte Lebensdauer in Jahren wird ein Wert von zehn bis 15 Jahren und eine Anzahl von 1.500 Vollzyklen gefordert. Da die kalendarische von der zyklischen Lebensdauer abhängt, wird erstere nicht weiter betrachtet. Weiterhin von Bedeutung ist die Effizienz bzw. Sparsamkeit eines EF. Hierfür ist der Energiewirkungsgrad wichtig. Bei einem Energiespeicher gibt er das ‘Verhältnis der entnehmbaren Energie zu der zuvor beim Laden zugeführten Energie an’. Dies ist für Konsumenten insofern belangvoll, als dass eine hohe Energieeffizienz höhere Wirtschaftlichkeit in Form von weniger Ladungen mit elektrischem Strom bedeutet. Grundsätzlich wird ein Energiewirkungsgrad von 90% und mehr gefordert. Weiterhin kann die Robustheit eines Energiespeichers zu den Anforderungen gehören. Hiermit soll der Parameter Tieftemperaturverhalten gemeint sein. Er gibt an, für welche Extremtemperaturen über und unter 0°C der Energiespeicher uneingeschränkt funktionstauglich ist. Vor allem Minusgrade schränken Akkus in ihrer Verwendung ein. Daher sind möglichst hohe Extremtemperaturen zu fordern, die zwischen -40 bis 60°C liegen. Dem definierten Anforderungsprofil liegt ein weiterer Faktor zu Grunde, die Kosten. Dies ist ein besonders wesentlicher Faktor, der letztendlich die Anschaffungskosten von EF bedingt. Nach Umfrageergebnissen von Continental, TÜV SÜD und Accenture wird die Mehrheit der Konsumenten ein mit einem BF vergleichbares EF zu erheblichen Mehrkosten nicht akzeptiert. Grundsätzlich werden Kosten von ca. 110 €/kWh gefordert. Da sie im Gegensatz zu den anderen Parametern monetär zu bewerten sind, haben die Kosten eine besondere Stellung im Rahmen der NKA und werden wie oben bereits beschrieben, im Anschluss an die Nutzwertvergabe separat analysiert.

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Nicolai Woyczechowski wurde 1983 in Berlin geboren. Sein Studium der Betriebswirtschaftslehre an der Europa-Universität Frankfurt (Oder) schloss der Autor im Jahre 2010 mit dem akademischen Grad Diplom Kaufmann erfolgreich ab. Bereits während des Studiums sammelte der Autor umfassende praktische Erfahrungen in der Automobil- und Energiewirtschaft. Fasziniert von dem Zusammenspiel beider Industrien und dem neu entstehenden Markt der Elektromobilität entschloss er sich, sich der Thematik des vorliegenden Buches zu widmen.