Veröffentlicht am

Botschafter der Elektroautos

Unter den technischen und technologischen Laien haelt sich zur Zeit stur die Legende, Elektroautos seien sparsam. Wie sie zu dieser Ansicht gekommen sind, ist mir ein absolutes Raetsel. Zumal man sich mit der Problematik des Energiebedarfs des Elektroautos schon Generationen zuvor beschaeftigt hatte und nach Einsicht in das Thema auf die physikalisch untermauerte Meinung geeinigt hatte, das das Elektroauto Primaerenergie denkbar schlecht verwertet, so wie jede andere elektrische Maschine auch. Hat sich innerhalb der letzten 30 Jahre die Physik geandert? Eine rhetorische Frage. Hat die Bevoelkerung verlernt mit Papier und Bleistift einfache Fakten nachzurechnen? Vielleicht.

Gewiss, es gab einige technische Fortschritte, die das Elektroauto praktikabler gemacht haben. Aber an dem schlechten Gesamtwirkungsgrad hat sich in dieser Zeit nicht sehr viel geaendert. Wer das glaubt, liegt voellig falsch.

Offshore Windkraftpark, Bildquelle Wikipedia

Elektroautos sind abgaslos, sie sind leise, sie sind beschleunigungsfreudig, und sie koennen Stromspitzen aus der oekologischen Wind- und Solarenergieerzeugung puffern. Aber sie sind nicht sparsam. Sie sind im Gegenteil besonders uneffektiv, dies liegt in ihrer Natur als elektrische Maschinen, die das Kraftwerk nicht mit sich fuehren, und sich damit grosse Verluste einhandeln. Die Problematik kennt man genauso beim Vergleich von Gaslicht und elektrischem Licht oder von Gasherden und elektrischen Herden oder von Oelheizungen und elektrischen Heizungen, man koennte die Liste lange fortfuehren. Die elektrische Loesung ist immer die energieintensivste Loesung aufgrund ihrer Zwischenumsetzung in Elektrizitaet und wieder zurueck.

Man kann das an einfachen Messungen des Primaerenergiebedarfs von Fahrzeugen bestimmen, die man untereinander vergleicht und normiert, wie in [1] vorgestellt, oder auch mit Ueberschlagsrechnungen zeigen, wie in diesem Text. Ich habe festgestellt, dass es nicht nur Laien sind, die dem Irrglauben der Sparsamkeit der Elektroautos verfallen sind. Da braucht einen nichts mehr zu wundern, denn wen fragen die technologischen Laien? Unter Ingenieuren und Physikern gibt es zum Glueck ein sprachliches Mittel, das den Diskussionsspielraum stark begrenzt, und damit schneller zu Meinungen und Entscheidungen fuehrt: die Mathematik. Das klingt hochtrabend und laesst die einfachen Herleitungen meines folgenden Textes viel zu wichtig erscheinen. Nennen wir es einfach Ausrechnen. Deshalb werde ich im folgenden Text ein wenig rechnen, um den Diskussionsspielraum abzustecken und damit Zeit zu sparen. Es wird sich zeigen, wo ein typisches Elektroauto heute liegt und in welchem Bereich die Schwankungen der „Wirkungsgrade“ liegen.

Ich will das Elektroauto keineswegs schlecht reden. Im Gegenteil. Aber ich kann es nicht leiden, wenn man sich einer Wahrheit verschliesst, weil diese etwas unbequem erscheint. So etwas kann ganz boese enden. Man bekommt nichts umsonst, das ist auch in der Technik so. Jede neue Technik hat auch immer irgendwo einen Nachteil. Und so ist es auch mit den Elektroautos. Die vielen Vorteile des elektrischen Antriebs erkauft man sich mit sehr viel hoeherem Energieverbrauch.

Die Idealisten

Einige Menschen, selbst Ingenieure, ja sogar Physiker, verschliessen sich dieser Tatsache aus politisch oder idealistisch motivierten Gruenden. Sie ignorieren zum Beispiel gerne die real existierenden Primaerenergiequellen und nehmen einfach an, dies koennten auch allesamt Wasserkraftwerke sein. Der Vereinfachung halber rechnen sie gerne erst ab der Ladestation, als kaeme die elektrische Energie aus einem unendlichen und unerschoepflichen Reservoir und erhalten dann Ergebnisse, bei dem das Elektroauto sparsamer ist, als alle anderen Niedrigenergiefahrzeuge [6]. Das ist natuerlich voelliger Nonsens.

Viele begeisterte Verfechter der Elektromobilitaet suchen sich gerne die beeindruckenden Effizenzwerte der herausstechensten, hochoptimiertesten elektrischen Geraete aus, die auf Arbeitspunkte ausgelegt sind, die die Autoren meist nicht einmal selbst recherchieren. Sie basteln sich damit theoretisch auf Papier und im Vortrag eine Gesamteffizienz von der Batterie zum Rad von euphorischen 85% und mehr zusammen. Ein Wortlaut, dem man immer wieder begegnet ist „Es gibt heutzutage X, die besitzen bereits Wirkungsgrade von Y“. Solche Saetze implizieren, es gaebe ein fortlaufende Entwicklung mit immer hoeheren Effizienzen. Dem ist nicht so.

Erstens arbeitet jedes ihrer Teilsysteme bei einem anderen Arbeitspunkt optimal. Zweitens haben hochoptimierte Systeme meist den Nachteil, dass ihre hohen Effizienzen nur in einem kleinen lokalen, fast punktfoermigen Arbeitsgebiet wirksam sind, und sie unmittelbar daneben stark abfallen. Drittens bewegt sich ein Automobil in einem weiten Bereich von Drehmoment und Drehzahl, so dass die Annahme eines fixen Arbeitspunktes voelliger Unsinn ist, und hochoptimierte Systeme insgesamt sich dabei meist schlechter auswirken als Systeme mit niedrigerem aber dafuer flacherem Effizenz-Verlauf. Erinnern sich diese Autoren nicht, daran, warum die Gasturbinen im Auto einst gescheitert sind?

Der Akkumulator ist eine ganz spezielle Disziplin der Idealisten. Es gibt ihn meistens einfach nicht. Genauso wie das Kohlekraftwerk und die Ueberlandleitungen. Haeufig ignorieren sie die teilweise sehr hohen Waermeverluste im Akkumulator waehrend der Fahrt einfach komplett. Wir werden spaeter sehen, das dies nur bei geringen und konstanten Geschwindigkeiten eine vernuenftige Abschaetzung ist, in anderen Fahrszenarien koennen mal eben bis zu 60% Waermeverlust im Akku frei werden.

Ich habe im Laufe der Zeit zu meinem Erschrecken feststellen muessen, auch auf anderen Gebieten, dass einige Techniker sich leider der universell begrenzenden Gesetze der Thermodynamik oft entweder nicht bewusst sind oder sie einfach nicht wahrhaben wollen, und dann traumhafte „Wirkungsgrade“ errechnen, die jedoch Clausius/Carnot widersprechen und damit physikalischen Crap darstellen. Mir faellt kein besseres Wort ein. Genauso kann ich einen Ueberlichtantrieb vorstellen.

Das Problem der Speicherung von Wind- und Sonnenenergie

Es gibt heutzutage ein grosses, noch voellig ungeloestes Problem mit der Zwischenspeicherung von regenerativen Energien. Viele Menschen fordern mehr alternative Energien. Sie wissen jedoch nicht, dass Energiequellen wie Windenergie und Sonnenenergie nicht beliebig dem Netz zugeschaltet werden koennen. Diese Energiequellen sind nicht kontinuierlich. Zum Teil kann man Ueberschuesse mit Pumpspeicherkraftwerken auffangen und damit die Wind- und Sonnenenergie ueber die Zeit verteilen. Der Bau von Pumpspeicherkraftwerken stoesst aber schnell an landschaftliche Grenzen. Dann bleibt nur noch die Moeglichkeit jedem Megawatt Wind- und Sonnenenergie ein konventionelles Megawatt aus einem zuschaltbaren Reservekraftwerk gegenueberzustellen, das einspringt, wenn gerade kein Wind weht und die Sonne nicht scheint – ansonsten bricht das Stromnetz zusammen. Wir sind heute schon fast an den Grenzen des Machbaren angekommen.

Wenn wir also mehr Wind- und Sonnenenergie nutzen wollen, koennen wir sie nicht einfach unserem Stromnetz zufuegen. Das sollte klar sein. Somit bleibt entweder nur eine dezentrale Loesung ohne Anschluss an das Netz oder eine neue alternative Infrastruktur. Eine dezentrale Loesung sieht zum Beispiel so aus, dass eine Gemeinde die elektrische Energie aus ihrem Windpark oder ihrer Photovoltaikanlage an oeffentliche Ladestationen verteilt, die ausschliesslich schwankenden Oekostrom liefern. Dezentral ist auch die Loesung des Eigenheimbesitzers, der sich ein ganzes Dach mit Photovoltaik ausbaut und mit der gewonnenen Energie seine Elektroautos bei Sonne auflaedt.

Eine neue alternative Infrastruktur waere zum Beispiel ein paralleles Netz, zusaetzlich zu dem vorhandenen Stromnetz, dass aber keine Versorgung garantiert. An diesem Netz koennen nur Elektroautos und andere Akku-betriebene Geraete und Maschinen aufgeladen werden die die Wind- und Sonnenenergie dabei fuer den Bedarfsfall abspeichern. Waschmaschinen, Spuelmaschinen, Mikrowellengeraete mit Akkus sind ohne weiteres vorstellbar. Akkubetriebene Kuechengeraet, Mobiltelefone, Laptops und Notebooks gibt es schon und sie sind fuer solch ein alternatives Netz praedestiniert. Und natuerlich ganz besonders unser Elektroauto, um das es hier geht.

Nur mit neuen Ansaetzen der Energieverteilung kann der Anteil von Wind- und Sonnenenergie noch weiter zunehmen, ohne dass das Stromnetz zusammenbricht. Alles andere ist an der physikalischen Realitaet vorbei. Das muss man sich klarmachen.

Vorteile des Elektroautos

Das breit von der Bevoelkerung eingesetzte Elektroauto koennte also mit der entsprechenden Infrastruktur ein Teil der Problemloesung der Speicherung gewisser alternativer Energien werden. Ein Elektroauto am klassischen Netz aufzuladen ist reine Energieverschwendung, wie wir sehen werden. Aber, Energie, die sonst ganz verloren waere, zu speichern, ist natuerlich keine Verschwendung, im Gegenteil. Auch die geringsten Wirkungsgrade mit den schlechtesten Energieernten sind immer noch besser als Null. Vorausgesetzt man achtet darauf, dass der Aufwand die Energieernte nicht uebersteigt.

Vielleicht ist das Elektroauto zusammen mit einer neuen intelligenten Infrastruktur der direkte Weg zur breit eingesetzten alternativen Energie. Vielleicht auch nicht. Das muss sich zeigen und beweisen.

Das das Elektroauto die Metropolen von der Emissionsbelastung der Autoabgase und der Laermbelaestigung befreien hilft, ist jedoch heute schon eine Tatsache. In Zukunft koennte es wieder eine Option sein, sich eine Wohnung im Vorderhaus mit Blick auf die Strasse zu nehmen, so wie die Buergerschicht frueher in den Staedten lebten. Das waere doch schoen, so etwas wieder zu erleben, oder?

Der Fahrspass im Elektroauto ist sicherlich sehr gross. Die Beschleunigung ist immens. Leider wird ihm dies durch den dabei anwachsenden Energieverbrauch zum Verhaengnis, aber es ist sicherlich ein Fakt, dass ein solcher Fahrspass in gewisser Form bei einigen Menschen die Lebensqualitaet erhoehen kann. Ich selbst bin auch ein Freund sportlicher Autos und daher ein grosser Freund des elektrischen Antriebs.

Die Umkehrung des Vorteils des elektrischen Antriebs

Das Elektroauto hat unter Umstaenden Vorteile, die seine Existenz nicht nur berechtigen sondern geradezu erfordern wuerden! Das habe ich eben anhand der Moeglichkeit der Speicherung alternativer, schwankender Energiequellen gezeigt. Es darf jedoch auf keinen Fall sein, wie wir es heute zum Teil vorfinden, dass Elektroautos aus dem Stromnetz aufgeladen werden, und die kostbare Primaerenergie aus Kohle, Gas, Uran und Oel einfach verpuffen lassen. Fuer einen Netzbetrieb sind Elektroautos nicht gedacht. Genauso wenig wie Elektroheizungen oder Elektroherde es eigentlich nicht sind. Trotzdem haben sie sich verbreitet. Wer letztere schon einmal kritisiert hat, wird Elektroautos wahrscheinlich aus dem selben Grund nicht kaufen, zumindest so lange, bis man sie garantiert mit Windenergie aufladen kann. Auch ich werde so lange warten. Wenn es nie soweit kommt, werde ich nie ein Elektroauto kaufen, dann bleibe ich eben dem guten alten leichtgewichtigen, heckgetriebenen Benziner mit Kupplung, Handschaltung, drehfreudigem Motor und ausschaltbarem ESP treu. Der macht auch sehr viel Spass.

Ich denke, dass es vielen Menschen so geht wie mir. Sie wuerden ein Elektroauto kaufen, wenn es mehr Moeglichkeiten gaebe, garantierten, reinen Solar- oder Windstrom zu tanken. Vorher kommt ein solches Fahrzeug auf keinen Fall in Frage.

Trotz allem Spasses an Bewegung und Geschwindigkeit, eines darf man nie vergessen: Elektroautos sind auch nur ein Stueck leblose Technik. Ein verlaengerter Arm, eine Prothese, eine moderne Kutsche, ein neues Modell des Faustkeils. Es gibt keinen Grund, seine Wuensche und Hoffnungen darauf zu projizieren. Man muss es nuechtern und von allen Seiten betrachten. Was sind die Vorteile, was sind die Nachteile? Gibt es bessere Loesungen zur Speicherung alternativer, stark schwankender Energiequellen als das Elektroauto? Dies gilt es objektiv festzustellen, Ziele zu definieren, abzuschaetzen, ob diese oder jene neue Technik ein Mittel sein kann, den Zielen naeher zu kommen oder auch nicht.

Wenn wir aber unsere Elektroautos aus dem Stromnetz aufladen, wie es jetzt gerade aufkommt, dann wendet sich diese Technik noch bevor sie ueberhaupt richtig umgesetzt wurde gegen uns. Dann macht sie uns kaputt. Ich moechte mit der folgenden Rechnung ein fuer allemal zeigen, dass man Elektroautos nicht mit Strom aus dem Netz betreiben sollte, sondern sich eine Moeglichkeit suchen muss, sie mit Wind- oder Sonnenenergie aufzuladen.

https://i0.wp.com/upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d3/TeslaRoadster-front.jpg/640px-TeslaRoadster-front.jpg

Der Tesla-Roadster, umweltfreundlich, sportlich, schoen, aber – wie jedes Elektroauto – nicht sparsam, Bildquelle Wikipedia

Die Rechnung

Da der Tesla-Roadster in den letzten Jahren eine Art Botschafter der Elektroautos geworden ist – er ist in aller Munde, er gilt als umweltfreundlich, er gilt auch als sparsam, er hat geradezu eine Fangemeinschaft – moechte ich ihn als Beispiel fuer ein aktuelles Elektroauto einmal durchrechnen. Es erfordert ein ganz klein wenig physikalisches Verstaendnis, der Herleitung folgen zu koennen, mathematisch ist sie anspruchslos. Sollte das physikalische Verstaendnis nicht vorhanden sein, verweise ich auf meinen frueheren Text „Energieverbrauch von Elektroautos“ [1], der lediglich mit ein paar wenigen Messwerten eines Universitaetsinstituts [3] auskam, und ueber ein einfaches Dreisatzverfahren zur Umrechnung einiger Zahlenwerte fuer jeden Nichtphysiker oder -ingenieur verstaendlich zu den selben Ergebnissen kam.

Meine Rechnung kann, so wie sie ist, durch Einsetzen anderer Werte natuerlich auch als einfache Auslegungsrechnung fuer Elektroautos allgemein genutzt werden. Dann kann man mit der Rechnung ein wenig herumspielen und sehen, was geht und was nicht geht.

Urspruenglich war die Rechnung sogar noch einfacher. Ich habe aber bei der Diskussion mit verschiedenen Autofahrern, die verschiedene Elektroautos, auch den Tesla, fahren, und beim Sichten von Erfahrungsberichten der Automagazine, voellig unterschiedliche, eigentlich divergierende Erfahrungswerte in der Reichweite bei den selben Fahrzeugen bemerkt. Ausserdem wurde in der Presse berichtet, es hiesse aus Ingenieurskreisen, das die Abwaerme des Akkus ihnen ganz, ganz arg zu schaffen machen wuerde. Doch wo war diese Abwaerme geblieben? Ein hoher Energieverlust durch Abwaerme und die seroesen Erfahrungsberichte von extrem hohen Reichweiten schienen sich rein rechnerisch erst einmal zu widersprechen. Es stellte sich letztendlich heraus, dass das Fahrverhalten beim Elektroauto noch viel gravierender zu Buche schlaegt als das Fahrverhalten beim Verbrenner.

Es wird sich in der Rechnung zeigen, dass die quadratischen Anstiege durch den Luftwiderstand nicht das eigentliche Problem sind. Das Problem kennt man vom Verbrenner. Hier heisst doppelt so schnell rund gut viermal so viel Energieverbrauch, so dass man das Ziel mit mehr als doppelt soviel Verbrauch pro Weg erreicht. Das ist beim Elektro natuerlich ebenso. Aber genau der Punkt, der beim Elektroauto so schwaermerisch umschrieben wird, die immens grosse Elastizitaet des Motors, wird hier zum eigentlichen Energieproblem. Der Verbrenner ist in seiner Elastizitaet viel staerker eingeschraenkt. Beim Elektromotor kann man in fast jedem Fahrzustand durch Vollgas blitzschnell das volle Drehmoment anfordern, das den vollen elektrischen Strom verlangt und damit die Akkus buchstaeblich zum kochen bringt. Nun zur Rechnung:

Gegebene Werte fuer den Tesla Roadster

Asynchronmotor mit Motorleistung laut Hersteller von maximal 215 kW bei 375 Volt.
Der Motor soll diese Werte bei 7600 Umdrehungen pro Minute erreichen.
Die maximale Umdrehungszahl des Motors bei Hoechstgeschwindigkeit ist 14000 Umdrehungen pro Minute.
Die Gesamtgetriebeuebersetzung des Getriebes lautet 8,28:1.
Der Wirkungsgrad des Motors soll laut Hersteller im optimalen Arbeitsbereich bei 88% liegen.
Der Akku besteht aus 6831 Zellen vom Typ 18650, der Aufbau ist 11S 9S 69P.
Akkuladung laut Hersteller maximal 56 kWh.
Der Akku kann kurzzeitig maximal 200kW abgeben.
Typische Ladezeit ist 3,5 Stunden bei 32A Drehstromanschluss.
Ladeverlust bei dreieinhalbstuendiger Aufladung laut Anwendern 20%.
Somit 70 kWh aus dem Netz benoetigt fuer eine Ladung.
Masse des Tesla laut Hersteller 1240 kg.
Laut Hersteller regelt der Tesla bei 201 km/h ab.
Die Reichweite des Tesla liegt nach Erfahrungsberichten von Anwendern zwischen 200m und 501km.
Laut Hersteller soll die Reichweite bei typisch 350km liegen.
Das britische Auto-Magazin Top Gear ermittelte bei einem Vergleich mit dem Lotus Elise auf einem Rennparcourts 55 Meilen Reichweite (89 km).

Sonstige bekannte Werte:

5% durchschnittlicher Verlust Transformatoren vor Ort.
6% durchschnittlicher Uebertragungsverlust Ueberlandleitungen.
1% typischer Verlust Transformatoren im Kraftwerk.
50% bis 60% typischer Waermeverlust im Kraftwerk.
Der Innenwiderstand eines Lithium-Ionen-Akkus vom Typ 18650 ist typischerweise 100 mOhm.
Ein typischer Rollwiderstandskoeffizient Cr eines Autos ist 0,01.
Eine typ. Durchschnittsgeschwindigkeit einer typ. Rennstrecke (z.B. Nordschleife, Nuerburgring) ist 150km/h.
Der Luftwiderstandskoeffizient der Lotus Elise soll ca. 0,42 sein.
Die Stirnflaeche der Lotus Elise soll ca. 1,7 qm betragen.
Die mittlere Erdbeschleunigung ist 9,81m/s/s.
Die Dichte der Luft ist 1,29 kg/m/m/m.

1.) Primaerenergiebedarf pro Akkuladung

Rechnen wir erst einmal aus, wieviel Primaerenergie aufgewendet werden muss, um den Akku auf 56kWh zu laden:
56kWh –20%-Ladeverlust–> 70kWh
70kWh –5%-Trafoverlust–> 73,7kWh
73,7kWh –6%-Uebertragungsverlust–> 78,4kWh
78,4kWh –1%-Trafoverlust–> 79,2kWh
79,2kWh –60%-Waermeverlust–> 198kWh
79,2kWh –50%-Waermeverlust–> 159kWh

Wir muessen also zwischen 159kWh und 198kWh Primaerenergie aufwenden, um den Akku aufzuladen. Das entspricht ungefaehr (Benzin speichert 8,5kWh pro Liter) 19 Liter bis 23 Liter Benzin. Man benoetigt somit fuer eine kWh in der Batterie 2,8 kWh bis 3,5kWh Primaerenergie, als Faktoren ausgedrueckt: das 2,8-fache bis 3,5-fache.

1.) Der Motor

Ich versuche, den Motor mit den mir gegebenen Daten zu analysieren. Ich kann bei vielen Werten leider nur grob schaetzen und kann daher natuerlich keine Gewaehr auf diese Werte geben. Wenn die Gesamtergebnisse am Ende an einigen Punkten etwas schlechter oder etwas besser sein werden, so ist das ein Folge der Annahmen. Ich werde versuchen, mit der Zeit die geschaetzten Annahmen dahingehend zu variieren, dass die Rechenergebnisse den realen Erfahrungswerten der Nutzer entsprechen. Auch wenn der Begriff Wirkungsgrad fuer die Effizienz eines Bauteils eigentlich unschoen ist, will ich ihn nun auch nutzen, weil er sich nun mal eingebuergert hat.

Maximales Drehmoment, Spannung, Leistung des Tesla Roadster Motors im Prinzip; aus im Netz verfuegbaren Daten; Bildquelle: Autor

Es gilt: P = U * I

Der Motor kann theoretisch 215 kW bei 375 V, 573 Ampere und 7600 Umdrehungen pro Minute zur Verfuegung stellen, wird aber wohl bei 6000 Umdrehungen von der Leistungselektronik abgeregelt. Er kann sein maximales Drehmoment von 0 bis 6000 Umdrehungen pro Minute abgeben. Der Kennlinienverlauf der Leistung bei maximalem Drehmoment ist Linear. Maximales Drehmoment heisst maximaler Fluss und damit maximaler Strom. Die Drehzahl bestimmt dann die Spannung und Leistung. Bei 6000 Umdrehungen pro Minute hat er demnach eine Leistung von 170 kW bei 296 V und 573 Ampere. Er kann bis 6000 Umdrehungen jederzeit bei 573 Ampere das maximale Drehmoment zur Verfuegung stellen um damit maximal zu Beschleunigen, oder auch in niedrigeren Drehzahlbereichen bei wenigen zehn Ampere gerade noch den Luft- und Rollreibungswiderstand ausgleichen. Dann ist die Motorleistung sehr gering.

Bei 14.000 Umdrehungen pro Minute faehrt das Fahrzeug 200km/h. Demnach faehrt es aufgrund der Einheitsuebersetzung des Getriebes bei 6000 Umdrehungen 86km/h. Wenn man nun zum Beispiel bis 86 km/h und 6000 Umdrehungen pro Minute Motordrehzahl voll beschleunigt, erreicht man diese Geschwindigkeit/Motordrehzahl mit linear ansteigender Leistung, die bei 6000 Umdrehungen 170 kW betraegt und hat demnach im Durchschnitt bis dahin 85 kW Leistung aufgebracht. Wenn man dann bei 86 km/h nicht weiter beschleunigt, benoetigt man lediglich eine Motorleistung von 9,3 kW (wie sich dieser Wert errechnet, sehen wir spaeter), um die Widerstandskraefte auszugleichen und die Geschwindigkeit zu halten. Wenn man zum Beschleunigen 573 Ampere anliegen hatte, hat man nun zum Halten der Geschwindigkeit lediglich 32 Ampere anliegen.

Wenn man wesentlich weniger stark beschleunigt, dann ist der Strom auch viel geringer und die durchschnittliche Leistung bis dahin ebenso. Wenn man zum Beispiel nur mit einem Viertel des maximal moeglichen Drehmoments beschleunigt, erreicht man 6000 Umdrehungen und 86 km/h bei 42 kW Leistung und hat bis dahin im Durchschnitt 21 kW gebraucht. Dies entspraeche dann 143 A Motorstrom, die man fuer ein Viertel des maximal moeglichen Drehmoments zur Verfuegung stellen muss. Es wird jetzt schon klar, dass der Verbrauch des Fahrzeugs wesentlich von der Sportlichkeit des Fahrers, speziell von seiner Freude an der Beschleunigung abhaengt.

Die maximale Leistung des Motors liegt ausserhalb des linearen Bereichs bei etwas weniger als 200 kW und etwa 8000 Umdrehungen pro Minute an.

Der Wirkungsgrad von Asynchronmotoren in dieser Leistungsklasse liegt bei typisch 82% bis 88% im optimalen Arbeitsbereich. Umgekehrt ausgedrueckt, die Waermeverluste des Motors liegen zwischen 12% und 18%, je nachdem, ob der Fahrer passiv im optimalen Arbeitsbereich vor sich hin faehrt, oder ob er bei aggressiver Fahrweise durch weite Drehzahl- und Drehmomentbereiche wandert.

2.) Der Akkumulator

Der Ladeverlust des Akkus liegt bei 3,5 Stunden Ladezeit bei 20%.

Von nun an versuche ich den Akkumulator wieder mit den mir gegebenen Werten abzuschaetzen, auch diesmal keine Gewaehr.

Die Batterie besteht aus elf in Serie geschalteten Platten, die jeweils neun ebenfalls in Serie geschaltete Blocks enthalten. In jedem Block sind jeweils 69 Zellen parallel geschaltet (11S 9S 69P). Die einzelnen Zellen sind Lithium-Ionen-Akkus vom Typ 18650 mit einem typischen Innenwiderstand von 100 Milliohm. Fuer die 69 parallel geschalteten Zellen ergibt sich damit ein Gesamtwiderstand von 1,45 mOhm und damit insgesamt 144 mOhm Gesamtwiderstand fuer den Tesla-Akku.

Der Akku kann maximal 200kW elektrische Leistung zur Verfuegung stellen bei 573 Ampere ist dies eine Spannung von 349 V.

Fuer den Waermeverlust gilt: P = I2 * R

I2 ist das Quadrat des Stroms, der durch den Innenwiderstand des Akkumulators fliesst. Damit ergibt sich aufgrund des Innenwiderstands eine maximale thermische Leistung von 47 kW. Das sind knapp 25% der elektrischen Leistung, die als Waerme verloren gehen. Die Waermeleistung von 47kW muss das Fahrzeug irgendwie abfuehren, zum Beispiel ueber Waermetauscher, aktive und passive Luftkuehlung.

Wenn man, wie eben beim Motor beschrieben nur mit einem Viertel des maximalen Drehmoments beschleunigt, fliesst nur ein Viertel des Stroms, das sind 143 Ampere. Damit ergibt sich aufgrund des Innenwiderstands des Akkumulators von 144 mOhm eine Waermeleistung von 3 kW. Das ist nur rund ein Sechzehntel des maximalen thermischen Verlustes von 47kW!

Nochmal: Doppelte Beschleunigung bringt vierfachen Waermeverlust im Akkumulator. Vierfache Beschleunigung bringt 16-fachen Waermeverlust im Akkumulator.

Bei voller Beschleunigung ist der thermische Verlust 47 kW. Ich denke jedem Leser wird jetzt schon klar, wie extrem die Reichweite des Elektroautos von dem Fahrverhalten abhaengt. Wenn ich z.B. konstant die Geschwindigkeit von 86 km/h halte, und dafuer konstant 9,3 kW Motorleistung benoetige, bzw. 32 Ampere, dann ist der Waermeverlust aufgrund des Innenwiderstands im Akkumulator bei dieser geringen Geschwindigkeit und ohne Beschleunigung lediglich 0,15 kW, also vernachlaessigbar. Wenn man aber mit Hoechstgeschwindigkeit von 200 km faehrt, dann liegen ungefaehr 100 kW Leistung bei 375 V und 267 Ampere an. Damit ergibt sich bei Hoechstgeschwindigkeit eine Verlustwaerme von 10,3 kW oder ungefaehr 10% Waermeverlust.

Damit wird es sehr schwer, globale prozentuale Werte fuer den Waermeverlust im Akkumulator anzugeben, um damit einen einfach nachvollziehbaren weiteren Rechengang zu ermoeglichen. Ich versuche es mal so:

Wenn man gar nicht beschleunigt, also bei konstanter Geschwindigkeit faehrt, kann der Waermeverlust von vernachlaessigbar klein, also Null, bei kleinen elektrischen Leistungen und Geschwindigkeiten liegen bis zu 10% der Leistung bei Hoechstgeschwindigkeit. Das sind im Durchschnitt ueber alle Geschwindigkeitsbereiche des Fahrzeugs 5 % Waermeverluste, die anliegen, wenn man nicht beschleunigt.

Bei maximalem Strom liegt konstant 44 kW Waermeverlust ueber den gesamten Geschwindigkeitsbereich vor. Das entspraeche von 25% bei maximaler Leistung von 200 kW bis 100% im Anfahrmoment. Im Durchschnitt waeren dies, wenn man von Null bis Hoechstgeschwindigkeit beschleunigt, rund 60% Waermeverlust. Wenn man sehr sportlich oder auf einer Rennstrecke unterwegs ist, beschleunigt man vielleicht die halbe Zeit, dann ergaebe sich mit den 5% von oben 32%.

Bei einem Viertel der Beschleunigung liegt konstant 3 kW Waermeverlust ueber den gesamten Geschwindigkeitsbereich vor. Die maximale Leistung sind hier nicht 200 kW sondern die etwa 100 kW bei Hoechstgeschwindigkeit. Das entspraeche 3% bei maximaler Leistung bis 100% im Anfahrmoment, im Durchschnitt rund 51% Waermeverlust. Vielleicht wuerde man so typischerweise als passiver Fahrer beschleunigen und vielleicht zu einem Viertel der gesamten Fahrzeit (Ueberholmanoever, Kurven, Steigungen, Ampeln, Kreuzungen, etc.), dann ergaebe sich mit den 5% von oben 16%

Jetzt wird ein aufmerksamer Leser sich vielleicht fragen, was mich veranlasst, hier vereinfachend lineare Mittelwerte zu nehmen, obwohl ich bei der Verlustleistung eine quadtratische Funktion vorliegen habe. Das begruende ich damit, dass der zurueckgelegte Weg bei konstanter Beschleunigung ebenfalls quadratisch zunimmt und dies damit zum grossen Teil wieder ausgleicht. Die Rechnung soll ein wenig Ungenauigkeit in Kauf nehmend vor allem einfach bleiben, um den Rahmen dieses Artikels nicht zu sprengen.

Ich nehme also an, die Waermeverluste im Akku liegen beim Elektroauto bei 16% bis 32% je nachdem, ob man passiv oder aggressiv faehrt.

4.) Die Leistungselektronik

Bei der Leistungselektronik handelt es sich um Umrichter, die den Asynchronmotor ansteuern und fuer seine Drehzahl und das anliegende Drehmoment sorgen.

Der Wirkungsgrad von Leistungselektroniken in dieser Art liegt bei typisch 80%, bis 90% im optimalen Arbeitsbereich. Umgekehrt ausgedrueckt, die Waermeverluste der Leistungselektronik liegen zwischen 10% und 20%, je nachdem, ob der Fahrer passiv im optimalen Arbeitsbereich vor sich hin faehrt, oder ob er bei aggressiver Fahrweise durch grosse Drehzahl- und Drehmomentbereiche hindurchwandert.

5.) Das Getriebe

Zu dem Getriebe gibt es an dieser Stelle, obwohl es sich sicherlich um ein Meisterwerk der Ingenieurskunst handelt, nicht viel zu sagen, ausser, dass die Wirkungsgrad von modernen schraegverzahnten Planetengetrieben bei gut 95% liegen. Der Waermeverlust liegt also bei 5%. Planetengetriebe zeigen ueber den Drehzahlbereich keine Veraenderung des Wirkungsgrades, ueber den Drehmomentbereich schon. Diese Variationen liegen in unserem Fall aber wahrscheinlich bei um 2% und sollen hier vernachlaessigt werden.

6.) Die Fahrleistung fuer eine bestimmte Geschwindigkeit

Die aufzubringende Fahrleistung lautet allgemein:

P = (FRoll + FLuft) × v

oder

P = (Cr × m × g + A/2 × Cw × D × v2) × v

Dabei ist Cr der Rollwiderstandskoeffizient, m die Masse des Fahrzeugs, g die Erdbeschleunigung, A die Stirnflaeche des Wagens, Cw der Luftwiderstandskoeffizient, D die Dichte der Luft v2 das Quadrat der Geschwindigkeit und v die Geschwindigkeit in m/s.

Wir wissen das Tesla die Karosserie von Lotus bezieht, und koennen daher die Lotus-Werte fuer Luftwiderstandskoeffizient und Stirnflaeche ansetzen.

Es ergibt sich die benoetigte Fahrleistung P fuer
50km/h oder 14m/s: P = 3,8 kW
90km/h oder 25m/s: P = 10,3 kW
100km/h oder 28m/s: P = 15,2 kW
150km/h oder 43m/s: P = 44 kW
200km/h oder 56m/s: P = 91 kW

Man sieht daraus, dass man von 50km/h ausgehend bei doppelter Geschwindigkeit die vierfache Leistung, bei dreifacher Geschwindigkeit die 11-fache Leistung und bei vierfacher Geschwindigkeit die 24-fache Motorleistung benoetigt. Das kommt daher, weil sich auf die lineare Zunahme des Rollwiderstands zusaetzlich die quadratische Zunahme des Luftwiderstands addiert.

7.) Benoetigte Akkuleistung fuer eine bestimmte Fahrleistung

Ich teile, wie in der Einleitung erwaehnt, die Rechnung von nun an in zwei Abschnitte: a) der passive Fahrer und b) der aggressive Fahrer. Der Elektromotor besitzt eine hohe Elastizitaet, die den Fahrspass vergroessert, ihm aber thermisch und damit energetisch zum Verhaengnis wird, wie es im Abschnitt Akkumulator zu sehen war. Wenn wir jetzt die dissipativen Verluste einbeziehen, sehen wir, wie sich diese auswirken. In Klammern schreibe ich die sich durch die maximale Akkuladung von 56kWh ergebende Reichweite dazu.

a) Der passive Fahrer

Um jetzt zum Beispiel 50km/h fahren zu koennen muss man fuer die benoetigte mechanische Antriebsleistung von 3,8 kW

3,8kW –12%-Motorverlust–> 4,3kW –16%-Akkuverlust–> 5,1kW –10%-Elektronikverlust–> 5,7kW –5%-Getriebeverlust–> 6kW  (470km)

6kW elektrische Leistung durch die Batterie zur Verfuegung stellen. Fuer 90km/h sind dies

10,3kW –12%-Motorverlust–> 11,7kW –16%-Akkuverlust–> 14kW –10%-Elektronikverlust–> 16kW –5%-Getriebeverlust–> 16,8kW  (350km)

Fuer 100km/h sind dies

15,2kW –12%-Motorverlust–> 17,3kW –16%-Akkuverlust–> 21kW –10%-Elektronikverlust–> 23kW –5%-Getriebeverlust–> 24,2kW  (230km)

Fuer 150km/h sind dies

44kW –12%-Motorverlust–> 50kW –16%-Akkuverlust–> 60kW –10%-Elektronikverlust–> 67kW –5%-Getriebeverlust–> 70,5kW  (120km)

Fuer 200km/h sind dies

91kW –12%-Motorverlust–> 103kW –16%-Akkuverlust–> 123kW –10%-Elektronikverlust–> 137kW –5%-Getriebeverlust–> 144kW  (78km)

Mit durchschnittlich 50km/h kommt der passive Fahrer bei 56kWh im Akku also in 9 Stunden und 20 Minuten 470 km weit bis der Akku leer ist, mit 90km/h kommt er in knapp 4 Stunden 350 km weit, mit 100km/h kommt er in 2 Stunden und 20 Minuten 230 km weit, mit 150 km/h kommt er in 48 Minuten 120 km weit und mit mit maximalen 200km/h kommt er nur 78 km weit und bleibt nach 23 Minuten stehen.

Da der Akkumulator bis zu 200kW zur Verfuegung stellen kann, kommt der passive Fahrer hier bei durchschnittlich bis zu 144kW elektrischer Leistung aus der Batterie plus seiner prozentualen Schwankungen, die bei ihm ja relativ gering sind, nie in Schwierigkeiten.

b) Der aggressive Fahrer

Fuer 50km/h sind dies

3,8kW –18%-Motorverlust–> 4,6kW –32%-Akkuverlust–> 6,8kW –20%-Elektronikverlust–> 8,5kW –5%-Getriebeverlust–> 9kW  (310km)

Fuer 90km/h sind dies

10,3kW –18%-Motorverlust–> 13kW –32%-Akkuverlust–> 19kW –20%-Elektronikverlust–> 24kW –5%-Getriebeverlust–> 25kW  (200km)

Fuer 100km/h sind dies

15,2kW –18%-Motorverlust–> 19kW –32%-Akkuverlust–> 28kW –20%-Elektronikverlust–> 35kW –5%-Getriebeverlust–> 37kW  (150km)

Fuer 150km/h sind dies

44kW –18%-Motorverlust–> 54kW –32%-Akkuverlust–> 79kW –20%-Elektronikverlust–> 99kW –5%-Getriebeverlust–> 104kW  (81km)

Fuer 200km/h sind dies

91kW –18%-Motorverlust–> 111kW –32%-Akkuverlust–> 163kW –20%-Elektronikverlust–> 204kW –5%-Getriebeverlust–> 215kW  (52km)

Mit durchschnittlich 50km/h kommt der aggressive Fahrer bei 56kWh im Akku also in 6 Stunden und 15 Minuten 310 km weit bis der Akku leer ist, mit 90km/h kommt er in knapp 2 Stunden und 15 Minuten 200 km weit, mit 100km/h kommt er in 1 Stunde und 30 Minuten 150 km weit, mit 150 km/h kommt er in 32 Minuten 81 km weit und mit mit maximalen 200km/h kommt er nur 52 km weit und bleibt nach 16 Minuten stehen.

Im Gegensatz zu dem passiven Fahrer kommt der aggressive Fahrer an die Leistungsgrenzen des Akkumulators von 200kW. Bei ueber 150km/h Durchschnittsgeschwindigkeit wird es allmaehlich eng fuer ihn, weil seine prozentualen Schwankungen viel hoeher als die seines passiven Kameraden sind. Bei der Hoechstgeschwindigkeit von 200km/h ueberschreitet er die 200kW gerade so, was man als eine ganz gute Abschaetzung der Verlustgroessen deuten koennte. Das kann man so erklaeren: bei der Hoechstgeschwindigkeit wird auch der aggressiveste Fahrer zum passiven Fahrer, weil ihm nichts anderes mehr uebrig bleibt, als die Geschwindigkeit konstant zu halten. Das heisst, wenn ich den Akku ungefaehr auf die durchschnittlichen Waermeverluste eines aggressiven Fahrers auslege, muesste der gegen Ende, wenn er sich allmaehlich gezwungernermassen dem passiven Fahrstil annaehert, grenzwertmaessig hinkommen.

Bestaetigung aller bekannten Reichweitenangaben

Diese Werte gelten fuer ein theoretisches Elektrofahrzeug, dass in dieser Rechnung dem Tesla Roadster nachempfunden ist. Ob diese Werte so auch fuer den Tesla Roadster stimmen, kann ich nicht sagen. Sicherlich sind einige meiner Annahmen eher ungenau. Es geht mir auch nicht um den Tesla im speziellen, es geht mir mehr darum, das globale Verhalten von Elektrofahrzeugen an sich zu analysieren und damit ihren Energieverbrauch offenzulegen.

Trotzdem bestaetigen meine ermittelten Reichweiten ganz gut die Reichweitenangaben des Herstellers von typisch 350km, sowie alle anderen Erfahrungsberichte im Netz. Es erklaert sich, wie einige Fahrer Langstreckenrekorde aufstellen und auf der anderen Seite Fahrer vom Stehenbleiben nach weniger als 100km berichten. Wenn man sich naemlich vor oder hinter einen Lastwagen setzt, nie beschleunigt und gleichmaessig mit 80km/h faehrt, sollte man wesentlich weiter als 350km/h kommen, warum nicht auch 500km. Auf der anderen Seite wird es bei sportlicher Fahrweise mit staendigen Beschleunigungen bei Vollast, zu so hohen Waermeverlusten kommen, dass der heisslaufende Akku nach kurzer Zeit leergefahren ist. Insbesondere werden auch die umstrittenen Messwerte des britischen Automagazins Top Gear von 89 km Reichweite bestaetigt. Hier hatte Tesla wegen uebler Nachrede gegen das Magazin geklagt, Top Gear haette den Roadster schlechter dargestellt, als er ist. Die Klage wurde jedoch vom Londoner Gericht zurueckgewiesen.

Top Gear hatte den Tesla auf einer Rennstrecke gegen den Lotus Elise getestet. Typische Durchschnittsgeschwindigkeiten auf Rennstrecken sind z.B. 150km/h (Nordschleife Nuerburgring). In meiner Rechnung kaeme man mit einem dem Tesla Roadster nachempfundenen Fahrzeug bei 150km/h und sportlicher Fahrweise 81 km weit. Meine sehr einfache Rechnung zeigt, dass Top Gear keineswegs manipuliert haben muss, um solche Messergebnisse zu erhalten.

Vergleich zu den Verbrennern

Was die meisten Leser unterschaetzen: auch die Benziner und Dieselfahrzeuge reagieren so ausgepraegt wie das Elektroauto auf die durchschnittlich anliegende Motorleistung einer Fahrt in ihrer Reichweite und Fahrzeit. Um so staerker, je groesser der Luftwiderstand und der Rollwiderstand sind. Wer einmal aus Neugier in einem SUV nachts knapp in einer Stunde den Tank leergefahren hat, und zum Vergleich tagsueber mit 60 km/h Mindestgeschwindigkeit, von jedem LKW ueberholt, mit dem selben vermeintlichen Spritschlucker mit einer Tankfuellung durch ganz Deutschland gefahren ist, kennt das geschwindigkeitsabhaengige Verhalten von Fahrzeugen aus der Anschauung.

Dieses physikalische Verhalten, dass vor allem aus der quadratischen Zunahme des Luftwiderstands resultiert, die sich auf die lineare Zunahme des Rollwiderstands aufaddiert, kann man so 1:1 auf den Elektrowagen uebertragen.

Jedoch ist dem Verbrenner eine baulich bedingte Beschraenkung der Motorelastizitaet auferlegt. Dieses Problem hat der Elektrowagen nicht. Bei ihm kann man in nahezu jedem Betriebspunkt das volle Drehmoment fordern. Das macht sicherlich sehr grossen Spass.

Das hat aber auch einen hohen Preis: Abwaerme. Maximales Drehmoment bedeutet maximaler Strom. Durch den Innenwiderstand des Akkumulators wird dieser heiss und durch den quadratischen Einfluss des Stroms auf die Abwaermeleistung kommt man hier schnell in den Bereich von vielen zehn Kilowatt Abwaerme.

Auch die Leistungselektronik nimmt mit der Abweichung vom idealen Auslegungspunkt in ihren Waermeverlusten zu und wird dann heiss. Am gleichmaessigsten ueber die wechselnden Lastbereiche verhaelt sich noch das mechanische Getriebe und der Elektromotor.

Die Fahrstilabhaengigkeit ist beim Elektroauto somit wesentlich staerker ausgepraegt als bei den Verbrennern. Die hohe Elastizitaet des Elektromotors ist beim Fahrspass ein Segen, beim Energieverbrauch ein Fluch.

8.) Energiebedarf fuer 44kW Motorleistung (60PS)

Ich nehme ganz gerne 44kW als Vergleichswert zwischen Elektrofahrzeugen, Benzinern und Dieseln. Man kann im Prinzip jeden anderen Wert einer durchschnittlich vorliegenden Motorleistung zum Vergleich nehmen, vorausgesetzt Luftwiderstand und Rollreibungswiderstand sind bei den verglichenen Fahrzeugen ungefaehr gleich. Das Ergebnis ist das Selbe. Jedoch hat 44kW oder 60PS folgende Vorteile: Die sich ergebende Gleichgewichtsgeschwindigkeit liegt, von den Widerstaenden abhaengig, bei den meisten Alltagsautos recht hoch, um 150km/h, so dass die sich theoretisch ergebenden Energieverbrauchswerte und Reichweiten in diesem Geschwindigkeitsbereich nicht mehr so stark mit der Geschwindigkeit streuen, wie es bei niedrigen Geschwindigkeiten der Fall ist. Andererseits bieten die meisten Alltagsautos, und mittlerweile schon viele Elektroautos, diese Motorleistung, das waere bei 66kW oder 90PS schon nicht mehr der Fall.

Bei 44kW Motorleistung und einer dabei beim Tesla Roadster anliegenden Geschwindigkeit von 150km/h ergibt sich pro Stunde 44kWh Antriebsenergie nach 150 km zurueckgelegter Strecke und damit umgerechnet eine Antriebsenergie am Rad von 29,3 kWh/100km.

Wenn wir in unseren Verlustabschaetzungen von oben nachsehen, ermitteln wir fuer 44 kW Motorleistung entweder 70,5 kW Batteriestrom-Leistung bei passiver Fahrweise oder 104 kW Leistung bei aggressiver Fahrweise. Daraus ergibt sich, wenn man bei der eben ermittelten benoetigten Akkuleistung fuer diese Fahrleistung nachsieht:

a) 70,5 kW –> 47kWh/100km

bei 150km/h durchschnittlicher Geschwindigkeit, passiver Fahrweise mit 0,88 * 0,84 * 0,90 * 0,95 = 0,63 Gesamteffizienz von der Batterie zum Rad, oder

b) 104 kW –> 69kWh/100km

bei 150km/h durchschnittlicher Geschwindigkeit, aggressiver Fahrweise mit 0,82 * 0,68 * 0,80 * 0,95 = 0,42 Gesamteffizienz von der Batterie zum Rad.

Dieser Energieverbrauch von 47kWh/100km bzw. 69kWh/100km muss beim regelmaessigen Laden an der Ladestation letztendlich von der Primaerenergie im Kraftwerk aufgebracht werden. Mit den oben berechneten Faktoren zwischen 2,8 und 3,5 erhalten wir also

a) 131 kWh/100km .. 164 kWh/100km, entspricht 15 L .. 19 L Benzin

je nach durchschnittlicher Kraftwerkseffizienz fuer den passiven Fahrstil und

b) 193 kWh/100km .. 241 kWh/100km, entspricht 23 L .. 28 L Benzin

je nach durchschnittlicher Kraftwerkseffizienz fuer den aggressiven Fahrstil. Benzin hat einen Energiegehalt von 8,5kWh/Liter.

Auf einer Stadtstrecke benoetigt ein typischer Benziner wie ein aelteres Modell des VW Golf mit 44kW durchschnittlich 82,6 kWh/100km [1][3] bzw. 9,7 L Benzin Primaerenergieverbrauch und knapp 8 L Verbrauch. Viele Leser haben mich in meinem Artikel „Energieverbrauch von Elektroautos“ [1] gefragt, wie ich auf diesen Wert beziehen koenne: der Golf wuerde in der Stadt doch mit wesentlich geringerer Motorleistung fahren und damit muesste er bei 44kW doch wesentlich mehr verbrauchen. Zufaelligerweise wusste ich, dass der Stadtverbrauch, der aufgrund der vielen Beschleunigungsphasen immer sehr gross ist, bei diesem Fahrzeug auch ungefaehr dem Verbrauch bei Endgeschwindigkeit von ungefaehr 150km/h bei 44kW entspricht. Damit hatte ich also implizit den Verbrauch Benzin bei 44kW Motorleistung gegeben, auf den ich normieren konnte. Heute sind Benziner nicht wesentlich sparsamer, aber die Tendenz ist natuerlich eher in Richtung weniger Benzinverbrauch. Ich nehme aber trotzdem den alten, unmodernen Wert fuer den Benziner an.

Somit koennen wir dem Elektrowagen entgegenstellen: ein durchschnittlicher Benziner verbraucht mit 44kW anliegender Motorleistung rund 83 kWh/100km  Primaerenergieverbrauch, entspricht 9,7 L Benzin.

Damit verbraucht der theoretische dem Tesla Roadster nachempfundeneWagen im besten Fall 1,6 mal mehr Primaerenergie als dieser Benziner. Das waere der Fall, wenn ein passiver Fahrer mit dem Roadster faehrt und der Wirkungsgrad der Primaerenergiekraftwerke durchschnittlich bei 50% laege. Und im schlimmsten Fall verbraucht der theoretische Elektroroadster das 2,9-fache der Primaerenergie, die ein Benziner fuer die selbe Strecke benoetigt. Das waere der Fall, wenn ein sportlicher, dynamischer Fahrer mit dem Roadster faehrt, und dadurch die elektrischen Verluste in der Batterie und der Umrichter-Elektronik stark ansteigen, und ausserdem der Wirkungsgrad der Primaerenergiekraftwerke durchschnittlich bei 40% laege.

Was ich bisher noch verschwiegen habe, um nicht allzu depressive Reaktionen bei ehemaligen Glaeubigern der Sparsamkeit des Elektroautos zu erzeugen: Erstens: Man darf Lithium-Ionen Ackus, wie sie im Tesla eingesetzt werden, nicht vollentladen, sonst werden sie zerstoert. Damit reduzieren sich alle Reichweitenangaben, die ich ermittelt habe noch einmal um einen bestimmten Wert. Zweitens: Im Gegensatz zu den Verbrennern ist der batteriegestuetzte Elektroantrieb einer starken Alterung in der Leistungsfaehigkeit ausgesetzt, was sich direkt auf die Energieeffizienz niederschlaegt. Die Batterie altert chemisch. Das heisst, die Reichweite und die Effizienz werden mit der Zeit mit einer bestimmten Rate langsam abnehmen. Alle Werte, die ich bisher annahm, galten ausschliesslich fuer fabrikneue Fahrzeuge. Ich will das Elektroauto aber jetzt nicht bis ins Bodenlose schlecht rechnen, weil ich es selbst sehr gerne mag. Bis auf den Energieverbrauch natuerlich.

Ergebnis

Vor ein paar Monaten stellte ich mir zum ersten Mal die Frage, wieviel Primaerenergie so ein modernes Elektroauto eigentlich genau verbrauchen wuerde, ob sich da bis heute etwas Entscheidendes gegenueber den Achtziger Jahren, als man das Elektroauto in der Oeffentlichkeit verteufelte, geaendert haette. Clausius/Carnot und die absoluten Grenzen der Thermodynamik im Hinterkopf, war mir schon klar, auch ohne zu rechnen, dass es keine wirklich revolutionaeren Aenderungen gegeben haben konnte. Es ergab sich dann damals durch einfache Dreisatzrechnung zur Normierung von unaufbereiteten Messwerten, dass der Elektro im Energieverbrauch 2 bis 3-fach schlechter waere als der Benziner und 4 bis 5-fach schlechter als der Diesel [1]. Die eben durchgefuehrten theoretischen Ueberlegungen am Tesla Roadster, mit den zum grossen Teil durch den Hersteller selbst gelieferten technischen Daten, bestaetigen diese einfache, schnelle lineare Abschaetzung an vorhandenen Messwerten des Elektroautos „City-Stromer“ [4], die ich damals durchgefuehrt hatte. Von der Tendenz zeichnet sich jetzt bei meiner alten Untersuchung durch die neue theoretische Analyse am Tesla Roadster wohl eher die untere Grenze ab, also zweimal schlechter als der Benziner und viermal schlechter als der Diesel. Das liegt vor allem daran, dass die meisten Autofahrer von Natur aus eher passiv und zurueckhaltend unterwegs sind, auch wenn gegenteilige Beispiele immer besonders hervorstechen.

Es zeigt sich in der Theorie: wer mit einem Elektroauto sportlich faehrt, kommt trotz gleicher durchschnittlicher Geschwindigkeit im Vergleich mit einem passiven Fahrer nicht sehr weit. Er setzt beim schnellen Beschleunigen grosse Teile der im Akku gespeicherten Energie in Waerme um. Der passive Fahrer, der langsam beschleunigt, behaelt neben einem kuehlen Kopf auch einen kuehlen Akku. Wenn der Agressive dann auch noch doppelt so schnell faehrt wie der Passive, ist er schnell bei einem Drittel bis Viertel der Reichweite und nicht nur bei weniger als der Haelfte wie wir dies alle vom Verbrenner her kennen. Mit der herrlichen Elastizitaet des Elektromotors geht eine herrliche Hitzewallung im Akku einher und damit immense Energieverschwendung.

Die fuer den theoretischen Tesla Roadster ermittelten Werte sollen uns aber Mut machen, dass das Elektroauto in der nahen Zukunft durchaus bei 1,5-fach schlechter als Benziner und 3-fach schlechter als Diesel positioniert werden koennte. Dafuer muessten die Hersteller vor allem das Drehmoment der Elektromotoren nach oben begrenzen und stattdessen Schaltgetriebe einbauen.

In ferner Zukunft erreicht das Elektroauto, bei der Ausnutzung aller theoretisch moeglichen Spielraeume in der Effizienz seiner Teilkomponenten, vielleicht mal den Benziner. Dann gaebe es wirklich keinen Grund mehr, das Elektroauto in irgend einer Form zu kritisieren. Das ist aber leider heute noch Science Fiction.

Man koennte als naechstes einmal versuchen, aehnlich wie ich es eben am Tesla gezeigt habe, den Audi R8 e-tron [2], ebenfalls ein Elektro-Sportwagen, theoretisch durchzurechnen. Das waere eine schoene Aufgabe, um einen kleinen Einblick in die Fahrzeugtechnik allgemein und die Elektromobilitaet im Speziellen zu erhalten. Wer nun aber glaubt, die fuer elektrische Sportwagen ermittelten Verhaeltnisse zu den Benzinern und Dieseln gaelten nur fuer Sportwagen und sie waeren nicht genauso fuer Kleinwagen untereinander anwendbar, hat die prinzipielle Funktionsweise des Autoantriebs unabhaengig von der Antriebsart noch nicht verstanden. Aber ich denke, die meisten Leser, die bis hierhin gekommen sind, haben soviel physikalisches Verstaendnis. Wenn nicht, kann ich nur noch einmal auf meinen Text „Energieverbrauch von Elektroautos“ [1] verweisen.

Elektroautos aus dem Netz laden? Das sollte man nur im aeussersten Nofall tun. Aber auch bei oeffentlichen Ladestationen gibt es das Problem, dass die meisten einfach am Netz haengen. Dann wird das Elektroauto zum Stromverschwender, Bildquelle: Wikipedia

Fazit

Heute ist der Diesel in etwa doppelt so sparsam wie der Benziner und der Benziner etwa doppelt so sparsam wie der reine Elektrowagen. Das Elektroauto kann in ferner Zukunft vielleicht einmal den Benziner einholen, den Diesel aber niemals annaehernd. Mehr ist einfach nicht drin. Physikalische Gesetze lassen sich nicht aufheben, da hilft auch kein Stoehnen.

Die Behauptung, ein Elektroauto sei sparsam, kann so nicht akzeptiert werden. Das Elektroauto kann eine logische Fortsetzung der Zwischenspeicherungs-Technologien alternativer Energien sein, es ist leise, es ist sauber, es ist sportlich, es ist ganz toll, aber es ist keinesfalls sparsam. Es verschwendet kostbaren alternativen Strom genauso, wie es fossilen Strom oder Atomstrom verschwendet. Das liegt einfach daran, weil es elektrisch ist, und elektrische Loesungen gegen alle falschen Meinungen immer die energetisch ineffektivsten sind, wie ich in diesem Artikel gezeigt habe.

Wenn das Ziel sein sollte, Energie zu sparen, waere es somit die falsche Technologie. Wenn das Ziel sein sollte, neue alternative Energiequellen zu erschliessen, waere es mit der entsprechenden Infrastruktur vielleicht die richtige Technologie. Wenn das Ziel sein sollte, die Innenstaedte lebenswerter zu gestalten, waere es mit Sicherheit die richtige Technologie. Es ist wichtig, sich dieser Unterschiede bewusst zu sein.

Quellen:

[1] Energieverbrauch von Elektroautos: https://monstermaschine.wordpress.com/2012/05/08/energieverbrauch-von-elektroautos/#more-366

[2] Audi R8 e-tron:  http://www.spiegel.de/auto/fahrkultur/r8-e-tron-rekordfahrt-auf-dem-nuerburgring-a-841682.html

[3] Institut fuer Kraftfahrtwesen, Aachen: http://www.ika.rwth-aachen.de/

[4] VW Golf City-Stromer http://www.elektromobil-dresden.de/html/citystromer.html

[5] Niedrigenergiefahrzeuge http://de.wikipedia.org/wiki/Niedrigenergiefahrzeug

Über monstermaschine

Blogger, Diplom-Ingenieur, TU, Raumfahrttechnik, Embedded Systems, Mitglied VDI, DGLR

15 Antworten zu “Botschafter der Elektroautos

  1. BE ELECTRIFIED ⋅

    Ja, wirklich schön durchgerechnet. Wenn ich mich damit auseinandersetze vermutlich nachvollziehbar und stimmig. Aber wie so oft fehlt die genauso detailgetreue Rechnung des Energieverbrauchs des fossilen Fahrzeugs. Das beginnt beim schlecht gesicherten Bohrloch in irgendeiner Wüste oder in tausenden Metern Tiefe im Meer, von da mittels spritsaufenden Tankern und Lkw’s über tausende Kilometer zu Raffinerien oder mittels tausender kilometerlanger Rohre (was haben die bei der Erzeugung im Stahlwerk an Energie gefressen?) zur Raffinerie. Dann im hochenergetischen Prozess werden ein paar Tröpferl Benzin oder Diesel rausgefiltert. Weiter wieder mit Lkw oder Rohrleitungen zu den Zapfsäulen, weiter mit Abgasen/Lärm, Auswirkungen/Schäden auf Gesundheit und Umwelt, zusätzlichen (giftigen) Schmierstoffen und sonstigen wartungsintensiven Teilen (die auch entsorgt werden müssen). Und dann möcht ich sehen, ob das in der Energiebilanz besser ist das Zeug aus dem Boden zu holen und zu verbrennen … vielleicht irre ich mich ja und sollte mal an Nachbars Diesel schnuppern gehen – könnte ja theoretisch gesund sein. Es ist natürlich leicht sich mit einem Prozess zu beschäftigen, den man vorgibt zu kennen – legen Sie die gleiche Rechnung für die „Gegenseite“ vor, vielleicht komm ich dann nochmal auf Ihre Webseite zurück.

  2. Ich bekomme immer wieder sehr viele Kommentare zum Thema Erdoelerschliessung, dass die Energie zur Bereitstellung des Erdoels beim Benziner nicht beruecksichtigt wird und damit der Vergleich unfair waere.

    Aber ich verstehe das Argument nicht. Der Strom aus dem Netz, den die Elektroautos nutzen, wird zum grossen Teil aus Erdgas und Erdoel hergestellt. Damit haben die Elektroautos ganz genau das selbe Problem.

    Ebenso ist ein grosser Teil des Stromes aus Kohle, die noch viel groesseren Beschaffungsaufwaenden unterliegt als das Erdoel. Das heisst beim Energieaufwand zur Bereitstellung der Primaerenergie muesste das Elektroauto eher noch schlechter dastehen als rein erdoelbasierte Loesungen wie Benzin oder Diesel. Das Argument koennte also schnell zum Eigentor werden, wenn man es genau untersucht.

    Ausserdem nutzen Elektroautos dazu noch zu einem grossen Teil Atomstrom. Und gerade bei diesem Thema heisst es doch, dass die Entsorgungskosten und durchschnittlichen Stoerfall-Folgekosten sehr stark ins Gewicht schluegen. Probleme, die Benziner und Diesel nicht haben. Einer meiner Leser meinte, dies koenne man dem Elektroauto nicht zum Vorwurf machen. Aber wir reden hier nicht von Vorwuerfen sondern von physikalisch messbaren Fakten. Fakt ist, das Elektroauto, das ich heute kaufe, faehrt zum grossen Teil mit Atomstrom, wenn es aus dem Netz aufgeladen wird. Da gibt es nichts zu diskutieren.

    Meine Kritik der Energieverschwendung bezieht sich besonders auf die Elektroautos, die aus dem Netz geladen werden. Ich kann es immer nur wieder betonen: hier muss man ganz klar unterscheiden. Wenn z.B. eine Gemeinde ihre Autos mit ihrer eigenen Photovoltaikanlage oder ihrem eigenen Windpark auflaedt, dann hat sie durch eine neue Infrastruktur alternative Energie erschlossen, die sie in den Akkus ihres Fuhrparks fuer den Gebrauch abspeichern kann. Das gilt natuerlich auch fuer Privatleute, die sich zum Beispiel Photovoltaikanlagen auf dem Dach einrichten und damit ihren Stromer aufladen. Man darf die Netze aber nicht vermischen.

  3. Sonnenoel ⋅

    Man kann sich die Rechnung doch einfacher machen, eine kWh aus dem dt. Strommix hat rund 520-550g/kWh. Der Roadster braucht 12kWh im Drittelmix und 18kWh REAL. Addiere da nochmals 15% Ladeverluste drauf kommt man auf.. 75-90g/km INKLUSIVE der Energiebereitstellung.

    Ein Liter Diesel erzeugt rund 3,2kg CO2 (inklusive Breitstellung) das bedeutet bei einem Drittelmix von 5,5l sind das 176 in der Realität bei 6,5-7l 210g/km Co2 also mehr als das Doppelte. Zudem kann man davon ausgehen, dass die Tendenz des CO2 Anteil des Strommixes weiter sinkt.

    Dass man den Tesla in kurzer Zeit leer fahren kann steht außer Frage, dabei wird aber ein Verbrenner mit gleicher Performance auch bald stehen bleiben. Reichweite ist im Übrigend Ansichtsache.

  4. Sonnenoel ⋅

    Achja.. nochwas zu Deinem Fazit…
    Ich habe Dir oben vorgerechnet wie gering der CO2 Ausstoß eines EVs sein kann. UND wer sich mit reinem CO2 freien Strom beliefern läßt fährt noch grüner. Diese albernen konservativen umweltverachtenden Argumente stoßen mir einfach immer wieder auf…

  5. marcel

    Das Atomstrom aus der Steckdose kommt, dafür kann das Elektroauto nichts, hierfür ist die Politik verantwortlich. Bei den fossilen Brennstoffen fehlt noch ein ganz wichtiger Kostenfaktor der grundsätzlich in allen Berechnungen fehlt: Der Faktor Umweltverschmutzung durch Rohöl und dessen Förderung. Weiterhin gibt es zusätzlich noch Faktoren, wie Gesundheitsschäden durch Feinstaub (Diesel) und die finanzielle Belastung der Gesundheitssysteme durch diese von Rohöl verursachten Gesundheitsschäden. Selbst im Benzin werden noch Zusatzstoffe beigemixt, die nachweislich Krebs verursachen (Benzol). Unter dem Strich ein sehr hoher Preis den wir für die Nutzung von Rohöl bezahlen und damit meine ich nicht Geld.
    Wenn man schon vergleicht, dann sollten alle Pro und Contras ordentlich offen gelegt und diskutiert werden.

    • Fakt ist, kaufe ich mir heute ein Elektroauto und lade es ueber das Netz auf, nutze ich zum grossen Teil Atomstrom. Ebenso ist das Elektroauto an der Umweltverschmutzung durch fossile Rohstoffe beteiligt. Ebenso produziert es CO2 ueber die Kraftwerke. Weil das Elektroauto grob das doppelte an Primaerenergie verbraucht, beim Strom aber grob die Haelfte ueber fossile Energietraeger kommt, duerfte die Freisetzung von CO2 ungefaehr bei der von Benzinern liegen. Das Selbe gilt grob fuer die von Ihnen benannte Umweltverschmutzung.

      Ich kann es nur immer nochmal wiederholen, man muss zwischen Aufladen aus dem Netz und aus neuer, spezialisierter Infrastruktur unterscheiden. Die Vorteile des Elektroautos haengen grundentscheidend davon ab, womit ich es auflade. Fast alle staendig benannten Vorteile gelten nur, wenn man es nicht am Netz auflaedt. Und wer tut das schon? Die wenigsten. Das ist das Problem.

      Bei den gesundheitlichen Problematiken der Verbrenner gebe ich ihnen absolut Recht. Diese sind neben dem Laerm Probleme dieser Techniken, die das Elektroauto nicht hat. Haben Sie meinen Text eigentlich gelesen?

  6. marcel

    Ja, ich habe Ihren Text gelesen und kann die ermittelten Verbrauchsdaten zum Tesla nicht bestätigen, wobei mir Diese mir relativ egal sind, denn mir geht es hier nicht primär um den Verbrauch, sondern darum ein Statement mit diesem Auto zu setzen. Das das Elektroauto und ich betone ausdrücklich LEIDER mit Atomstrom oder mit Strom aus fossilen Brennstoffen aufgeladen werden muss, ist nicht das Verschulden des Elektroautos oder deren Hersteller. Das Verschulden liegt eindeutig auf seiten der Politik, die es schon vor Jahrzehnten, wahrscheinlich zu Gunsten gewisser Lobbyisten, versäumte hatte rechtzeitig in erneuerbare Energien zu investieren. Wären die Mittel z.B. Subventionen, die schon seit Jahrzehnten in die Atomenergie, Kohle usw gesteckt wurden zum Ausbau der erneuerbaren Energien und umweltfreundlicher Techniken wie das Elektroauto verwendet worden, so wären wir bei diesen Techniken und deren Anteil im Stromnetz schon viel viel weiter.
    Noch ein kleiner Nachtrag zum Thema Umweltverschmutzung:
    Für Elektroautos müsste bei weitem nicht Rohöl in dem momentan vorhandenen Maß und vor allem teilweise so riskant gefördert werden und wenn man Bestandteile wie z.B. Reifen oder Farben, Kunststoffe unbedingt nennen will, dann wäre dieser Anteil an der Rohölförderung verschwindend gering. Die täglichen Kosten für die durch die Rohölförderung enstandene Umweltbelastung sind kaum zu ermessen!

    • Sie sagen auf der einen Seite, die Verbrauchswerte sind Ihnen egal (das geht mir bei Benzinern gegenueber Dieseln aufgrund anderer Vorteile, die der Diesel nicht besitzt, uebrigends genauso), ich finde das voellig in Ordnung, schliesslich hat der Elektrowagen viele andere Vorteile, da kommt es nicht unbedingt auf den Verbrauch an. Auf der anderen Seite sagen Sie aber, sie koennen die Verbrauchswerte nicht bestaetigen. Haben Sie sie denn eigene Werte mit kleinen „Testfahrten“ ermittelt, wahrscheinlich nicht, wenn es Ihnen egal ist. Wenn doch, dann teilen Sie sie uns doch mit.

      Ihre Forderung, mehr erneuerbare Energien wie Wind und Sonne in das Netz einzuspeisen, ist uebrigends nicht so einfach umsetzbar. Noch ein Denkfehler vieler technologischer Laien. Da diese keine kontinuierlichen Energiequellen sind, muss jedes Megawatt mit einem zuschaltbaren konventionellen Kraftwerk ergaenzt oder abgesichert werden, sonst bricht das Netz irgendwann zusammen, wenn kein Wind weht und gleichzeitig keine Sonne scheint. Die Moeglichkeiten der Pumpspeicherkraftwerke sind irgendwann aus landschaftlich bedingten Gruenden ausgeschoepft. Sie koennen erneuerbare Energiequellen massiv nur mit einem eigenen Netz, das keine kontinuierlich garantierte Leistung zur Verfuegung stellt, betreiben. Mit einer solchen spezialisierten Infrastruktur koennen sie dann ihre Elektroautos aufladen, wenn gerade Leistung verfuegbar ist, und die gespeicherte Energie verfahren, wann immer sie wollen. Alles andere ist Quatsch. Es waere dann ebenfalls sinnvoll alle anderen elektrischen Geraete, die ueber Akkumulatoren verfuegen, ebenfalls an diesem parallelen Netz aufzuladen und das konventionelle Netz den elektrischen Geraeten vorzubehalten, die ueber keine Energiespeicher/-puffer verfuegen. Jeder Besitzer einer leistungsstarken Photovoltaik-Anlage setzt dies im Prinzip so im kleinen Masstab mit seiner eigenen Infrastruktur schon um.

      Ihr Elektroauto am Netz aufzuladen ist aber Energieverschwendung. Tut mir leid, wenn ihnen das nicht gefaellt.

  7. marcel

    „Haben Sie sie denn eigene Werte mit kleinen “Testfahrten” ermittelt“ …

    Ja, habe ich. Fangen wir mal mit einem Vergleich an. Zu unseren Autos gehört auch ein BMW640d mit 230KW , mit dem wir vor kurzem von Dortmund nach Wien gefahren sind. Verbrauch laut Bordcomputer 6,9 Liter bei ca. 950 KM Fahrstrecke.
    Kosten für den Diesel (70 Liter Tank) rund 100€.

    Jetzt zu einer unserer „kleinen“ Tesla-Fahrten (hat 215KW):
    Von Dortmund über Hamburg nach Kiel. Von da auf die Fähre nach Oslo, und über Zwischenstopp Koppang zum Laden nach Trondheim. Fahrstrecke hier ca. 940 KM. Eine volle Ladung zu Hause, fast volle Ladung in Hamburg, kurzes Nachladen in Kiel,
    ca. 2/3 Nachladen in Koppang = aufgerundet 3 Ladungen á 70 KW= Kosten rund 45 €.

    Die Reisegeschwindigkeit (105KM im Durchschnitt) im BMW dürfte etwas höher gewesen sein als im Tesla. Allerdings hatte der BMW den Vorteil nur auf der Autobahn gefahren zu sein.
    Der Tesla wurde in Norwegen nur auf der Landstraße bewegt (also ca. die Hälfte der gesamte Fahrstrecke).
    Hier wäre der Durchnittsverbruch des BMW mit Sicherheit höher als 6.9 Liter pro 100 Km gewesen.

    Unter dem Strich verursacht der Tesla ca. halb soviel Kosten beim Tanken/Laden, wie ein Dieselfahrzeug der neusten Generation mit ähnlicher KW Zahl. (bezogen auf das Portemonaie des Fahrers) um in einer normalen Geschwindigkeit von A nach B zu kommen…

    In Norwegen gab es Strom aus 100%Wasserkraft aus der Steckdose, daher war das Laden dort auch über jeden Zweifel erhaben.
    Mir kam auch so vor als hätte es dem Tesla besonders gut gefallen/geschmeckt… Denn eine Reichweite von 398 KM im Range-Modus bekam ich nach dem Ladevorgang bisher nur in Norwegen angezeigt….

    • Vielen Dank fuer die Muehe.

      Wir haben:
      105km/h (29m/s) Durchschnittsgeschwindigkeit fuer den BMW
      Der Tesla soll wahrscheinlich etwas langsamer bewegt worden sein.
      950km Fahrstrecke
      3 Vollladungen zu 56kWh in der Batterie und 70kWh an der Ladestation

      [An dieser Stelle stand urspruenglich eine andere Berechnung, bei der der Tesla-Wagen von seiner Gesamteffizienz von der Batterie zum Rad viel zu optimistisch geschaetzt wurde. Diese basierte auf einer aelteren, groeberen Abschaetzung von mir. In der Zwischenzeit bin ich beim Motor und den Akkumulatoren soweit in das Detail vorgedrungen, dass ich hier viel detaillierter Antworten kann.]

      Ja, die Antwort ist ganz einfach. Sie sind mit dem Tesla relativ sanft umgegangen und haben auf seine Range oder Verbrauchsanzeige geachtet. Sie haben sich im Durchschnitt irgendwo zwischen 90km/h und 95km/h bewegt und haben damit 950km Reichweite erzielt. Waeren Sie 100km/h im Durchschnitt gefahren, haetten sie nur 690 km geschafft. Wenn sie nur 90km/h gefahren waeren haetten sie sogar locker 1050 km gemacht. Locker, weil ich gemerkt habe, dass mein angenommener Cw-Wert vom Lotus Elise etwas zu schlecht ist. Tesla hat den Unterboden verkleidet und konnte damit den Cw-Wert gegenueber der Elise verbessern.

      Zwischen 90km/h und 100km/h nimmt die Reichweite, wie sie sehen, stark zu, daher kann die Rechengenauigkeit hier etwas ungenau sein. Bedenken sie auch, dass ihnen der Tesla, wie wahrscheinlich alle PKW etwas zuviel auf dem Tachometer anzeigt. Machen Sie den Test, setzen sie sich hinter verschiedene LKW. Die serioesen LKW-Fahrer fahren genau 80km/h und ihr Tacho ist im Gegensatz zu Ihrem geeicht (moderne Reisebusse duerfen 100km/h fahren und die Ueberschreitung der Geschwindigkeit wird bei Busfahrern strenger geahndet als bei LKW-Fahrern, damit waeren Busse fuer Tempo 100 ein noch besseres Vergleichsmass als LKW fuer Tempo 80).

  8. Dr.Edi ⋅

    Bitte Preisrechnungen sauber zu ende führen. Warum ist der tesla billiger trotz nachgewiesenem Mehrverbrauchs? Weil fossile Energieträger in Form von Bezin etc. wesentlich höher besteuert sind. Norwegen ist desweiteren ein schlechtes Beispiel, da es nur aufgrund seiner Geographie Wasserkraft gewinnen kann.

    Übrigens ein fataler Iritum zu denken das Strom der Marktwirtschaft billiger kommt als Öl. Der Witz ist nähmlich das der Staat (also wir) dicken Reibach macht. Fallen die Mineralölsteuereinnahmen weg, holt der Staat es sich anderweitig zurück.

    Thema Gewinnung und Förderung:
    90% der Lithiumreserven sind in chinesischer Hand. Lithum ist endlich. Die Förderung von Lithium lassen wir mal außen vor.

    Zunkunft heisst für mich nicht EMobility sondern Wasserstoffmethanisierung.

    Ansonsten eine tolle Seite.

    • Eine Wasserstoffmethanisierung, wie sie schreiben, muesste nicht unbedingt zu breiten Einsatz von methantauglichen Motoren (Erdgasauto) fuehren. Es koennte auch ein Teil der in meinem Text beschriebenen Alternativen Infrastruktur fuer das Elektroauto sein.

      Fuer die technologischen Laien zur Erklaerung: Man muss die gewonnene Solar- oder Windenergie nicht unbedingt direkt ueber Ueberlandleitungen verschicken. Eine Umwandlung in Wasserstoff durch Elektrolyse des Wassers und ein Verschicken der Energie durch Wasserstoff-Pipelines wurde – den Meisten bekannt – schon oft diskutiert. Die Diskussion endete meist mit der Gefaehrlichkeit bei der Benutzung des Wasserstoffs und dessen hochexplosiven Knallgases im Alltag. Jedoch ist es genauso moeglich, nach der Wasserstoffherstellung eine weitere elektrochemische Stufe anzufuegen: die Wasserstoffmethanisierung. Hier fuegt man dem Wasserstoff noch Kohlenstoff hinzu, den man aus dem CO2 der Luft gewinnt. Das Ergebnis ist ein dem Erdgas identisches Gas, dessen Gefaehrlichkeit wesentlich geringer ist, und wo man die Technik schon sehr lange sicher beherrscht. Beim Verbrennen dieses Gases ist die CO2-Bilanz Null.

      Das aus Windenergie erzeugte Methan verschickt man dann ueber Pipelines zu Gas-Kraftwerken. Wenn man nun seine Elektroautos ausschliesslich mit genau diesem Strom aus genau diesen Kraftwerken auflaedt, hat man das oekologische Elektroauto erreicht. Und das Elektroauto wird vom reinen Energieverschwender zum Foerderer der Wind- und Solarkraft (genau deshalb, weil es ja sehr viel dieser Oeko-Energie verlangt).

      Wunderschoen. Es gibt einen Haken. Die Gesamtbilanz wird immer schlechter. Ueberlandleitungen sind effizienter als Elektrolyse, Elektrolyse ist effizienter als Methanisierung. Man muss also genau durchrechnen, ob sich dann das Windkraftwerk oder Solarkraftwerk ueberhaupt noch lohnt. Die thermodynamischen Gesamtwirkungsgrade (nicht die gelaeufigen willkuerlich definierten „Wirkungsgrade“) dieser Energiequellen aus Wind oder Sonne sind sehr gering, sie reagieren sehr empfindlich auf Mehraufwand im Gesamtprozess. Der methantaugliche Motor, also das Erdgasauto, waere im Gesamtprozess etwas besser dran, weil er wiederum Kraftwerk, Umspannung, Aufladung, etc. umgeht. Wenn wir also aus Windenergie und Solarenergie Methan herstellen werden, waere das Erdgasauto der wesentlich sparsamere Verbraucher. Wahrscheinlich wuerde man dann das Erdgasauto breit einsetzen, und das Elektroauto eher eine Nischenanwendung fuer Innenstaedte werden.

      Wir werden’s sehen. Ich bedanke mich fuer das Lob.

  9. Dr.Edi ⋅

    Genau das habe ich gemeint. Erdgasauto.
    Das Erdgasnetz ist nahezu perfekt ausgebaut. Gleichzeitig ist es ein gigantischer Speicher.
    Die Wirkungsgrade spielen eine untergeordnete Rolle sofern die Gesamtkosten passen. Entweder ich methanisiere Wind/Solar oder die Überproduktion verpufft. Das eine ist mit Verlust belegt, das andere ein Totalverlust.
    Natürlich verstrome ich das Gas nicht um dann ein elektroauto anzutreiben. Ich betreibe ein Gasauto.
    Vorteil: Infrastruktur vorhanden, Fahrzeuge vorhanden, bestehende Fahrzeuge können nachgerüstet werden (teilweise).
    Einsparungen gegenüber eMobility=mehrere Milliarden nur Infrastrukturseitig. Ich möchte erinnern das Deutschland dieses Jahr bereits 14.000GWh Solarstrom erzeugt hat.
    Man könnte zuhause weiterhin seine Gastherme nutzen oder BHKW mit KWK Systemen betreiben. Auch wieder Milliardensummen.
    Es gibt bei einer derartigen Anwendung keinerlei Einschränkung auf Nutzerseite.

    Geht man gedanklich einen Schritt weiter installiert man Anlagen zur Energiegewinnung für den industriellen Norden, welcher CO2 für die Methanisierung liefert und nicht emitiert.
    Überlandleitungen entfallen ebenfalls komplett. Methanisiert wird vor Ort.

  10. M.S. ⋅

    Hallo Monstermaschine,
    ich – selber Elektroautofahrer und Elektroingenieur – habe mich durch die Rechnung gequält und dabei so viele Halbwahrheiten und Verzerrungen gefunden, das die Frage im Raum steht:
    Was will uns der Autor hiermit erzählen – und warum?

    Ein paar Klarstellungen zur Betrachtung „Kraftwerk“ und dessen Wirkungsgraden:
    Das Europäische Verbundnetz, von nichts anderem darf man bei einer solchen Überlegung für Deutschland ausgehen, ist ein Konglometrat an Energiewandlern und -verteilern, das aktuell einen Resourcenbedarf an Brennstoffen (fast) aller Art aufweist, der zu einer Versorgung führt, die ca. 500g CO2 pro kWh zur Folge hat.
    Sich hier auf einen Kraftwerkstypen zu konzentrieren und den Wirkungsgrad einer Verbrennungstechnik auf Carnot-Prozess-Basis anzunehmen ist eine der typischen Vernachlässigungen, die die Elektroautoschlechtrechner immer wieder begehen.

    Mit einer Rennstrecke argumentieren scheint mir extrem fragwürdig und wer schonmal auf Deutschen Strassen unterwegs war weiß, dass man einen Durchschnitt von 150km/h unmöglich erreichen kann ohne den Lappen an jeder Ecke zu riskieren, wenn man seinen Rennwagen dahin prügeln will.

    Globaler Durchschnitt:
    Ein Auto fährt heute im weltweiten Schnitt etwa 50km am Tag und legt diese Strecke in etwa einer Stunde zurück.
    Bei sagenhaften 5 Litern Diesel/100km entspricht das einem Brennwert von etwa 60kWh.

    Mein Elektroauto (www.evalbum.com/1271) kommt mit ca. 12kWh/100km aus, das Tesla Model S kann mit 25-30 gerechnet werden.
    12kWh aus dem Europäischen Verbundnetz belasten die Umwelt mit ca. 6000g CO2 womit mein Wagen mit 60g/100km weit unter dem liegt, was ein Diesel so erreicht.

    Eine grobe Vernachlässigung ist der Transport und die Verteilung. Wenn Sie das im elektrischen Netz einbringen fehlt im Vergleich zum Verbrenner ein sehr offensichtlicher Fakt:
    Ein einziges Tankschiff der Alhambra-Klasse bläst auf einer einzigen Fahrt von Dubai nach Rotterdam mehr Schwefel in die Luft als die gesamte Deutsche Diesel-PKW-Flotte in einem Quartal.
    Diese Belastung fehlt beim Elektroauto völlig, denn entgegen ihrer Aussage ist der Anteil von mit Öl betriebenen Kraftwerken im europäischen Verbundnetz etwa null.

    Mit jeder weiteren Solaranlage, jeder Windkraftanlage und in Zukunft mit jeder hinzukommenden nicht phossilen Energiequelle wird das Elektroauto immer besser, der Verbrenner wird immer so schlecht bleiben wie er heute ist.

    Das Szenario der Zukunft kann nur das Elektrofahrzeug sein und wenn Sie hier schon im Vergleich einen E-Sportwagen zitieren sollten Sie ihn mit einem Wagen gleicher Leistung korrelieren.

    Gruß – FourOfFour

    • Sehr geehrter Herr,

      „ich – selber Elektroautofahrer und Elektroingenieur [bin]“, schreiben Sie und legen damit eine doppelte Befangenheit, privat und beruflich offen.

      „– habe mich durch die Rechnung gequält und dabei so viele Halbwahrheiten und Verzerrungen gefunden“, behaupten Sie, doch wo listen Sie die Rechenfehler oder Fehlannahmen auf?

      Der Rest ihrer Ausfuehrungen verschliesst sich mir und ich sehe leider keinen logischen Zusammenhang mit meinem Artikel, ausser einigen Schlagwoertern.

      Schoen dass auch Sie unser aller Zukunft bereits klar vor Augen haben: „Das Szenario der Zukunft kann nur das Elektrofahrzeug sein“ Wobei ein Szenario eigentlich mehr beinhalten muss als ein einziges Konsumprodukt. Wahrscheinlich meinen Sie eine auf regenerativen Energien und elektrischem Strom basierte Energiewirtschaft mit Speicherkraftwerken und erklaertem Nullemmissionsziel in Verbindung mit elektrischer Verkehrs- und Heizungstechnik (schliesslich sind sie Elektroingenier, FourOfFour, und ihr Beruf wuerde in einer elektrischen Gesellschaft mit Glueck vielleicht als letzer automatisiert oder in das Ausland ausgelagert werden).

      Wenn Sie ein solches Szenario wirklich meinen sollten und dies nicht nur herbeiwuenschten, weil sie sich so eine berufliche Existenzsicherung erhofften, dann schienen Sie aeusserst wohlhabend oder sehr mutig zu sein. Ich jedenfalls mit meinem Ingenieurseinkommen koennte mir in einem solchen Zukunftszenario (dem einiger meiner Mitbuerger mit offensichtlicher Rechenschwaeche) keine Konsumprodukte, Nahrungsmittel und Waerme im Winter leisten und betrachte daher schon heute – wo wir Gott sei Dank noch weit davon entfernt sind – jedes neue Windrad mit grosser Sorge..

Schreibe einen Kommentar

Trage deine Daten unten ein oder klicke ein Icon um dich einzuloggen:

WordPress.com-Logo

Du kommentierst mit Deinem WordPress.com-Konto. Abmelden / Ändern )

Twitter-Bild

Du kommentierst mit Deinem Twitter-Konto. Abmelden / Ändern )

Facebook-Foto

Du kommentierst mit Deinem Facebook-Konto. Abmelden / Ändern )

Google+ Foto

Du kommentierst mit Deinem Google+-Konto. Abmelden / Ändern )

Verbinde mit %s