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Well-to-Wheel Betrachtung von Hybridfahrzeugen

Erstellt am: 04.11.2010 | Stand des Wissens: 08.03.2023
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Ansprechpartner
IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V.

Hybridfahrzeuge (HEV) kombinieren mehrere Energiewandler und Speichersysteme im Antriebsstrang. Typischerweise handelt es sich dabei um Verbrennungs- und Elektromotoren mit Tank und Batterie. Als eine spezielle Systemauslegung kann der Plug-In Hybrid (PHEV) betrachtet werden. Bei dieser Variante kann die Batterie auch aus einer externen Stromquelle aufgeladen werden. Die Möglichkeit, Kohlenstoffdioxid (CO2) Emissionen zu reduzieren, hängt maßgeblich von den Emissionsfaktoren des verwendeten Stroms [Grue06, S. 56] sowie der Fahrzeugnutzung ab, da diese den elektrischen Fahranteil bestimmt [PlFu15]. Ziel ist es, den rein elektrischen Fahranteil zu vergrößern.
Als Treibstoffe für Hybride kommen alle für Verbrennungsmotoren geeigneten Treibstoffe infrage. Dabei resultieren die Verbrauchsminderungen gegenüber konventionellen Fahrzeugen im Wesentlichen aus dem Betrieb mit Rekuperation, der Realisierung von "Downsizing"-Maßnahmen sowie aus dem Betrieb des Verbrennungsmotors im optimalen Betriebsbereich. Darüber hinaus ist ein wichtiger Vorteil von PHEV die Möglichkeit der vollständigen emissionsfreien Fahrt (limitiert durch die Batteriekapazität), etwa in stark belasteten innerstädtischen Bereichen [Grue06, S. 53].
[AjGl20] betrachten anhand des Well-to-Wheel (WtW) Gesamtsystems die CO2-Emissionen von verschiedenen Elektrofahrzeugtypen im Vergleich zu konventionellen Antriebskonzepten. Die dabei untersuchten Autos haben alle eine Leistung in Höhe von 80 Kilowatt und eine angenommene Fahrleistung von 15.000 Kilometern pro Jahr. Dabei berücksichtigen sie im Rahmen der Tank-to-Wheel (TtW) Betrachtung neben den Treibhausgasemissionen für den Kraftstoff ebenfalls die Emissionen für die Herstellung und Verschrottung des Fahrzeugs. Wie in Abbildung 1 zu erkennen ist, schneidet der Range-Extender (REX), welcher mit erneuerbarem Strom und Benzin versorgt wird, unter den verschiedenen Hybrid-Konzepten am besten ab. Es bleibt allerdings zu berücksichtigen, dass die Treibhausgasemissionen für Hybridfahrzeuge wie den Plug-in Hybrid (PHEV) und den Range-Extender (REX) wesentlich vom angenommen Anteil des Stromverbrauchs (elektrischen Fahrbetrieb) am Gesamtenergieverbrauch abhängig sind. In der hier beschriebenen Studie gilt die Annahme, dass der Stromverbrauch bei 50 Prozent für die PHEVs beziehungsweise 90 Prozent am Gesamtenergieverbrauchs für die REX liegt. Durch die Nutzung von Hybridfahrzeugen (HEV) kann eine Treibhausgasemissions-Einsparung von fast 25 Prozent im Vergleich zu konventionellen Verbrennern erzielt werden [AjGl20].
WtW_verschiedener_Antriebskonzepte.pngAbb. 1: Well-to-Wheel Betrachtung verschiedener Antriebskonzepte batterieelektrische Fahrzeuge (BEV), REX, PHEVs, HEVs, konventionelle Verbrennerfahrzeuge jeweils mit unterschiedlichen Kraftstoffen [AjGl20, S.141] (Grafik zum Vergrößern bitte anklicken)
Insgesamt wird deutlich, dass sich abhängig von der Hybridvariante und Art der Stromerzeugung unterschiedliche WtW Bilanzen ergeben. Darüber hinaus ist der Fahrzyklus zu berücksichtigen. Durch die Wahl der idealen Batteriegröße, abhängig vom Gebrauch und Fahrverhalten, können Kosten sowie Emissionen optimiert werden [ReOe14].
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IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V.
Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Antriebstechnologien im Straßenverkehr (Stand des Wissens: 26.06.2023)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?298940
Literatur
[AjGl20] Ajanovic, A. , Glatt, A. Wirtschaftliche und ökologische Aspekte der Elektromobilität, 2020/06
[Grue06] Grünwald, Reinhard Perspektiven eines CO2- und emissionsarmen Verkehrs- Kraftstoffe und Antriebe im Überblick, 2006
[PlFu15] Patrick Plötz, Simon Funke, Patrick Jochen Real-world fuel economy and CO2 emissions of plug-in-hybrid electric vehicles, 2015
[ReOe14] Martin Redelbach, Enver Doruk Özdemir, Horst E. Friedrich Optimizing battery sizes of plug-in hybrid and extended range electric vehicles for different user types, 2014
Glossar
Hybrid
Der Ausdruck Hybrid bedeutet "etwas Gebündeltes, Gekreuztes oder Gemischtes". Es stammt ab von dem lateinischen Fremdwort griechischen Ursprunges Hybrida. In der Technik wird ein hybrides System, aus zwei unterschiedlichen Technologien miteinander kombiniert.
PHEV
Plug-in-Hybridfahrzeug; eine Weiterentwicklung der Hybridfahrzeuge. Es besteht die Möglichkeit, die Batterie zusätzlich zum Verbrennungsmotor auch extern über eine Ladebuchse zu laden.
CO
= Kohlenstoffmonoxid. CO ist eine chemische Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff und gehört damit neben Kohlenstoffdioxid zur Gruppe der Kohlenstoffoxide. Es ist ein farb-, geruch- und geschmackloses Gas. Kohlenstoffmonoxid beeinträchtigt die Sauerstoffaufnahme von Menschen und Tieren. Schon kleine Mengen dieses Atemgiftes haben Auswirkungen auf das Zentralnervensystem.
Es entsteht bei der unvollständigen Oxidation von kohlenstoffhaltigen Substanzen. Dies erfolgt zum Beispiel beim Verbrennen dieser Stoffe, wenn nicht genügend Sauerstoff zur Verfügung steht oder die Verbrennung bei hohen Temperaturen stattfindet. Kohlenstoffmonoxid selbst ist brennbar und verbrennt mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid. Hauptquelle für die CO-Belastung der Luft ist der Kfz-Verkehr.
TtW Tank-to-Wheel; Teilsystem der Well-to-Wheel Analyse, die die Treibhausgasemissionen des Fahrzeugbetriebs erfasst.
HEV Hybridfahrzeug; Ein Hybridfahrzeug ist ein Fahrzeug, welches mindestens zwei Energiewandler und zwei im Fahrzeug eingebaute Energiespeichersysteme besitzt, um das Fahrzeug anzutreiben. Dabei sind Energiewandler z.B. Otto-, Diesel- oder Elektromotoren mit ihren jeweiligen Energiespeichersystemen wie Batterien bzw. Kraftstofftanks im Einsatz.
WtW Well-to-Wheel; Analyseverfahren, das zur Bewertung und zum Vergleich von konventionellen und alternativen Antriebstechnologien die vollständigen Kraftstoffzyklen erfasst. Das Gesamtsystem besteht aus den Teilsystemen Well-to-Tank und Tank-to-Wheel.
Rekuperation
Rekuperation bezeichnet die Rückführung eines Anteils der von einem elektrisch angebtriebenen Fahrzeug entnommenen Traktionsenergie in die Fahrzeugbatterie oder das Bahnstromnetz. Diese Energie wird beim Bremsvorgang durch den Betrieb des Elektromotors im Generatorbetrieb bzw. durch die elektrodynamische Nutzbremse generiert.

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?332896

Gedruckt am Sonntag, 23. Juni 2024 23:58:17