Rechenmodell DC vs. AC zur Versorgung in der Stadt

[umrath]

Fluencemobil hat geschrieben:

Wenn der laternenparker die Wahl hat, sein Auto über Nacht für 30 Cent die kWh voll zu machen, oder das doppelt bis dreifache am DC Länder zu zahlen, für was wird er sich entscheiden? Den Platz den ein über Nacht parkendes Auto braucht, ist der gleiche egal ob stinker oder nicht.
Sicher müssen dann reichlich Parkplätze elektrifiziert werden, da aber bei den kommenden Akkus nicht jeden Tag geladen werden muss, braucht nicht jeder laternenparker seine eigene Ladestation.

Er wird die Wahl nicht haben, weil nicht an jedem Parkplatz ein Ladegerät sein wird, sein kann. Die Leute, die eben keine Garage haben, wird im Grunde nur DC zur Verfügung stehen - und das ist auch gut so, denn langfristig is DC auch viel günstiger.

Und weil ich gerade nichts besseres zu tun habe, rechne ich auch das nochmal vor:

Ein 350 kW-DC-Lader wird in Zukunft nicht viel mehr kosten, als die 50 kW-DC-Lader jetzt. Warum? Weil alles billiger wird, wenn man es in Massen produziert.
Und damit nicht gleich die nächste Diskussion losbricht, nehme ich für die Rechnung einfach stillschweigend an, dass die Preise tatsächlich stabil bleiben und nicht sogar noch sinken werden.

Aber wisst ihr was? Die Preise der DC-Stationen sind am Ende was egal.
Was zählt, sind Unterhalt und Umsatz. Einmalige Investitionskosten sind solange egal, wie sie einigermaßen abbildbar sind.

Also zur Rechnung:

Eine DC-Ladestation kostet, je nachdem wen man fragt, um die 40k€. Legen wir nochmal 10k€ für die Installation oben drauf und sind bei runden 50k€ bis die Säule erstmal steht.
Wir stellen aber nicht eine hin, sondern mindestens 5.
Macht (Milchmädchenrechnung) 250.000 €.

Ich gehe bei meiner Rechnung davon aus, dass DC-Säulen wir Tankstellen benutzt werden: Die Leute fahren hin, laden auf, bezahlen und verschwinden wieder. Weil wir in der Zukunft sind, sitzt da auch kein Hansel mehr in einer Butze sondern das klappt ganz herrlich automatisch.

Die Autos der Zukunft haben im Schnitt einen 100 kWh-Akku und kommen natürlich nicht leergelutscht rein, sondern haben, wie auch die Verbrenner heutzutage, noch etwas Restladung drin. Außerdem lädt der DC-Lader aus Akkuschutzgründen nur bis maximal 94 %. Nehmen wir also an, der durchschnittliche Fahrer kommt mit 20 % Restladung an und lädt im Schnitt bis 90 % auf. Das machen die Leute deshalb, weil die Ladung über 90 % nicht nur langsamer sondern auch teurer wird, während es bis 90 % mit voller Pulle geht.
Die 350 kW-Lader ballern den 100 kWh-Akku also in (70 kWh fehlen) also in 12 Minuten voll und dann ist die Bezahlung auch schon erledigt. Nehmen wir an, dass die Leute noch ein bisschen vorher und hinterher rumhudeln und daher dauert der ganze Prozess im Schnitt 15 Minuten.
Nun werden die Leute in den meisten Fällen nicht gerade Schlange stehen sondern kommen und gehen über den Tag verteilt, mit leichten Spitzen zu bestimmten Zeiten und Flauten in der Nacht. Im Schnitt ist jede Säule zu einem Drittel ausgelastet. D.h. es laden pro Stunde nur ein bis zwei Leute. Ach was, gehen wir ganz konservativ ran und es kommt nur jede Stunde einer pro Säule, lädt seine 12 Minuten und verschwindet dann wieder. Auslastung: 25 %. Dann kann wenigstens keiner übertriebene Zahlen unterstellen.
In der Zeit lädt der Fahrer also im Schnitt 70 kW in sein Auto. Ich setze dabei meine favorisierten 30 Cent an und komme so pro Ladevorgang auf 21 €. Jede Stunde kommt einer vorbei, also sind das am Tag im Schnitt 504 €. Das ist mein Bruttoumsatz pro Säule und damit kann meine Tankstelle pro Tag also 120 Autos bedienen.
Mit diesen 120 Autos nehme ich also 504 € x 5 = 2520 € ein. Den Strom bekomme ich aber nicht umsonst sonder kaufe ihn großhandelsmäßig für 15 Cent ein. Die Vorsteuer kann ich ziehen, so dass 12,5 Cent bleiben, die ich tatsächlich bezahlen muss. Von den 2520 € muss ich aber auch 19 % Mehrwertsteuer abführen, bleiben also nur 2117 € übrig. Ich mache also (die Rechnung hatte wir oben schonmal 10 Cent Bruttogewinn pro kWh, also insgesamt (70 kWh x 10 Cent/kWh x 5) 840 € am Tag. Davon muss ich 5 Ladesäulen unterhalten und Pacht für die 200 Quadratmeter zahlen, die ich dafür brauche. Bei 840 € x 30 Tage = 25.200 € im Monat sollte ich das wohl hinbekommen und wenn ich mich nicht ganz dämlich anstelle, bleibt auch was für mich übrig. Die 250.000 € Investitionskosten sehen plötzlich auch nicht mehr gar so übel aus.

Ich gehe davon aus, dass die Leute mit der Ladung (70 kWh) im Schnitt 300 km weit kommen. Ein durchschnittlicher Autofahrer legt in Deutschland aber nur 40 km am Tag zurück, so dass aus den 120 Leuten effektiv 900 Leute werden. Ich kann also mit meinen Ladesäulen effektiv 900 Autofahrer versorgen (ohne Engpass).

In Deutschland sind etwa 45 mio. Pkw gemeldet. In einer Stadt wie Regensburg mit 140.000 Einwohner müssten damit hochgerechnet knapp 80.000 Autos unterwegs sein. Um die alle nur via DC versorgen zu können würde ich also (80.000 / 900) knapp 90 solcher "Tankstellen" bzw. 445 DC-Ladesäulen benötigen. Klingt viel? Ist es aber gar nicht! Das ist gerade mal das 10-fache der jetzt bereits installierten AC-Ladesäulen. Also durchaus umsetzbar. Kostenpunkt: 22,3 mio. €, ungefähr 10 reguläre Tankstellen. Das ist weniger als die Anzahl der Tankstellen, die aktuell in Regensburg existieren.

So, und jetzt die Gegenrechnung mit AC:
Während DC skaliert (in meinem Beispiel 350 kW), skaliert AC nicht. Warum? Weil es teuer und schwer wird! Während man DC mehr oder weniger direkt in die Batterie prügeln kann, braucht man für AC einen Lader im Auto, der Platz weg nimmt, schwer ist und Geld kostet. Das sind 3 Gründe, die dagegen sprechen, einen AC-Lader im Auto zu verbauen, zumindest einen großen. Einen 1-Phasenlader zu verbauen, geht noch ohne Probleme. 2 Phasen wird schon deutlich teurer und bei 3 Phasen ist definitiv das Ende erreicht - und dann sprechen wir von 22 kW. Maximal. Die 43 kW des Zoe sind nett - aber funktionieren ja schon bei Renault nur mehr schlecht als recht. Und wer glaubt, dass es viele Fahrzeuge geben wird, die in Zukunft mit AC > 22 kW daherkommen werden: Ich halte 3 Hektar Pflaumenkuchen und eine Glatze dagegen! Das werden die Autohersteller schon aus Kostengründen nicht machen. Und an AC > 43 kW braucht man gar nicht erst zu denken.

Aber ich bin wieder großzügig und rechne mal damit, dass die Autos im Schnitt tatsächlich mit 11 kW AC laden können. Das ist immerhin schon deutlich mehr als die meisten Autos heute bringen.

Für unser Rechenbeispiel bedeutet das jetzt aber:

Im Schnitt fahren die Leute 40 km/Tag, müssen also bei einem angenommenen Flottenverbrauch von sparsamen 23 kWh 9,33 kWh nachladen. Täglich. Jedes Auto. Jedes Auto steht also im Schnitt 51 Minuten an einer Ladesäule. Netto.
Selbst wenn ich ganz großzügig bin und davon ausgehe, dass die Leute nach spätestens einer Stunde den Ladeplatz wieder verlassen haben und irgendwo anders parken, bedeutet das, dass ich mit einer Ladesäule höchstens ein Auto pro Stunde bedienen kann. Also schafft eine Säule im besten aller Fälle 24 Autos pro Tag. Bei 80.000 Autos brauche ich demnach 3333 Ladesäulen in der Stadt. Das ist 100 Mal so viel, wie ich aktuell habe. Und das funktioniert nur, wenn die Leute praktisch sofort nach Abschluss des Ladevorganges, den Standort wieder verlassen. Das geht - wenn wir vollautonome Fahrzeuge haben!

Hand hoch, wer glaubt, dass wir in den nächsten 15 Jahren komplett auf vollautonome Fahrzeuge umgestiegen sein werden!

Also etwas realistischer betrachtet: Wenn wir mit einer Auslastung von 50 % rechnen, also doppelt so hoch, wie bei den DC-Ladern, brauchen wir fast 7000 Lader in einer Stadt wie Regensburg, also knapp eine Ladesäule für 10 Autos. Das sehe ich nicht.
Und dann rechnen wir nochmal fix die Einnahmen dagegen: Alle 2 Stunden (50 % Auslastung) gehen also 9,33 kWh durch die Leitung. Das sind am Tag insgesamt 112 kWh. Ich rechne großzügig mit den Werten von oben weiter, habe also 10 Cent Bruttogewinn pro kWh. D.h. jede Säule macht 11,20 € Gewinn man Tag, 336 € im Monat. Abzüglich der Wartung und der ebenfalls anfallenden Pachtkosten bleibt da wohl eher nicht viel hängen. Oder?
Ach so, kaufen muss ich die Dinger ja auch noch. Die kosten zwar nicht so viel - aber bezahlt werden, wollen sie trotzdem. Das Stück kostet aktuell ab 2.500 € plus Installationskosten. Also knapp kalkuliert 3.000 €/Stück. Bei 7.000 Ladern sind das Investitionskosten von 21 mio. €. Die Zahl kommt mir verdächtig bekannt vor ...

Ich spare also bei AC kein Geld, brauche enorm viel Platz und über die Kilometer Kabel, die ich dafür verlegen muss, will ich gar nicht erst nachdenken. Die Nutzer müssen bei der Ladung viel Geduld mitbringen - und sparen tut niemand etwas dabei.

Und wisst ihr was das schöne an den DC-Stationen ist? Die sind nicht nur in meinem Beispiel rentabler als die AC-Säulen. Sie bleiben es auch, wenn wir vollautonom unterwegs sind - weil sie viel mehr Durchsatz packen.

Beitrag abgetrennt aus Allego Preisexplosion , da es eine interessante Betrachtung ist, aber etwas vom Thema abweicht.

[PowerTower]

umrath, gibt es denn in Regensburg ausschließliche Laternenparker? Mir fällt es schwer zu glauben, dass ihr keine Stellplätze, Garagen und Tiefgaragen habt. Es gibt (regional/überregional?) mittlerweile die Pflicht, bei Neubauten für entsprechende Stellplätze zu sorgen. Laternenparken wird es bei Neubauten nicht mehr geben! Und ab 2019 müssen diese Stellplätze beim Neubau mit Strom versorgt werden. Du brauchst also keine 7.000 öffentlichen AC Ladepunkte in der Stadt, weil du allein in Regensburg locker 20.000 Ladepunkte an den privaten Stellplätzen montieren kannst. Dazu kommt dann noch das Laden auf dem Firmenparkplatz wo man ja nun nachweislich auch genug Zeit dafür hat. Das sind irgendwie alles so Details die bei dir auf den ersten Blick unter den Tisch fallen.

@imievberlin, die Abrechnung nach kWh war ja beim vorherigen Tarifmodell schon integriert. Aber interessant ist das schon, dass es nun auf einmal gehen soll, zumal bei Efacec und EBG compleo. Bin ich nicht böse darüber.

[umrath]

Regensburg ist eine der ältesten Städte Deutschlands und dementsprechend ist, zumindest in der Innenstadt, eine Garage so etwas wie Goldstaub. Die Leute sind froh, wenn sie überhaupt irgendwo parken können. Es ist nicht realistisch anzunehmen, dass sich das in absehbarer Zeit ändern lässt. In der Innenstadt ist schlicht kein Platz und unterirdisch kannst du hier so gut wie nichts machen, weil du beim ersten Spatenstich eine Römersiedlung erwischst und dann erstmal monatelang gar nichts mehr tun kannst, weil die Archäologen das Gebiet besetzen.

[umrath]

Das sind irgendwie alles so Details die bei dir auf den ersten Blick unter den Tisch fallen.

Das fällt bei mir nicht unter den Tisch - das ist nicht relevant. Es würde lediglich die Anzahl der benötigten Ladesäulen senken - aber das sowohl bei AC wie auch bei DC. Unterm Strich bleibt DC wirtschaftlicher, völlig egal, ob ich 90 oder 10 Ladesäulen benötige.

[Tho]

Wirtschaftlich ist DC bisher für niemandem, weder für Betreiber noch für Nutzer.

[umrath]

DC ist noch nicht wirtschaftlich. Das wird aber kommen (s.o.)

AC ist übrigens auch nicht wirtschaftlich. Ob es das je wird, wage ich zu bezweifeln.

[eDEVIL]

Einen 1-Phasenlader zu verbauen, geht noch ohne Probleme. 2 Phasen wird schon deutlich teurer und bei 3 Phasen ist definitiv das Ende erreicht - und dann sprechen wir von 22 kW. Maximal. [/color]
Genau wie die preise der DCSäulen skalieren auch die Preise der LAdegeräte.
Zum Vergleich kannst du dir ja mal die entwicklung bei PV-wechslerichtern anschauen. mittlerweile gibt es da auch kleine Preisgünstige Geräte mit 3 Phasen. Anfangs wurde da auch 3 einpahsige Geräte in ein gehäuse gebaut.

Ein 22KW AC lader im Fahrzeug dürfte bei den üblichen Stückzahlen im automobilbereich <1k EUR kosten. Mehrpreis im Vergleich zu 3,7 kW einphasig ~500 EUR

Ach so, kaufen muss ich die Dinger ja auch noch. Die kosten zwar nicht so viel - aber bezahlt werden, wollen sie trotzdem. Das Stück kostet aktuell ab 2.500 € plus Installationskosten. Also knapp kalkuliert 3.000 €/Stück.

Die klassischen Straßenrandsäulen mit den ganzen Zusatzkosten werden sich wohl nicht in Masse durchsetzen. (Die Pervertierung davon sind diese schweineteuren Laternsäulen mit dann nur 3,7 KW)
Sowas muss man schon etwas bündeln. Auf einem mehrreihigen Parkplatz, wo man von einer Säule aus mit 5m kabeln 8 Stellplätze bedienen kann, sieht das schon wieder ganz anders aus:

nur einmal Kabel legen und dann ein 100A Zähler für diese 8 ladepunkte. Im schnitt sind das Deine 11 KW, aber mit Lastmanagement kann man dann 8x22KW anbieten.
Grundpreis installation + gehäuse 3000 EUR
Grundplatine mit TFT und Netzanbindung 1000 EUR (softwareüberwachung der fehlerströme)
pro 22 KW Ladepunkt (dose, schütz, sicherung, Kabel) 200 EUR
5600 EUR

Sagen wir 6000 EUR für 8 Ladepunkte. Wenn es nur bei diesen 8 ladepunkten bleibt, sind das dann vl. Gesamtkosten von 10000 EUR.
Wenn man 4x8 Ladepunkte macht, kommt man vlt. auf 30000 EUR

Wenn man das entsprechend gut organisiert kann ein Lebenmitteldiscounter seine Parkplätze zw. 20-8 Uhr an ladende "abgeben" d.h. nachts dort lange parken und tagsüber die normalen Shopping-Gäste. pro ladepunkt dürfte da ein Schnitt von 3kW über die tag drin sein d.h. 24 kW Durchschnittsleistung für einen 8er mit denen man dann weiter rechnen kann
Da kommen bei 10 ct MArge je kwh dann ~20000 EUR im jahr zusammen d.h. nach 2-3 jahren rechnet sich das.
Der Lebenmitteldiscounter kann das ja auch queer rechnen und rechnet Amortisation nach 5 Jahren und gibt dafür den Strom an die Kunden, die min für 20 EUR einkaufen kostenlos ab o.ä.

[Strombaer]

edevil +1

und das Ganze noch auf Tankstellen und P+R Parkplätze bei den Öffis ausdehnen

[Langsam aber stetig]

Der Einwand, dass ein wesentlicher Teil der Fahrzeuge einen festen Stellplatz mit Ladepunkt haben wird, hat auf die Rechnung nicht wirklich einen Einfluss. Dann muss man eben alle Zahlen halbieren.

Ich sehe drei Probleme in der Rechnung:

1. Ich denke, dass ein 350 kW-Lader auch bei Produktion in größeren Mengen teurer sein wird als ein 50 kW-Lader heute. Die Materialkosten sind schon nicht unerheblich, und diese werden nicht sinken.

2. Viele kleinere Fahrzeuge werden auch in Zukunft "nur" eine 40 kWh-Batterie haben. Somit sind Ladeleistungen über 120 kW für solche Fahrzeuge unwahrscheinlich. Dies macht die Rechnung unattraktiver.

3. AC-Ladepunkte werden eher günstiger sein als von Dir angenommen. Ich denke da an Parkplätze, wo es dann nur ein Bezahlterminal für 20 oder 30 Ladepunkte gibt, welche jeweils 22 kW haben (mit Lastmanagement).

Ich denke, dass sich eher AC-Säulen durchsetzen werden, da es einfach bequemer ist, dort zu laden, wo man sowieso parkt, als "tanken" zu gehen. Einige städtische "Tankstellen" mit DC-Ladern wird es auch geben, aber nicht so viele.

[mlie]

Umraths Modellrechnung ist gar nicht so schlecht und könnte 2030 oder 2040 durchaus so eintreffen. Zumindest ich für meinen Teil lebe und fahre aber bereits 2017, also werden wir um jede Menge AC-Ladepunkte die nächsten 20 Jahre brauchen.

Dem Milchmädchen müssen nur ein paar Dinge an die Hand gegeben werden:

Invest: Trafostation fehlt. Die Versorgung mit Strom ist kein großes Problem, aber halt ein ziemlicher Kostenfaktor. Würde natürlich bei der angenommenen Auslastung auch im Rauschen untergehen. Ob das innerstädtische Netz das noch aushält, wird sich zeigen, manche Netzbetreiber nähen wohl ziemlich auf Kante und könnten mit dem zusätzlichen Bedarf überfordert sein.
Und mit zunehmender Auslastung würde wohl auch die Wartung/Reparatur ansteigen.

AC-Lader: Größe ist egal, im Auto ist genug Platz. Gewicht ist bekanntermaßen praktisch vollkommen irrelevant für den Verbrauch bei Elektroautos, der cw-Wert und der Fahrer hat da deutlich größeren Einfluss. Und der Preis dürfte in 8 Jahren bei maximal 300€ für die 22kW sein, das gehört somit in jedes Auto, eben um vom Laternenparkplatz bis zum Destinationlader am Arbeitsplatz/Parkhaus/Einkaufszentrum flexibel zu sein. Alleine schon, um irgendwann mal Balancing durchzuführen.

40km am Tag - das ist reine Statistik, und Statistiken haben in der echten Welt praktisch keinen nennenswerten Wert. Leider werden Entscheidungen damit gefällt, die zwar auf dem Papier sinnvoll sind, aber vollkommen am Ziel vorbeigehen.
(Wer mit dem einen Bein im Eisschrank und dem anderen auf der Herdplatte steht, dem geht es im Mittel gut. Sagt das was aus?
Oder nach der asozialen Agenda 2010 vom Kanzler der Arbeitslosen ist -Stand heute- fast jeder in einer Beschäftigung. Klingt auf dem Papier ja gut. Leider können diese Leute von Ihrem Job nicht leben. Oder die sind nur in Umschulungen versteckt oder haben sich gar nicht mehr für ALG2 gemeldet, wegen unfähiger Sachbearbeiter. Aber beim Sozialgericht wurden jede Menge Jobs geschaffen.
Oder, um mal die 40km am Tag aufzugreifen: Ja, das mag statistisch hinkommen. Momentan hilft das aber nicht, wenn man 10 Fahrten a 5 Kilometer unter der Woche und am Wochenende 2x115km fahren muss. Damit kippt nämlich die ganze Auslastungsrechnung. Natürlich wird es viele geben, die sogar weniger als 3km am Tag fahren und damit auch locker auskommen, aber die brauchen eigentlich auch kein Auto.)

Aber grundsätzlich ist das Rechenmodell interessant. Wer in eine Stadt zieht und sich damit ja freiwillig praktisch in allen Lebensbereichen ausser beim einkaufen und surfen einschränkt, wird es nicht stören, sich für 20 Minuten irgendwo in eine Ladestelle zu stellen.

Vielleicht werden wir auch von der Technologie überholt und all diese Annahmen sind in 20 Jahren totaler Nonsens, weil es nur noch autonome Fahrzeuge gibt. Es hätte ja vor 20 Jahren auch keiner gedacht, dass man über einen gammeligen Kupferdraht nicht nur Telefonieren kann, sondern heutzutage ein weltweites Netzwerk miteinander verbindet und man sich mit dem Hosentaschensupercomputer über eine drahtlose Verbindung Webradio anhören kann...

Macht euch mal den Spaß, alles, was ihr heute anfasst oder macht - als Vorgang oder Gerät wie vor 20 oder gar 30 Jahren vorzustellen. Also ausser auf dem Klo ist ja nichts mehr so, wie es mal war...