Relevante Eigenschaften von Flottenfahrzeugen und -management

Die bisher in der Fahrzeugflotte eingesetzten Fahrzeuge geben Aufschluss über deren Einsatzbereich:

Neben Reichweite und Fahrleistungen sind insbesondere das erforderliche Ladevolumen sowie die Zuladung zu berücksichtigen. Tabelle 5 gibt Auskunft über die Verteilung unterschiedlicher Fahrzeugtypen und Antriebskonzepte, die im gewerblichen Flottenmarkt eingesetzt werden. Den prozentual größten Anteil machen Fahrzeuge der Kompakt- und Mittelklasse aus. Klein- und Kleinstwagen, die für den elektromobilen Einsatz besonders geeignet scheinen, machen ca. 10% des gesamten Flottenmarktes aus. Zu den Fahrzeugen, die unter dem Begriff „Utilities“ zusammengefasst werden, zählt eine große Spanne von Fahrzeugen z.B. der Renault Kangoo oder der Mercedes Benz Sprinter, die vor allem im Liefer- und Handwerkssegment oft vertreten sind. 11,3 % der gewerblichen Fahrzeuge zählen zu dieser Gruppe. Daraus wird ersichtlich, dass unter der Annahme sämtliche Kleinst-, Klein und Kompaktwagen könnten durch BEV ersetzt werden, lediglich ca. 28 % aller gewerblichen Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb fahren würden. Das entspricht ca. 1,1 Mio. Fahrzeugen. Zusätzlich wäre denkbar, dass aus den Bereichen Mittelklasse, Mini-Vans und Utilities weitere Fahrzeuge hinzukommen, was das theoretische Potential auf ca. 2,1 Mio. E-Fahrzeuge hebt.

Tabelle 5: Verteilung unterschiedlicher Fahrzeugtypen und Antriebskonzepte im gewerblichen Flottenmarkt (BMVBS 2008a) Angaben in % Ottomotor Dieselmotor Sonstige Gesamt

Kleinstwagen 2,3 0,3 0,0 2,7

Kleinwagen 6,0 1,3 0,0 7,3

Kompaktklasse 8,9 9,4 0,3 18,7

Mittelklasse 6,7 15,1 0,1 21,8

Obere Mittelklasse 3,2 8,7 0,0 11,9

53 4. Methode zur Bewertung des Elektrifizierungspotentials

Oberklasse 0,6 0,4 0,0 1,0

Geländewagen 0,9 4,3 0,1 5,3

Sportwagen 1,6 0,0 0,0 1,6

Mini-Vans 1,8 1,1 0,0 2,9

Großraum-Vans 1,6 5,2 0,1 7,0

Utilities 0,8 10,3 0,1 11,3

Sonstige 3,0 5,0 0,5 8,6

Gesamt 37,4 61,1 1,5 100,0

Für die vorliegende Untersuchung werden für die am häufigsten eingesetzten Fahrzeugklassen Substitutionsmöglichkeiten vorgestellt, die sich hinsichtlich ihrer Grunddaten an bereits verfügbaren Fahrzeugen orientieren. Dabei wurde auf die Mittelklasse verzichtet, weil für dieses Fahrzeugsegment eine rein batterieelektrische Lösung als wirtschaftlich nur schwierig darstellbar eingestuft wird. Tabelle 6 gibt einen Überblick über die Grunddaten der Referenzfahrzeuge für Verbrauchsbestimmung und Batterieauslegung

Tabelle 6: Grunddaten der Referenzfahrzeuge für Verbrauchsbestimmung und Batterieauslegung

F1: Kleinstwagen F2: Kleinwagen F3: Kompaktklasse N1: Kleintransporter N2: Transporter

Leergewicht 900 kg 1200 kg 1300 kg 1500 kg 1950 kg

Stirnfläche 2,1 m² 2,1 m² 2,2 m² 2,4 m² 3,1 m²

cW-Wert 0,32 0,32 0,31 0,31 0,32

Den Berechnungen zu Batteriegröße und Verbrauch liegt ein umfangreiches Fahrzeugmodell zugrunde, das im Rahmen des Projektes NET-ELAN⁶⁰ entstanden ist (WALDOWSKI et al. 2012). Eingangsgrößen sind die Fahrzeugdaten der Referenzfahrzeuge und verschiedene Fahrzyklen, die den Einsatzort charakterisieren. Berücksichtigt wurden unter der Annahme sichtbarer Verbrauchsunterschiede folgende Fahrsituationen:

 Innenstadt: normaler Innenstadtverkehr (z.B. ambulanter Pflegedienst, Telekomservice)  Referenzzyklus: Artemis Urban

 Kombiniert: durchschnittlicher Verbrauch durch Fahrt in unterschiedlichen Bereichen (z.B.

Mietwagen)  Referenzzyklus: Artemis (Stadt-, Land- und Überlandsequenzen)

 Landstraße/Autobahn: häufiges Fahren auf Landstraßen oder/und Autobahnen (z.B.

Handwerksbetrieb in dörflicher Gegend)  Referenzzyklus: Artemis motorway

Darüber hinaus wurde in allen Berechnungen ein Nebenverbrauch von 1 kW, 3 kW oder 4 kW je nach Situation berücksichtigt, um den realen Fahrbedingungen Rechnung zu tragen. Hierbei sind winterliche Bedingungen oder schwierige Topographien noch nicht explizit berücksichtigt. Die Batteriegröße⁶¹ ergibt sich im Modell iterativ aus der für die geforderte Reichweite nötigen Energie und dem zusätzlichen

60 siehe auch http://www.net-elan.de

61 Die Werte gelten für eine Energiedichte von 90 Wh/kg. Hierbei muss berücksichtigt werden, dass durch die Weiterentwicklung der Batterien in Zukunft auch größere Energiedichten darstellbar sein werden. Das führt bei gleicher Reichweite zur Gewichtsreduktion, die wiederum den Energiebedarf für den Antrieb senkt.

Energiebedarf für die steigende Fahrzeugmasse. Das Kennfeld des Elektromotors ist skalierbar und wird entsprechend der Fahrzeugklasse festgelegt. Nachfolgend sind die Ergebnisse der Berechnung für den Kleinstwagen (F1) und den Kleintransporter dargestellt (N1) ⁶².

Tabelle 7: Verbrauchswerte und Batteriegröße des betrachteten Kleinstwagens (F1), Nebenverbrauch 1 kW KLEINSTWAGEN (F1)

Innenstadt Kombiniert Landstraße / Autobahn

km Verbrauch kWh/100km

Batterie-größe kWh

Verbrauch kWh/100km

Batterie-größe kWh

Verbrauch kWh/100km

Batterie-größe kWh

30 15,1 5,1 13,2 4,5 24,3 8,2

50 15,4 8,7 13,4 7,5 24,6 13,8

70 15,6 12,3 13,5 10,7 25,8 19,5

90 15,8 16,0 13,6 13,9 25,0 25,3

110 16,0 19,8 13,8 17,1 25,2 31,2

130 16,2 23,7 13,9 20,4 25,4 37,2

Tabelle 8: Verbrauchswerte und Batteriegröße des betrachteten Kleintransporters (N1), Nebenverbrauch 1 kW KLEINTRANSPORTER (N1)

Innenstadt Kombiniert Landstraße / Autobahn

km Verbrauch kWh/100km

Batterie-größe kWh

Verbrauch kWh/100km

Batterie-größe kWh

Verbrauch kWh/100km

Batterie-größe kWh

30 18,3 6,2 15,6 5,3 24,3 8,2

50 18,6 10,4 15,7 8,9 24,4 13,7

70 18,8 14,8 15,8 12,5 24,5 19,4

90 19,0 19,3 15,9 16,2 24,6 24,9

110 19,2 23,8 16,1 19,9 24,7 30,6

130 19,4 28,4 16,2 23,7 24,8 36,3

Die realen Verbräuche sind i.d.R. geringer als der rechnerisch erforderliche Verbrauch für die angegebene Batteriegröße und die zugehörige Reichweite. Der Grund dafür liegt in der Rekuperation, durch die ein Teil der aufgewendeten Energie zurückgewonnen werden kann. Die unterschiedlichen Fahrzeugkonfigurationen erlauben es, in Einzeluntersuchungen nutzerspezifische Auslegungen v.a. in Hinblick auf die Kosten zu untersuchen.

Unter Lademöglichkeit werden die Voraussetzungen zu einer möglichst batterieschonenden⁶³ und zur Sicherstellung der täglichen Reichweite nötigen zeitlichen Ladung verstanden.

Ladefenster. Im Gegensatz zu privaten Nutzern haben viele gewerbliche Flotten verlässlich planbare Zeitfenster, in denen die Fahrzeugbatterien geladen werden können. Dabei sind die Nutzungsprofile äußerst heterogen, so dass eine summarische Darstellung wenig zielführend ist, da nur das individuelle

62 Die Verbrauchswerte der übrigen Fahrzeuge finden sich im Anhang.

63 siehe auch Abschnitt 2.2; nach aktuellem Stand werden Ladungen mit kleinem Ladehub bei moderaten Temperaturen als optimal eingestuft

55 4. Methode zur Bewertung des Elektrifizierungspotentials

Muster Auskunft über ein zuverlässiges Ladefenster gibt. Firmen und Betriebe, in denen die Fahrzeuge im Schichtbetrieb eingesetzt werden, könnten hier an eine praktische Grenze stoßen: manche Taxiunternehmen, Notdienste oder Logistikunternehmen (Verkehr/Handel) haben ihre Fahrzeuge zumindest teilweise im Mehrschichtbetrieb im Einsatz⁶⁴. Abbildung 28 zeigt die Verteilung der Einsatzdauer von 22 Unternehmen, die im Rahmen des Projektes Sax-Mobility befragt wurden (SAX-MOBILITY 2010). Auch hier spiegelt sich die große Inhomogenität des gesamten gewerblichen Sektors wieder. Befragt wurden die Verwaltungen von Kreisstädte, Stadtwerke und Unternehmen aus verschiedenen Branchen (z. B. Wohnungsbaugenossenschaften, Pflege-, Liefer- und Kurierdienste).

Abbildung 28: Verteilung der Einsatzdauer (SAX-MOBILITY 2010)

In über 90 % der befragten Unternehmen liegt die Einsatzdauer bei 17 oder weniger Stunden, was im Umkehrschluss ein Ladefenster von sieben Stunden und mehr bedeutet. Im Rahmen einer Untersuchung zum Umweltentlastungspotential beim Einsatz von BEV wurde vom Öko-Institut e.V. eine umfangreiche Auswertung der KiD-Daten mit dem Fokus auf potentielle batterieelektrische gewerbliche Pkw durchgeführt. Anhand unterschiedlicher Kriterien (Tagesfahrleistung >/< 80 km und Anteil privater Fahrten >/< 50 %) wurden vier Profile aus den Einzeldatensätzen aggregiert. Die durchschnittlichen Ergebnisse der Analyse für die Werktage zeigt Abbildung 29. Sie beziehen sich auf eine Prognose für 2030, wobei die Abweichungen zu 2020 nur gering sind. Die Start- und Endpunkte der täglichen Fahrten bestätigen eine (nächtliche) Standzeit von 14 bis 17 Stunden. Untertägig stehen durchschnittlich vier bis sechs Stunden für eine Nachladung zur Verfügung; eine Option von der vor allem die Nutzungsprofile 2 und 4 mit langen Tagesfahrstrecken über 80 km Gebrauch machen könnten (HACKER et al. 2011).

64 Bei einer größeren, hinsichtlich der Fahrzeuge homogenen Flotte könnten hier vereinzelt Wechselkonzepte eine Alternative darstellen; siehe auch Abschnitt 5.2.2 (Taxiflotten)

Abbildung 29: Fahrzeugnutzungsprofile potenzieller batterieelektrischer Pkw an Werktagen – gewerblich (HACKER et al. 2011)

Das Ladefenster ist im Rahmen dieser Untersuchung die Zeit, in der das betrachtete Fahrzeug am Tag auf einem mit einer Lademöglichkeit ausgestatteten Stellplatz stehen kann. Dazu gehört der Platz auf dem Betriebshof ebenso wie z.B. der Wohnort des Nutzers, sofern dieser das Fahrzeug nachts auch laden kann.

Entscheidend für die Einstufung ist die gesicherte Dauer der Anschlussmöglichkeit. Aktuelle Kleinstwagen, die hier stellvertretend die untere Grenze der Batteriegröße darstellen, haben derzeit eine Ladezeit von ca. 6 h bei einer Batteriegröße von 16 kWh.

Bewertung ++ + ○ - --

Ladefenster > 8 h 6 h 4 h 2 h < 1 h

Stellplatz. Wenn die Fahrzeuge ihren eigenen Stellplatz haben, kann die notwendige Infrastruktur (Ladesäule/ Ladestation) relativ problemlos installiert werden. Abbildung 30 zeigt die Standorte der Fahrzeuge in Ruhezeiten aus der Modellregion Sachsen. Dabei wurden 22 Unternehmen befragt, Mehrfachnennungen waren möglich.

Abbildung 30: Standorte der Fahrzeuge während der Ruhezeiten (nach SAX-MOBILITY 2010)

Der am zweithäufigsten genannte Abstellort „bei Mitarbeitern zu Hause“ muss nicht zwingend eine

57 4. Methode zur Bewertung des Elektrifizierungspotentials

Einschränkung sein, da auch hier eine Lademöglichkeit vorgesehen werden kann, wenn die private Wohnsituation es zulässt. Vielmehr ist jedoch diese Angabe ein Indiz dafür, dass ein großer Teil der Fahrzeuge auch privat genutzt wird, was für die Betrachtung des Fahrmusters von Bedeutung ist.

Mit 25 % stellt nach dieser Befragung auch der öffentliche Raum noch eine relevante Größe dar. Ist es hier nicht möglich, den Parkraum auf firmeneigenes Gelände zu verlegen, gestaltet sich die Installation passender Ladeinfrastruktur ggf. schwierig, zumal die Kosten für straßenseitige Ladeeinrichtungen derzeit vom jeweiligen Energieversorger getragen werden. Die bislang errichteten öffentlichen Ladesäulen sind i.d.R. Teil von Forschungsprojekten und Versuchen, die zumindest teilweise durch den Fördermittelgeber finanziert werden. Die Kosten für eine öffentliche Ladesäule sind stark abhängig vom Ort der Aufstellung und liegen zwischen 2.000 und 5.000 € (siehe auch Abschnitt 2.3). Müssen besondere Auflagen erfüllt oder örtliche Gegebenheiten berücksichtigt werden, wie die Nutzung sonst parkraumbewirtschafteter Flächen oder Denkmalschutz, können sich die Kosten vervielfachen.

Auch fernab der Finanzierungsfrage stehen der großflächigen Installation von Ladesäulen derzeit noch rechtliche Aspekte im Wege: Die StVO sieht keine Privilegierung nach Antriebsarten vor, d.h.

Sonderparkzonen, Halten für Aufladung auf sonst nicht als Parkflächen vorgesehenen Flächen oder Busspurnutzung stehen im Widerspruch zum Straßenverkehrsrecht (HANKE 2010). Im Rahmen des Angebots von integrierten Mobilitätskonzepten können die im Bundesrecht verankerten Grundsätze jedoch erweitert werden, wenn die „gemeinwohlorientierte Nutzung von Verkehrsflächen“⁶⁵ in den Vordergrund rückt und von den Kommunen planerische Festsetzungen getätigt werden (JUNG 2011).

Im Rahmen der Begleitforschung zur Plattform Elektromobilität wurden die gewerblichen Teilnehmer nach ihrer Einschätzung zu möglichen Stellplätzen befragt. Auf die Frage wie sie die verfügbare Ladeinfrastruktur einschätzen, wurde lediglich die Option „Lademöglichkeit am Arbeitsplatz“ positiv bewertet. Sowohl das Nachladen zu Hause als auch die Verfügbarkeit und Nutzung von Lademöglichkeiten im öffentlichen Raum wurden negativ bis neutral eingestuft (FRAUNHOFER 2012).

Der Parameter Stellplatz gibt Aufschluss darüber, ob das Nachladen des Fahrzeugs an einem festen Stellplatz möglich ist. Dabei ist ein nicht vorhandener Stellplatz ein Ausschlusskriterium für ein rein elektrisches Fahrzeug.

Bewertung ++ + ○ - --

Stellplatz firmeneigener Stellplatz

Wechselnd auf firmeneigenem Gelände

halb-öffentlicher Raum (z.B.

Tiefgarage)

fest im

öffentlichen Raum

wechselnd im öffentlichen Raum

Reichweite. Hier sind die täglichen und jährlichen Fahrleistungen von Interesse. Ein besonders wirtschaftlicher Einsatz ergibt sich für BEV, wenn sie jeden Tag die maximale von der Batterie zugelassene Fahrstrecke tatsächlich absolvieren können; dem hohen Batteriepreis steht dann ein Maximum an Einsparungen bei den Betriebskosten gegenüber.

Erste Ergebnisse aus Flottenversuchen weisen darauf hin, dass Flottenbetreiber durchaus bereit sind, geringere Reichweiten als bisher gewohnt zu akzeptieren, sofern sie für den Einsatzzweck der Fahrzeuge

65 § 1 Abs. 5, Abs. 6 Nr. 9 BauGB

ausreichend sind. Besonders wichtig ist bei einer nutzerindividuellen Auslegung jedoch die Zuverlässigkeit der Fahrzeuge: die angegebene Reichweite muss auch unter widrigen Bedingungen wie an Tagen mit hohem Heizungs- oder Klimatisierungsbedarf oder bei unterschiedlichen Topografien erreicht werden (POHL 2011).

Berücksichtigt werden hier die 95 %-Perzentile der kumulierten, täglichen Fahrstrecken. Damit kann die größte Zahl der Fahrten absolviert werden, Extremwerte von Sonderfahrten bleiben unberücksichtigt. Auf diese wird im Parameter Kompensation nicht bedienbarer Fahrten Bezug genommen. In der Skala angegeben ist die Differenz der benötigten zur vom jeweiligen Fahrzeug (siehe Abschnitt 4.1.1) zur Verfügung gestellten Reichweite. Positiv bewertet werden Reichweiten, die vom Fahrzeug abgedeckt werden und mit leichter Abstufung auch die, bei denen die zu erbringende Reichweite nur wenig über der verfügbaren liegt. In diesen Fällen kann einerseits geprüft werden, ob eine Zwischenladung möglich ist, zum anderen muss berücksichtigt werden, dass die hier gegengerechneten Reichweiten für ungünstige Bedingungen gelten; im Großteil des Jahres können auch längere Strecken zurückgelegt werden.

 s_{erf_95%} …erforderliche Reichweite, um 95 % aller Einzelfahrstrecken abzudecken

 sverf …verfügbare Reichweite

Bewertung ++ + ○ - --

serf_95% < sverf serf_95% < sverf + 20 km serf_95% < sverf + 40 km serf_95% < sverf + 60 km serf_95% > sverf + 60 km

Auslastung. Eine möglichst hohe Fahrzeugauslastung ist bereits bei Fuhrparks mit konventionell angetriebenen Fahrzeugen ein wünschenswertes Ziel, vor allem wenn Fahrzeuge geleast werden. Der zu entrichtenden Miete steht bei zunehmender Nutzung ein größerer Nutzwert entgegen. In dieser ersten Betrachtung wird angenommen, dass die Flottenbetreiber auf bereits zur Verfügung stehende Fahrzeuge zurückgreifen, die keine nutzeroptimierte Reichweite haben. Aus dem zu substituierenden Fahrzeugtyp ergibt sich somit eine Reichweite (siehe Tabelle 6). Der Parameter Auslastung gibt Aufschluss darüber, wie viel die zur Verfügung stehenden Kapazität tatsächlich genutzt wird. Darüber entsteht eine erste Schätzung, inwieweit die hohen Batteriekosten durch Einsparungen bei den Betriebskosten ausgeglichen werden können. Hierbei ist es wichtig zu berücksichtigen, dass in diesem Kontext nicht die zeitliche Auslastung (wie sonst oft in diesem Zusammenhang betrachtet) sondern die täglich zurückgelegten Kilometer betrachtet werden. Berechnet wird die Auslastung über die Reichweite des gewählten Fahrzeugs:

Auslastung = Reichweite (definiertes Fahrzeug) ∙ 250 (Arbeitstage⁶⁶) / Jahresfahrleistung

Bewertung ++ + ○ - --

Auslastung > 90 % bis 80 % bis 70 % bis 60 % < 50 %

Bei einer Auslastung von weniger als 50% ist die Batterie nahezu doppelt so groß wie eigentlich nötig.

Die damit verbundenen Mehrkosten lassen sich nur schwer amortisieren. Ob es einen nennenswerten Effekt auf den Wiederverkaufswert einer derart wenig genutzten Batterie gibt, ist unklar.

66 Wird das Fahrzeug auch am Wochenende genutzt erhöht sich die Zahl der Arbeitstage auf 302 bzw. 365

59 4. Methode zur Bewertung des Elektrifizierungspotentials

Der Grad der möglichen Elektrifizierung in einer Flotte ist stark abhängig von der Flottengröße. Eine große Flotte ermöglicht eine sinnvolle Mischung aus konventionellen und alternativen Antrieben, so dass z.B. die begrenzte Reichweite von BEV durch zusätzliche Fahrzeuge mit konventionellen Antrieben kompensiert werden kann. Darüber hinaus lassen sich leichter weitere Verwendungen für bereits durch Zyklen oder Alter geschwächte Batterien finden.

Routenplanung. Die Routenplanung hat entscheidenden Einfluss auf die Möglichkeiten der Elektrifizierung: einerseits kann dadurch im besten Fall ausgeschlossen werden, dass die eingesetzten Elektrofahrzeuge an ihre Reichweitengrenze stoßen. Andererseits ermöglicht die Planbarkeit auch eine auf die Nutzung zugeschnittene Fahrzeugauswahl. Dies macht sich besonders dadurch bemerkbar, dass eine zum Einsatzzweck passende Batteriegröße gewählt werden kann, mit der ein Ausgleich der Batteriemehrausgaben durch eingesparte Betriebskosten vereinfacht wird.

Besonders positiv werden komplett planbare Routen bewertet wie sie z.B. bei Postfahrzeugen oder häuslicher Krankenpflege vorkommen. Ebenfalls günstig wirkt sich ein begrenzter Einsatzradius aus.

Dabei ist dieser Punkt an die nötige Reichweite gekoppelt: Überdimensionierte Fahrzeuge kommen grundsätzlich auch ohne eine genaue Routenplanung aus.

Bewertung ++ + ○ - --

Routenplanung voll planbar, vorgegeben

z.T. planbar und unterstützt durch RPS*

z.T. planbar ohne RPS

nicht planbar, aber unterstützt durch RPS

nicht planbar

* RPS = Routenplanungssystem

Kompensation nicht bedienbarer Fahrten. Allein die Tatsache, dass verschiedene Fahrzeuge zur Verfügung stehen, garantiert nicht den flexiblen Einsatz dieser Fahrzeuge. Werden die Fahrzeuge personengebunden eingesetzt, ist es nur schlecht möglich eine lange Fahrt alternativ mit einem konventionellen Ersatzfahrzeug zurückzulegen. Betreiber größerer Flotten versuchen in der Regel bereits aus Gründen besserer Auslastung ein Fuhrparkmanagement umzusetzen, das den Fahrzeugeinsatz optimiert.

Eine zentrale, koordinierende Stelle stellt für den Einsatz eines BEV hier die am besten zu bewertende Option dar. Auch eine flexible Flotte ist denkbar, wobei hier die genauen Bedingungen geprüft werden müssen. Ein nicht flexibler Einsatz stellt nur dann ein Problem dar, wenn die zu erbringende Reichweite über der vom Fahrzeug leistbaren liegt.

Bewertung ++ + ○ - --

Kompensation nicht bedienbarer Fahrten

optimiert durch

Flottenmanagement - flexibel, aber

nicht optimiert - nicht flexibel

Im Dokument Batterieelektrische Fahrzeuge im gewerblichen Flottenbetrieb (Seite 64-71)