Um in Deutschland sämtliche KFZ unter 3,5 Tonnen Gesamtgewicht durch batterieelektrische KFZ (BEV) zu ersetzen um in diesem Zweig eine E-Mobilität von 100 Prozent zu erzielen, so ist dafür eine Steigerung der elektrischen Energieerzeugung um über 13 Prozent notwendig, was rund 78 Gigawattstunden entspricht.
Diese Steigerung der elektrischen Energieerzeugung benötigt den Neubau von 7 Atomkraftwerken des noch im Betrieb befindlichen Typs mit einer Leistung von 1300 Megawatt oder die Realisierung durch 1050 der derzeit stärksten Windkraftanlagen mit 14 Megawatt.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen das die derzeit sich im Bau befindlichen Stromtrassen nur für die Durchleitung der elektrischen Energie ausgelegt sind, welche zum Ausgleich der weggefallenen Energieerzeugung in den abgeschalteten Atomkraftwerken Süddeutschlands von der Küste nach Süd übertragen wird.
Berechnung
- In diesem Beispiel werden nur rein elektrisch angetriebene KFZ (BEV – siehe unten) betrachtet.
- Die Rechnungen sind als Überschlagsrechnung zu verstehen die jeder nachvollziehen kann.
- 1 Kilowattstunde (kWh) entspricht der Energie die ein oder mehrere Verbraucher (Bohrmaschine, Heizstrahler) mit einer Gesamtleistung von 1000 Watt in einer Stunde verbraucht.
- 1 Terawattstunde = 1 TWh = 1 Milliarde Kilowattstunden = 1000000000 kWh
- 1 Gigawattstunde = 1 GWh = 1 Million Kilowattstunden = 1000000 kWh
- Ein durchschnittliches rein elektrisch angetriebene KFZ (BEV) wie der Volkswagen e-Golf oder der ID.4 besitzen einen elektrischen Energieverbrauch von rund 16 kWh pro 100 km gefahrener Distanz [2],[3] und damit
VBEV = 16 kWh / ( 100 km )
- Laut Kraftfahrtbundesamt betrug die Gesamtdistanz der durch alle KFZ unter 3,5 Tonnen Gesamtgewicht im Jahr 2021 eine zurückgelegte Strecke von 610726 Millionen Kilometer.
DKFZ = 610726 * 1000000 * km
- Damit ergibt sich bei 100% E-Mobilität mittels BEV ein Gesamtenergiebedarf EBEV der sich aus der Gesamtdistanz aller durch KFZ zurückgelegten Kilometer DKFZ multipliziert mit dem Verbrauch VBEV eines BEV-KFZ zusammensetzt:
EBEV = DKFZ * VBEV
= 610726 * 1000000 * km * 16 kWh / ( 100 km )
= 97716160000 kWh
Diese Zahl kann man in Terawattstunden umrechnen – wir stellen dazu die weiter oben genannte Beziehung um in dem wir beide Seiten durch 1000000000 (eine Milliarde) teilen und beide Seiten vertauschen
TWh = 1000000000 kWh
TWh / 1000000000 = kWh
kWh = TWh / 1000000000
und ersetzen kWh durch oben genannten Ausdruck der rechten Seite:
EBEV = 97716160000 kWh = 97716160000 kWh * TWh / 1000000000
= 97,716 TWh
- Im Jahr 2021 betrug laut DeStatis (Statistisches Bundesamt) die Bruttostromerzeugung (BSE) – also alles das, was an elektrischer Energie erzeugt wurde – 582,9 Milliarden Kilowattstunden [1] und damit
EBSE = 582,9 TWh
- Im Jahr 2021 exportierte Deutschland laut der Statistikseite Statista 20 Terawattstunden [6]
EEXPORT = 20 TWh
- Damit ergibt sich ein hypothetischer elektrischer Energiebedarf für reine E-Mobilität pro Jahr in Deutschland zu absolut
EBEV_BEDARF = EBEV – EEXPORT
= 97,716 TWh – 20 TWh
= 77,716 TWh
und damit zu einer benötigten Steigerung der Gesamtenergieerzeugung um prozentual
pEBEV_BEDARF = EBEV_BEDARF / EBSE * 100%
= 77,716 TWh / ( 582,9 TWh ) * 100%
= 13,3 % - Um diesen hypothetischen elektrischen Energiebedarf bei vollständiger E-Mobilität mit BEV in Relation zu setzen wird dieser Energiebedarf nun in Energierzeugungsanlagen umgerechtet.
- Ein Atomkraftwerk (AKW) bundesdeutscher Bauart erzeugt maximal 1300 Megawatt. Dies entspricht 1,3 Gigawatt. Läuft dieses Atomkraftwerk ununterbrochen ein Jahr lang, so ergibt sich die erzeugte elektrische Energie zu
EAKW = 1,3 GW * 365,25 d * 24 h/d = 1,3 GW * 8766 h = 11396 GWh
= 11,396 TWh
mit Stunde h (hour) , Tag d (day) , Jahr a (annum)
- Die Anzahl benötigter neuer Atomkraftwerke bundesdeutscher Bauart wie oben beschrieben beträgt
nAKW = EBEV_BEDARF / EAKW
= 77,716 TWh / ( 11,396 TWh )
= 6,82
- Geht man bei der Energieerzeugung von Atomkraftwerken zu Windkraftanlagen (WKA) über und realisiert den Bedarf mit der derzeit stärksten Anlage mit 74 Gigawattstunden EWKA = 74 GWh , so ergibt sich eine Anzahl der benötigten Windkraftanlagen zu
nWKA = EBEV_BEDARF / EWKA
= 77,716 TWh / ( 74 GWh )
= 77716 GWh / ( 74 GWh )
= 1050
Definitionen
- ICE (Internal Combustion Engine) – dies sind konventionelle KFZ mit Verbrennungsmotor
- BEV (Battery Electric Vehicle) – dies sind rein elektrisch angetriebene KFZ die eine eingebaute Batterie besitzen die von außen mit einem elektrisches Netz verbunden wird um diese aufzuladen. Dies kann z.B. ein normaler Netzanschluss oder eine WallBox sein.
Hinweis: im Englischen gibt es keine Unterscheidung zwischen Akkumulator (wiederaufladbar) und Batterie (nicht wiederaufladbar) – international hat sich Batterie durchgesetzt. - HEV (Hybrid Electric Vehicle) – dies sind konventionelle KFZ mit Verbrennungsmotor die in ihrem Antriebsstrang eine elektrische Maschine (EM) besitzen die angetrieben durch den Verbrennungsmotor bzw. bei einer Nutzbremsung elektrische Energie erzeugt und diese Energie in einer Batterie im KFZ speichert (Generatorbetrieb – Quadrant 4). Aus dieser Batterie kann bei Bedarf das KFZ teilweise oder vollständig angetrieben werden (Motorbetrieb, Quadrant 1)
- PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle) – dies sind HEV (Hybrid Electric Vehicle) deren Batterie nicht nur intern durch die elektrische Maschine (EM) im Generatorbetrieb geladen werden kann sondern zusätzlich mittels einer Anschlusses an ein externes elektrisches Netz. Dies kann z.B. ein normaler Netzanschluss oder eine WallBox sein.
- FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle) – dies sind rein elektrische KFZ die ihre Energie aus einer Brennstoffzelle beziehen die mit Wasserstoff betrieben wird.
- REEV (Range Extended Electric Vehicle) – dies sind elektrisch angetriebe KFZ (BEV) die mit einem kleinen Verbrennungsmotor (ICE) augestattet sind um die Reichweite zu erhöhen
Referenzen
[1] DeStatis: Bruttostromerzeugung in Deutschland
https://www.destatis.de/DE/Themen/Branchen-Unternehmen/Energie/Erzeugung/Tabellen/bruttostromerzeugung.html
[2] ADAC VW e-Golf (04/17 – 05/20) https://www.adac.de/rund-ums-fahrzeug/autokatalog/marken-modelle/vw/golf/vii-facelift/266575/
[3] ADAC VW ID.4 Pure Performance (52 kWh) Style (02/21 – 05/21) https://www.adac.de/rund-ums-fahrzeug/autokatalog/marken-modelle/vw/id4/1generation/319319/
[4] KBA – Verkehr in Kilometern – Inländerfahrleistung (VK) https://www.kba.de/DE/Statistik/Kraftverkehr/VerkehrKilometer/vk_inlaenderfahrleistung/2021/verkehr_in_kilometern_kurzbericht_pdf.pdf?__blob=publicationFile&v=2
[5] Statista – Stromaustauschsaldo Deutschlands in den Jahren 1990 bis 2021 https://de.statista.com/statistik/daten/studie/153533/umfrage/stromimportsaldo-von-deutschland-seit-1990/
[6] Ingenieur.de Offshore: Warum sich die weltweit größte Windkraftanlage nur auf dem Land dreht https://www.ingenieur.de/technik/fachbereiche/energie/offshore-weltweit-groesste-windkraftanlage-haliade/