ELEKTRISCHE AUTO EN ELEKTRICITEITSVOORZIENING

SEPTEMBER 1990 ECN-I--90-036

ELEKTRISCHE AUTO EN ELEKTRICITEITSVOORZIENING A,J.M, MARTENS P.G,M. BOONEKAMP

ABSTRACT Studies on altemative energy carriers for transportation vehicles have been started recently at ECN. One of the opportunities in this respect is the electric passenger car with a lead-acid or Na-S battery. In this study the interacfion between the large scale introduction of electric passenger cars anti the public power system has heen analysed for the dutch situation in the year 20~0. The potential maximum number of electric cars has heen determined taking into account three factors: the limited r~nge with respect to driving patterns, the available capacity in the Iow voltage distribution system and the spare production capaeity in the central power system during night hours. On basis of the results the hourly loadcurve for the year 2010 has been moclified for cases with 1 to 3.6 million electric cars. With these loadcurves production simulations were carried out with two different power system configurations. One system concentrated on gas fired, the other on nuclear, power as supplement to coal plants. The mean and marginal efficiency and fuel costs of the electricity produced and the extra emissions of SO2 and NOx have been determined for each case. A comparison has heen made between the primary energy requirements, the energy costs and the total air pollution per kilometer of the electric car and a very efficient future petrol engine car. This leads to the conclusion that electric cars save primary energy, reduce national emissions of air polluting agents (except SO2) and have significant Iower energycosts per kilometer. A substantiaI part of the car~kilometers could be ’electric’ before there is a need for extra installed capacity. A large scale introduction could lead to strong positive effects for the urban air quality and could also diminish the great reliance on oil.

2

SAMENVATTING Bij het ESC van ECN is een eerste verkenning uitgevoerd naar de inpassing van eiektrische personenauto’s in de openbare elektriciteitsvoorziening bij een grootscheepse introduktie. Dit is gebeurd in het kader van een afstudeeropdracht vanuit de vakgroep Directe Energie~omzetting van de Technische Universiteit Eindhoven. Op basis van literatuuronderzoek zijn de kenmerken van de elektrische auto bepaald. Deze auto heeft in vergelijking met de conventionele auto met verbrandingsmotor een aantal onmiskenbare voordelen op het gebied van het milieu: geen uitstoot van luchtverontreinigende stoffen op leefniveau en een veel lagere geluidsproduktie. Daarentegen is de beperkte actieradius, met name met de huidige lood-accu, een belangrijk nadeel. Er is daarom ook een auto met een natrium/zwavel-accu beschouwd die een twee maal zo grote actieradius heeft. Vervolgens is op grond van drie aspecten het mogelijke aantal elektrische auto’s in 2010 bepaald: de beperkte actieradius in relatie tot de aard van het autogebruik (1 tot 4 miljoen auto’s), de beperkte belastbaarheid van het huidige laagspanningsnet (2,2 miljoen) en de beschikbare ruimte voor extra produktie in het ’nachtdal’ bij de openbare produktie (3,6 miljoen). Aan de hand van deze berekeningen zijn 5 cases gedefinieerd: 0, 1, 2, 3 en 3,6 miljoen elektrische auto’s. Voor elk van de penetratieniveaus is m.b.v, een rekenprogramma een gegeven belastingpatroon voor 2010 aangepast. Hierbij wordt rekening gehouden met de variaties, over de weekdagen en het seizoen, in de extra vraag door elektrische auto’s. De uurlijkse belasting is zodanig gecorrigeerd, dat het nachtdal elke nacht en in de weekends zo gunstig mogelijk wordt opgevuld. Bij 3,6 miljoen elektrische auto’s blijkt een nagenoeg vlak etmaalpatroon realiseerbaar. Met de verschillende aangepaste belastingpatronen is de openbare elektriciteitsproduktie gesimuleerd voor twee verschillende parken: een park met naast het kolenvermogen relatief veel gasgestookt vermogen en een park met een flinke hoeveelheid kernvermogen. De technisch-economische gegevens zijn afkomstig uit de Nationale Energie Verkenningen; de brandstofprijzen zijn gebaseerd op prijspad Midden uit 1987 van het ministerie van Economische Zaken. Uit de simu]aties blijkt dat ten gevolge van de introductie van elektrische auto’s de centrales minder behoeven te worden teruggeregeld of opgestart. Verder vindt bij een toenemende penetratie een verschuiving plaats van de produktie naar eenheden met een hoger rendement. Het gemiddelde opwekrendement neemt toe; het marginale rendement van de extra produktie ligt circa 5% hoger dan het gemiddelde. Onder andere hierdoor blijkt het beslag op primaire energie van de elektrische (stads)auto 30 à 40% lager te kunnen zijn dan dat van een zeer zuinige toekomstige benzine-auto. Indien alleen de extra brandstofkosten die gemaakt worden voor de produktie ten behoeve van de elektrische auto aan deze auto worden toegerekend, komen deze uit op circa 1,1 tot 1,4 ct/km. Als wordt uitgegaan van het huidige nachttarief van maximaal 15 ct/kWh bedragen de energiekosten voor de elektrische auto 3,6 ct/km (voor de benzine-auto bedragen deze in 2010, inclusief accijns, 12,7 ct/km). Ook is nagegaan hoe groot de vermeden uitstoot van een aantal luchtverontreinigende stoffen is, gerelateerd aan de nationale niveaus die als beleidsdoelstelling voor 2010 gelden. Als referentie is gekozen voor een zeer zuinige benzine-auto met geregelde drie-weg katalysator; aan de elektrische auto wordt de extra uitstoot bij de openbare centrales toegerekend. In het geval van 3,6 miljoen elektrische auto’s leidt dit met een kolen/gas park tot de volgende reducties: NOx 7%, CxHy 12%, CO 17% en CO2 1,5%. De

uitstoot van SO2 neemt ten gevolge van de extra produktie met kolencentrales met bijna 4% toe. ~n het geval van een park met kemenergie zijn de resultaten iets gunstiger bij NOx, $02 en CO2. Als de vermeden uitstoot vertaald wordt naar elders in de energ~evoorz~ening niet meer nodige emissiebestrijcfingskosten, komt dit heer op ongeveer 1 ct/km, gesteld dat dit ’maatschappelijk voordeel’ volledig wordt toegerekend aan de elektrische auto. Bij een ~ntegrale kostentoerekening kan het kostenvoordeel voor de gebruiker van de elektrische auto liggen tussen 700 en 1500 gld/jaar afhankelijk van het aantal auto’s, het gekozen park en het jaarkilometrage. Hiertegenover staan echter hogere aanschafkosten en mogelijk ook een hogere wegenbelasting, verzekeringspremie en bijzondere verbruiksbelasting. Verder kan opgemerkt worden dat de introductie van de elektrische auto vooral een gunstige invloed zal hebben op het zwaar belaste leefklimaat in de binnensteden. Ook bodemverontreiniging door olie~ekkage wordt volledig u~tgebannen. Een elektrische auto is echter pas werkelijk milieuvriendelijk als deze b~j de sloop recyclebaar is, met name het accupakket. Tenslotte kan geconcludeerd worden dat de elektrische auto goed past in het nationale beleid dat is gericht op energiebesparing en diversificatie van primaire-energiebronnen. In tegenstelling tot de benzineauto kan voor de elektrische auto elke pr~maire brandstof ingezet worden.

1. INLEIDING 2. UITGANGSPUNTEN 3. POTENTII~LE PENETRATIE VAN DE ELEKTRI$CHE AUTO

8 10

3.1 Mogelijke penetratie op grond van de actieradius

10

3.2 l~eperkingen vanuit het huidige distributJenet

14

3.3 Extra produktiemogelijkheden bij openbare centrales

16

3.4 Keuze penetratieniveaus voor 2010

17

4. OPLAADPATROON EN OPENBAAR PRODUKTIEPATROON

19

4.1 lnteractie op|aadpatroon en totale belastingpatroon

19

4.2 Bepaling optimale vorm op[aadpatroon

19

4.3 Infrastructuur voor het opladen van de accu’s

23

5. EFFECTEN OP DE OPENBARE ELF-KTRICITEITSPRODUKTIE

25

5.1 Extra produktie naar type vermogen

25

5,20pwekrendement bij toenemende penetratie

26

5.3 Marginale brandstofkosten per kWh

27

5.4 Extra emissies van de centrales

29

6. VERGELIJKING ELEKTRISCHE EN BENZINE-AUTO

32

6.] Beslag op primaire energie

32

6.2 Energiekosten per kilometer

32

6.3 Emissiereductie en milieuvoordeel

34

7. CONCLUSIES

36

8. LITERATUUR

38

1. INLEIDING In de huidige transportsector wordt bijna uitsluitend gebruik gemaakt van aardolieprodukten (benzine, diesel en LPG) als motorbrandstof. Op dit moment wordt onder andere omwille van het vermijden van nadalige milieu-effecten in diverse landen onderzoek gedaan naar voertuigen, die gebruik maken van alternatieve motorbrandstoffen (aardgas, methanol) of van elektriciteit. Bij ECbl zijn ook studies uitgevoerd op dit gebied [2, 3, 17]. Hierbij ligt het accent op het bekijken van de globale effecten binnen de nationale energievoorziening. In de studies wordt uitgegaan van bepaalde, op basis van literatuur, gespecificeerde altematieve opties. Momenteel vindt ook werk plaats op het gebied van de penetratie-aspecten van altematieve voertuigen. In de hier beschreven studie is gekeken naar de elektrische auto met een lood- of natrium/zwavel-accu als alternatief voor de benzine-auto. De analyse richt zich vooral op de effecten op de nederiandse energìevoorzienìng en met name de openbare elektriciteitsproduktie. Dit levert vervolgens weer informatie die van belang is bij het bepalen van de mogelijke penetratie van elektrische auto’s en het te voeren beleid. In deze studie wordt echter niet gekeken naar de introductieprobIematiek noch naar de optimale specificatie van de elektrische auto. De uitgangspunten van deze studie worden gegeven in hoofdstuk 2. In hoofdstuk 3 wordt via een aantaI wegen het potentiële aantal elektrische auto’s voor 2010 geschat. Voor elk van de gevonden penetratieniveaus worden elektriciteitsproduktiepatronen opgesteld. In hoofdstuk 4 wordt het programma beschreven om voor elke dag van het jaar een zo gunstig mogelijk patroon te bepalen voor het openbare produktiepark. Met de aldus verkregen patronen zijn een aantal simulaties uitgevoerd voor een park met, en een park zonder, kemenergie. In hoofdstuk 5 worden de resultaten gepresenteerd in de vorm van marginale rendementen van de extra elektriciteitsproduktie, de extra brandstofkosten en de extra emissies van NOx, SO2 en CO2. In hoofdstuk ô worden het primaire-energieverbruik en de energiekosten van de elektrische auto bepaald en vergeleken met die van een benzineauto. Ook wordt het effect bekeken van een grootschalige introduetie van elektrische auto’s op de landelijke uitstoot van een aantal stoffen. Afsluitend is in hoofdstuk 7 een aantal conclusies geformuleerd.

2. UITGANGSPUNTEN in dit hoofdstuk worden de uitgangspunten toegelicht betreffende de referentiesituatie (gehanteerd scenario), het gebruikte simulatiemodel, de inzet van de elektriciteitsparken en de specificaties van de elektrische auto in deze studie. Scenario Bij de berekeningen dient het geactualiseerde ’Midden’-scenario voor het zichtiaar 2010 uit de Nationale Energie Verkenningen (NEV, I1]) a~s referentiesituatie. De benaming "Midden" duidt hierbij op een bepaald niveau van de economische groei, van het energieverbruik en van de brandstofprijzen in de NEV-scenario’s. De actualisering heeft o.a. betrekking op de (elektriciteits-) vraag, de brandstofprijzen en het aanpassen van de openbare elektriciteitsproduktieparken aan het ElektriciteitspIan 1989-1998. Het finale elektriciteitsverbruik neemt in het geactualiseerde scenario [ 191 toe van 220 PJ in 1985 tot 345 PJ in 2010. De brandstofprijzen zijn conform een notitie over prijspaden van het ministerie van Economische Zaken uit 1987 [211. Elektriclteitspark De gepresenteerde berekeningen hebben betrekking op de openbare elektriciteitsvoorziening, dat wil zeggen exclusief het elektriciteitsverbruik van eindverbruikers dat gedekt wordt door eigen produktie met behulp van warmte/kracht- en total-energy installaties. Twee varianten betreffende de samenstelIing van het openbare produktiepark worden bekeken: een kolen/gas en een kern/kolen/gas variant. Om een indruk te krijgen van de samensteIIing van de twee parken is in tabeI 2.I van beide varianten het opgeste~de vermogen per type weergegeven. Tabel2.10pgesteld openbaar vermogen per type in 2010 (MWe) ~Type Kern Poederkool KV-steg Gas conventioneel Hoogovengas Noors gas** Steg Wind Waterkracht Brandstofcel Stadverwarming Vuilverbrandig Gasturbine Totaal

Kolen/gas

Kern

75* 3227 3600 362 360 4800 3000 2475 93 500 1111 552 1100

6575 3227 1200 362 360 1800 2750 2475 93 500 1111 552 2100

21255

23105

* gimporteerde elektriciteit, opgewekt met kerncentrales ** STEG-eenheid met als brandstof aardgas maar met kolen-kwh-kosten Simulatiemodel In deze studie is gebruik gemaakt van een produktiesimulatiemodel dat bij een gegeven elektriciteitspark, belastingpatroon en inzetstrategie de uurlijkse elektriciteitsproduktie gedurende de periode van een jaar simuleert. Aan de hand van deze simulatieresultaten

8

kan inzicht verkregen worden in onder andere de bedrijfstijd, het brandstofverbruik en de uitstoot van SO2 en NOx van de diverse centrales. Voor een meer uitgebreide beschrijving wordt verwezen naar [20]. Inzetstrategie Bij de simulaties worden de verschillende typen eenheden in een van te voren vastgelegde volgorde ingezet bij een toename van de belasting. Bij een afname geldt de omgekeerde volgorde voor het uit bedrijf nemen van de eenheden. Voor beide parkvarianten is dezelfde inzetstrategie gehanteerd. Deze is in beginsel gebaseerd op de hoogte van de variabele kosten, d.w.z, de kosten van de gebruikte brandstof en het rendement. Bepaalde typen vermogen worden echter om andere redenen vooraan gezet in de inzetranglijst, b.v. vanwege het moeten volgen van de warmtevraag bij stadsverwarmingseenheden. Elektrische auto Hoewel de elektrische auto reeds 100 jaar oud is, valt er met name de laatste jaren een sterke vooruitgang in de ontwikkeIing van een dergelijk type auto te constateren. Uit de publikaties (o.a. [18]) b~ijkt dat er een grote spreiding is in de specificaties van deze auto’s. Belangrijke verschillen hierbij zijn de aard en prestaties van het opslagsysteem voor elektriciteit. In deze studie wordt onderscheid gemaakt tussen een lage-energiedichtheiden een hoge-energiedichtheid accu, respectievelijk een loodzuur-accu en een natrium/zwavel-accu. De actieradius van een elektrische auto uitgerust met een pakket loodzuur-accu’s bedraagt ongeveer 100 km, terwijl de actieradius van een auto met natrium/zwavel-accu’s we~ 200 km bedraagt. In tabel 2.2 is het geschatte eIektriciteitsverbruik weergegeven, voor 1990 en 2000, van de VW Cityströmer, de elektrische uitvoering van een zogenaamde middenklasser, een VW Golf ([2]). In alle gevallen is recuperatief remmen verondersteid; ruim de heIft van de remenergie wordt weer omgezet in elektriciteit. Tabel 2.2 Elektriciteitsverbruik VW Cityströmer (excl. netverliezen) in Wh/km Jaar

Lood-accu

1990 2000

254 238

Na~~ium/zwavel-accu 210 197

In de periode 2000-2010 mag een verdere verbetering van het rendement worden verondersteld. Een elektriciteitsvraag van 225 Wh/km (iood-accu) en van 190 Wh/km (natrium/zwavel-accu) als gemiddelde waarde voor elektrische auto’s lijkt realistisch voor 2010. Als wordt uitgegaan van netverliezen ter grootte van 8% van de afgenomen hoeveelheid kWh komt de benodigde elektriciteitsproduktie voor de elektrische auto uit op 243 Wh/km (lood-accu) of 205 Wh/km (natrium/zwavel-accu).

9

3. POTENTI~LE PENETRATIE VAN DE ELEKTRISCHE AUTO De mogelijke penetratie van de elektrische auto in 2010 is bepaald op grond van drie de beperkte actieradius van de e]ektrische auto de beperkte beiastbaarheid van het huidige eIektriciteitsdistributienet de beperkte mogelijkheden voor extra produktie bij een openbaar park indien geen uitbreiding van het opgeste]d vermogen plaatsvindt

3.1 Mogelijke penetratie op grond van de actieradius Eén van de beperkingen van de elektrische auto is gelegen in de actieradius, die een stuk kleiner is dan die van de huidige personenauto met een volle brandstoftank. Zo heeft de elektrische auto die gebruik maakt van lood-accu’s een actieradius van ongeveer 100 km. Op dit moment wordt intensief gewerkt aan de ontwikkeling van andere typen accu’s waarvan de energiedichtheid (Wh/kg) een factor 2 tot 4 hoger zou liggen dan bij de lood-accu. Welke soort accu het meest geschikt zal blijken voor elektrische personenauto’s valt nu nog niet te zeggen, de nieuwe accu-concepten hebben alle voor- en nadelen [3]. Omdat momenteel van de natrium/zwavel-accu de meeste gegevens bekend zijn wordt dit type hier gebruikt als een alternatief voor de lood-accu bij berekeningen betreffende de mogelijkheden van een elektrische auto. Een elektrische auto uitgerust met een natrium/zwavel-accu zal een actieradius van ongeveer 200 km hebben. Er wordt in deze studie steeds uitgegaan van elektrische auto’s met daarin een vast aeeupakket dat via het stopcontact wordt opgeladen. Een alternatief met verwisse]bare accupakketten, waardoor het probleem van de beperkte actieradius min of meer verdwijnt, wordt voorhands niet beschouwd. Bij het bepalen van de potentiële markt zijn drie benaderingen gevolgd: ~[. de huishoudens met meer dan één auto waar voor één auto een elektrische gekozen kan worden 2. het aantal auto’s met een geschikt jaarkilometrage 3. met de auto afgelegde woon/werk-fitten over afstanden van minder dan 20 (lood-accu) of 50 km (nathum/zwavel-accu) Deze drie criterìa worden onafhankelijk van elkaar beschouwd. Huishoudens met twee of meer auto’s In huishoudens met twee of meer auto’s zal in bijna alle gevallen de tweede auto een elektrische auto kunnen zijn. Zelfs als met elke auto naar het werk gereden wordt, mag aangenomen worden dat slechts één persoon meer dan 40 km van het werk woont, zodat het huishouden aan één auto met verbrandingsmotor genoeg heeft. Vaak fungeert een tweede auto als ’boodschappen-auto’, en deze wordt derhaIve vooral in de stad gebruikt. Met name het vervangen van deze zogenaamde ’tweede auto’s’ door elektrische auto’s zal een positief effect op het leefmilieu in de stad hebben. In 1988 bleek ] 3,4% van het aantal huishoudens (5,5 miljoen) in het bezit van twee of meer auto’s te zijn, wat neerkomt op een markt van circa 650.000 auto’s I4]. Uit [5] blijkt dat het bezit van meerdere auto’s per huishouden de laatste jaren sterk is toegenomen: in 1986 was dit 10,9%, en in 1987 12,7%. Verondersteld wordt dat in 2010 minimaal 15% van het aantal huishoudens in het bezit zal zijn van twee of meer auto’s. Het genoemde percentage

10

van 15% is niet in strijd met het Nationaal Milieubeleidsplan (NMP); het NMP heeft zich namelijk ten doel gesteld om door verhoging van de variabele kosten vooral het autogebruik terug te dringen en niet zozeer het autobezit [6]. Volgens [7] zullen er in 201Ò circa 6,5 miljoen huishoudens zijn; dit zou dus een markt van ongeveer 1 miljoen elektrische auto’s betekenen. Auto’s met een geschikt jaarkilometrage Het jaarkilometrage van een auto kan ook een indicatie geven omtrent het potentië/e marktaandeel van de elektrische auto. De opbouw van het autopark naar jaarkilometrage was volgens [4] in 1988 zoals geschetst in figuur 3.1.

< 5.000 km (4.9%) 5.000 - 10.000 km > 20.000 km

(16.5%)

(32.2%)

10.000 - 15.000 km (29.1%)

15.000 - 20.000 km (17.3%)

Figuur 3.10pbouw autopark naarjaarki[ometrage in 1988 Technisch gezien zou een elektrische auto 36.000 (lood-accu, 100 km actieradius) tot 72.000 km (natrium/zwaveI-accu, 200 km) per jaar kunnen afleggen. Dit is aanzienlijk meer dan het huidige gemiddelde van ongeveer 15.000 per jaar voor het totale autopark. In principe zou het mogelijk moeten zijn de auto’s met een jaarkilometrage tot 20.000 km (55 km/dag) te vervangen door e]ektrische auto’s. In dat geval zou maximaal twee-derde van het park voor vervanging in aanmerking komen[ In werkelijkheid geldt als beperkende voorwaarde dat de totale ritlengte per dag nooit langer mag zijn dan 200 km (of ] 00 km bij de lood-accu). De kans op het voorkomen van te lange ritlengten zal afnemen bij lagere jaarkilometrages. Van de 50% van het park met minder dan 15000 km/jaar (41 km/dag) zal dus al een groter deel in aanmerking komen en van de 20% auto’s met minder dan ~10.000 km (27 km/dag) zal een nog groter deel aan deze eis voldoen (De auto’s met een lager kilometrage zullen ook relatief meer in de stad rijden).

11

Ten gevoIge van het ontmoedigen van het autogebruik, zoals het NMP zich o.a. ten doel stelt, zal het gemiddelde jaarki~ometrage per auto waarschijnlijk afnemen. Het potentiële marktaandeeI van de elektrische auto zou daardoor dus toe kunnen nemen, l~ier wordt verondersteld dat in 2010 ten gevolge van het ontmoedigen van het autogebruik het aandeel auto’s met een jaarkilometrage van minder dan 10.000 km 25 i.p.v. 20% zal bedragen. Het aandee! auto’s met minder dan 15.000 km/jaar zou tot 55% (i.p.v. 50%) kunnen stijgen, dat met minder dan 20.000 km gelijkbhjven (67%). Bij een autopark in 2010 van in totaal 7,9 min auto’s volgens [8] komt dit neer op 2,0 resp. 4,3 resp. 5,2 min auto’s.

Een belangrijke factor voor het werkelijk te realiseren potentieel is het gebruik van de auto voor vakanties in het buitenland. Ruim de helft van aIle vakanties wordt doorgebracht in het buitenland (1988: 57%). Hiervan wordt ongeveer 70% zomers besteed, waarbij in 2/3 van de gevallen de eigen auto wordt gebruikt. Dit komt erop heer dat in maximaal 37% van aIle vakanties een auto met brandstofmotor nodig zou zijn (veronderstellend dat bij wintervakanties relatief minder gebruik wordt gemaakt van de auto). Voor het bepalen van het aantal particuliere auto’s dat per jaar één of meerdere keren voor vakantie over de grens wordt meegenomen zijn aanvullende veronderstel~ingen nodig. Deze betreffen het aantal huishoudens met een auto, die niet op vakantie gaan en de huishoudens die meer malen per jaar op vakantie gaan. Bij de laatsten is van belang de combinatie van een binnen- en buitenIandse vakantie en de combinatie van vakanties met de auto of anderszins. Voor de toekomst moet enerzijds rekening worden gehouden met een toenemend autobezit en anderziids met vergrijzing en wijzigingen in de vakantie keuze (buiten europa, meer korte binnen~andse vakanties). Als globaie schatting wordt hier aangenomen dat 50% van de auto’s één of meerder malen per jaar gebruikt zal worden voor een buitenIandse (europese) vakantie. Dit komt heer op 4 miljoen auto’s waarbij niet tot vervanging door een elektrische auto besloten wordt tenzij b.v. een aantrekkelijk systeem voor huurauto’s op motorbrandstof wordt opgezet. Rekening houdend met al deze factoren zou het potentieel op basis van de jaarkiIometrages globaal geschat kunnen worden op 2 tot 4 min elektrische auto’s in 2010. Woon/werk-afstand kleiner dan 20 of 50 km Een belangrijk gedeelte van de verkeersproblematiek wordt gevormd door de dagelijkse woon/werk verplaatsingen. Gekeken is naar het potentiële marktaandeel van de eIektrische auto bij het woon/werk verkeer in twee gevallen: woon/werk afstand 20 km met een lood-accu woon/werk afstand 50 km met een natrium/zwavel-accu. Er is gekozen voor deze woon/werk-afstanden omdat er dan nog voldoende actieradius over blijft voor andere verplaatsingen (o.a. visite, logeren). Verder is onderscheid gemaakt tussen verplaatsingen in stedelijke en in niet-stedelijk gebieden in verband met de nogal verschillende milieu-effecten. Er zijn voor elk van deze gevallen drie berekeningen uitgevoerd: a. stand van zaken in 1984 b. trendscenario 2010 c. ’NMP’-variant op trendscenario 2010 Allereerst worden de scenario’s b en c toegelicht. Trendseenario 2010 Dit scenario is gebaseerd op het zogenaamde Midden-scenario van het CPB [8], zoals reeds beschreven in hoofdstuk 2. De bevolkingssamenstelling, economische groei, en groei en samenstelling van de arbeidsbevolking leiden in dit scenario tot een sterke toename van

12

het personenkilometrage, namelijk met ca. 60%. Daarbij zal het autobezit fors groeien van 4,4 in 1984 tot 7,9 miljoen personenauto’s in 2010. Hieraan liggen echter wel een aantal veronderstellingen ten grondslag, namelijk:

de auto en met name de ’tweede auto’ blijven in de toekomst een even begeerlijk bezit als in de afgelopen jaren; er zullen geen ruimtelijke beperkingen zijn d.w.z, het autobezit wordt niet geremd door congestie op wegen en beperkte parkeergelegenheid in de steden; er zullen geen drastische kostenstijgingen van de auto optreden; de overheid zal het autogebruik niet sterk afremmen; substitutie van met name zakelijk autoverkeer door allerlei vormen van telecommunicatie zal niet van substantiële aard zijn. ’NMP’.variant op trendscenario 2010 De mogelijke invloed van het Nationaal Milieubeleidsplan (NMP) op het trendscenario in 2010 is bekeken. In het NMP [6] zijn een aantal doelstellingen geformuleerd aangaande het woon/werk verkeer Er is hier bü de berekeningen aangenomen dat ten gevolge van maatregelen die genomen worden in het kader van het NMP het aantal woon/werk verplaatsingen per jaar met de auto zal dalen tot de in tabel 3.1 gegeven percentages ten opzichte van het trendscenario. Tabel 3.1 Reductie woon/werk verplaatsingen in da NMP-variant ten opzichte van het trandscenario (eigen schatting) Woon/werk afstand

Stedelijk gebied

Niet-stedelijk gebied

75% 50% 30%

75% 40% 20%

< 5 km 5 - 20 km 20 - 50 km

De berekeningen leiden tot de in tabel 3.2 vermelde aanttllen elektrische auto’s in de drie genoemde scenario’s (tussen haakjes is het percentage aangegeven). (Zie ook figuur 3.2). Tabel 3.2 Potentiële aantallen elektrische auto’s in woon/werk verkeer (mln)

actief autopark*

1984

2010 Trend

2010 NMP

4,4 (100)

7,9 (1Ô0)

7,1 (I00)

lood-accu (w/w ~ 20 km) totaal stedelijke gebieden niet-stedelijke gebieden

2,2 (28) 0,7 (16) 0,5 (12)

2,5 (32) 1,4 (18) 1,1 (14)

0,9 (13) 0,5 (7) 0,4 (6)

natrium/zwavel-accu (w/w < 50 km) totaal stedelijke gebieden niet-stedelijke gebieden

1,6 (37) 1,0 (22) 0,6 (15)

3,2 (40) 1,9 (23) 1,3 (17)

1,3 (18) 0,7 (10) 0,6 (8)

Het actief park is het aantal auto’s waaraan een ke~teken deel III is afgegeven (d.i. het ’administratief park’) minus het aantal auto’s dat na afgifte van het kenteken deel III is gesloopt zonder dat dit bij de Rijksdienst voor het Wegverkeer is aangemeld en minus het aantal auto’s dat tot de handelsvoorraad behoort. In 1996 is het verschil tussen het administratief park en het actief park geschat op ongeveer 300.000 ~uto’s [12],

13

8 7

2

1984

201 O-trend

actief autopark

2010-NMP

~ Ioedzuur-accu

[~~ natrium/zwavel-accu

Figuur3.2 Potentiële aantal elektrische auto’s in het woon/werk verkeer Het blijkt dat Jn de NMP-varJant het potentiële aantal e]ektr|sche auto’s voor woon/werk verplaatsingen afneemt ten opzichte van het trendscenario. Dit komt doordat, wanneer de gehanteerde percentages worden waargemaakt, het aantal woon/werk-verplaatsingen met de auto böna halveert: (brom)fiets en openbaar vervoer krijgen een groter aandeel in het woon/werk-verkeer.

3.2 Beperkingen vanuit het huidige distributienet Behalve de actieradius van de e]ektdsche auto kan ook de capaciteit van het el~ektdciteitsnet beperkend werken op de penetratie. In deze paragraaf wordt bekeken hoeveel e]ektrisehe auto’s tege]ijkertijd kunnen worden opgeladen zonder dat netverzwadng moet worden toegepast. Voor de levering van elektrische energie vanuit de centrales aan de verbruikers wordt gebruik gemaakt van een omvangrijk el.ektriciteitsdistributienet dat in het algemeen dee[s een transport- en deels een distributiefunctie heeft. Hi.er wordt met het distributiesysteem het net met een spanning van 10 kV en lager bedoeld. In het verleden werden distributienetten meestal ruimer gedimensioneerd dan strikt noodzakelijk werd geacht. Dit gebeurde omdat de netten i.n de loop van de tijd als gevol‘g van de toen rel.atief snel.le belastingstoename toch min of meer vanzelf ’volll.epen’. Momenteel is dit echter als gevolg van de teruggang in de groei van het e[ektriciteitsverbruik niet meer het geval. Dl‘stributienetten zullen in tegenstelling tot vroeger steeds kritischer geprojecteerd worden. Daarom zal een

sterke toename van de belasting minder gemakkelijk opgevangen kunnen worden.[9]. Dit kan gevolgen hebben voor het tegelijk op te laden aantal elektrische auto via het distributienet. Een distributJenet dat een bepaald aantal verbruikers dient te voorzien van elektrische energie, behoeft niet te worden gedimensioneerd op de som van de afzonderlijke maximale belastingwaarden van de aansluitingen, De reden hiervan is dat de maxima|e belasting bij de verschillende verbruikers op uiteenlopende tijdsfippen op zal treden. Distributie- en ook transportnetten zijn als gevolg van dit verschijnsel dan ook lichter uitgevoerd naarmate de "afstand" tot de aans|uiting groter is. Qua transportcapa¢iteit per aangesloten verbruiker is de huisaansluitkabel relatief het zwaarst uitgevoerd, terwijl bij de hoogspanningstransformator uitgegaan wordt van een veel kleinere gelijktijdige belasting per huisaansluiting [9]. Op het netspanningsniveau van 10 kV en hoger is de capaciteit ook in belangrijke mate afgestemd op het verbmik van bedrijven, Dit verbruik is in de nachtelijke uren relatief laag. De meest beperkende component in het distributiesysteem lijkt in dit geval de 10 kV/220 V nettransformator in de woonwijken. In figuur 3.3 is de belastingkromme van een gemiddelde woning in 2010 weergegeven voor een gemiddelde dag I101. Uit deze figuur blijkt dat het distributienet voor kleinverbruikers ter plaatse van de nettransformator is berekend op een gelijktijdige belasting van ongeveer 660 W. Het gearceerde oppervlak in figuur 3.3 representeert de extra hoeveelheid elektriciteit die gedurende het nachtdal van 23 tot 7 uur per aansluiting onttrokken kan worden zonder dat netverzwaring moet worden toegepast.

700

600 ~

500

...o

400 300

2O0 100

8

12

16

20

24

uren van de dag Figuur3.3 Gemiddelde belastingkromme van het elektriciteitsverbruik hij woningen in 2010

15

Uit de figuur volgt dat gedurende het nachtdal het gemiddelde beschikbare opIaadvermogen ongeveer 500 W per uur bedraagt. Als wordt uitgegaan van een oplaadtijd van 8 uur is per woning per nacht ongeveer 4 kWh beschikbaar. De mogelijke behoefte aan elektriciteit voor opladen kan als volgt bepaald worden. De aansluitwaarde per woning bedraagt 3,5 kVA (220 V, 16 A) indien er één aparte aansluitgroep voor de eIektrische auto wordt aangenomen. In eerste instantie wordt alleen gekeken naar het opladen op werkdagen, waarop aIIeen tijdens het nachtdal geladen kan worden. Per uur kan ongeveer 3 kWh worden onttrokken, wat met 8 nachtdaluren neerkomt op 24 kWh elektriciteit per nacht. Dit is precies de hoeveelheid elektriciteit die nodig is om een leeg lood-accupakket weer volledig op te laden voor een actieradius van 100 km. Dit wil zeggen dat per zes aansluitingen slechts één aansluiting (17%) gedurende elke nacht de 24 kWh aan het distributienet kan onttrekken die nodig is voor het volledig benutten van de actieradius. Met in 2010 zo’n 6,5 miljoen huishoudens zou dit dus neerkomen op maximaal 1,1 miljoen elektrische auto’s. Bij deze berekening is uitgegaan van de meest ongunstige oplaadsituatie, nl. dat alle elektrische auto’s tege|ijkertijd volledig moeten worden opgeladen voor een actieradius van 100 km. In de praktijk zal het niet zo zijn dat aI]e elektrische auto’s elke dag de accu geheel leeg rijden. Een gemiddelde afstand van 25 km per dag, ofwel 9000 km per jaar, lijkt een betere schatting gezien het huidige gemiddelde voor het gehele park van ongeveer 15000 km per jaar. In dat geval komt de te laden energie uit op 6 kWh en derhalve daalt de oplaadtijd per auto. Als het opladen gelijkmatig gespreid wordt over het nachtdal kunnen dan vier maal zo veel elektrische auto’s via het net opgeladen worden; dit zou, in deze meest gunstige situatie, neerkomen op 4,4 miljoen elektrische auto’s in 2010.

Bij de genoemde aantallen elektrische auto’s die geïntroduceerd kunnen worden zonder dat netverzwaring hoeft te worden toegepast dient opgemerkt te worden dat hierbij een uniforme verdeling van gebruikers van elektrische auto’s over het landelijk distributiesysteem is verondersteld. Het ligt echter voor de hand dat vooral voor huishoudens die in een stedelijke omgeving wonen een elektrische auto een aantrekkelijk alternatief is. Hierdoor kan een concentratie van elektrische auto’s in de steden ontstaan met als gevolg lokale netproblemen. Juist in de steden zal echter veel nieuwbouw en renovatie van woonwijken plaatsvinden. Indien dan tegelijkertijd de distributiesystemen zwaarder uitgevoerd worden kunnen mogelijke netproblemen opgevangen worden. Een tweede opmerking betreft het vertalen van een jaarkilometrage (9000 km/jaar) naar een daggemiddelde. Het is voorstelbaar dat op bepaalde dagen alle gebruikers hun accu opladen voor een aktieradius van gemiddeld mèèr dan 25 km. Oitgaande van bijvoorbeeld 50 km op bepaalde dagen halveert dan het aantal elektrische auto’s. Op basis van deze overwegingen wordt hier uitgegaan van 2,2 min op het net aan te sluiten elektrische auto’s.

3.3 Extra produktiemogelijkheden bij openbare centrales (,Iit figuur 3.3 blijkt dat de huishoudelijke be[asting’s nachts aanzienlijk lager is dan overdag. Dit geldt in iets mindere mate voor de totale belasting van alle verbruikers tesamen; van de totale belasting is het minimum tijdens de nacht ongeveer de helft van het maximum tijdens de dag, Gezien het verloop van de totale belasting (zie figuur 3,4) spreekt men van een ’dagplateau’ en een ’nachtdal’.

16

Hguur 3.4 Hoogste en langste dagbelasting van het openbare net (bmn: SEP) Om de ruimte in het nachtdal van de openbare elektriciteitsproduktie te bepalen is uitgegaan van het gemiddelde be[astingverloop van een week in 1980. De belastingwaarden zijn opgeschaald met de toename van het verbruik tot 2010 (zie hoofdstuk 2). Uil: berekeningen, die in hoofdstuk 4 nader toegelicht worden, blijkt dat bij een elektriciteitsprodukl:ie van circa 11 TWh per jaar ten behoeve van de elektrische auto het nachtdal nagenoeg gevuld is. Als wordt uitgegaan van een elektriciteitsverbruik van de elektrische auto van 243 Wh/km (lood-accu) komt dit neer op een vervoersprestatie van ongeveer 45 miljard kilometer; dit kan geïnterpreteerd worden als 3,6 miljoen elektrische auto’s met een gemiddeld jaarkilometrage van 12500 km (34 km/dag, zie hoofdstuk 4).

3.4 Keuze penetratieniveaus voor 2010 De voorgaande herekeningen leiden tot het volgende potentiële aantal elektrische auto’s in 2010: actleradìus: huishoudens met twee of meer auto’s: maximaal 1 min auto’s met een geschikt jaarkilometrage 2 - 4 min woon/werk verkeer: - loOdzuuraccu

: 2,5 min (trendscenario) 0,9 min (NMP-variant)

- natriumzwavelaccu

: 1.3 min (trendscenario) 3.2 mln (NMP-variant)

17

belastbaarheld I~uidìge dìstributienet: gemiddelde ritlengte per dag maximaal 100 km: 1,1 min (17%) gemiddelde ritlengte per dag maximaal 50 km : 2,2 min (33%) ruimte nachtdah gemiddeld jaarkilometrage 12500 km: 3,6 mln. De resultaten wijzen erop dat vooral de actieradius beperkend zou kunnen zijn voor de penetratiegraad van de elektrische auto. Indien deze problemen opgelost kunnen worden, of door nieuwe milieumaatregelen de elektrische auto toch verkozen wordt boven de brandstof versie, kan het distributiesysteem een beperkende factor gaan vormen. Dit hangt echter sterk af van de vraag of zo snel mogelijk netverzwaring wordt toegepast en de spreiding in de tijd en naar plaats van de extra elektriciteitsvraag. Pas bij een zeer forse penetratie zal de ruimte in het nachtdal van de openbare produktie beperkend werken. Wordt echter over gegaan op capaciteitsuitbreiding t.b.v, de elektrische auto dan kan met een relatief beperkte hoeveeIheid extra vermogen een verdere penetratie worden gerealiseerd (een extra 600 MWe centrale voor 1 min auto’s die 15.000 km/jaar rijden). Uit deze berekeningen zijn vier penetratievarianten gedestilleerd, die gebruikt worden in de verdere berekeningen voor het bepalen van de effecten van de elektrische auto (zie tabel 3.3). De variant ’laag’ is gebaseerd op het aantal huishoudens dat twee of meer auto’s bezit. Variant ’midden’ gaat uit van de toepassing van de natrium/zwavel-accu waarbij wordt uitgegaan van een scenario dat halverwege het trendscenario en het volledig geslaagd NMP-scenario ligt (met de een ’volledig geslaagd NMP-scenario’ wordt het resultaat bedoeld dat behaald wordt bij het bereiken van de doelstellingen zoals die in tabel 3.1 zijn geformuleerd). Met ’hoog’ wordt uitgegaan van het verwezenlijken van een hoge penetratiegraad in het trendscenario en van netverzwaring bij alle nieuwbouw of renovatie van distributienetten. De variant ’nachtdal’ is een meer speculatieve case, die simpelweg uitgaat van het penetratieniveau waarbij het nachtdal grotendeels gevuld is.

Tabel 3.3 Potentiële aantal elektrische auto’s in 2010 (mln) Case

Beperkende factor

Aantal

laag

bezit 2e auto

1,0

midden

distributienet

2,0

hoog

actieradius

3,0

nachtdal

capaciteit centrales

3,6

18

4. OPLAADPATROON EN OPENBAAR PRODUKTIEPATROON 4.1 Interactie oplaadpatroon en totale belastingpatroon Om de effecten van het gebruik van de elektrische auto op de elektriciteitsproduktie te bestuderen is niet alleen de extra vraag in kWh van belang maar ook de veranctering in het totale belastingpatroon. In deze studie is gezocht naar een zodanig opIaadpatroon van alie elektrische auto’s tesamen, dat enerzijcls elke nacht voldaan wordt aan de behoefte aan op]aden, en anderzijds het nachtdal zo gunstig mogeIijk opgevuld wordt, gezien vanuit het proc[uktiesysteem. In paragraaf 4.2 wordt de manier, waarop laadpatroon en totaal belastingpatroon zijn verkregen, beknopt toegelicht. Vervolgens wordt in de laatste paragraaf een schets gegeven van een mogelijke infrastructuur om de benodigde afstemming tussen de vele verbruikers en de producenten van elektriciteit mogelijk te maken.

4.2 Bepaling optimale vorm oplaadpatroon Het uurlijkse belastingpatroon, zoals dat in de simulaties van de uurlijkse produktie wordt gebruikt, is samengesteld uit twee deelpatronen. Het ene deelpatroon heeft dezelfde vorm als het bekende elektriciteitsproduktiepatroon van 1980. Dit patroon wordt lineair opgeschaald tot een patroon voor 2010, m.a.w, elke uurwaarde wordt vermenigvuldigd met de veronderstelde groeifactor van de openbare produktie in deze periode (openbare elektriciteitsproduktie in 1980:56,0 TWh [11] en in 2010:87,1 TWh [19]). Het op deze manier verkregen patroon is dus het produktiepatroon voor 2010 in het geval er geen elektrische auto’s g~~ntroduceerd worden: deze variant zal verder aangeduid worden met de term Het andere deelpatroon is een specifiek vraagpatroon voor de elektrische auto. Om dit laatste patroon te kunnen maken zijn vraagkarakteristieken van de elektrische auto over de periode van een jaar nodig. Met behulp van een z.g. patroongenerator [22] worden deze vraagkarakteristieken omgezet in een uur]ijks belastingpatroon voor een geheel jaar. De betreffende vraagkarakteristieken bestaan uit de volgende gegevens: uurgewichten (afzonderlijk voor zondag, werkdag, zaterdag en feestdag) daggewichten (voor elke weekdag) maandgewichten jaarverbruik uurgewichten De uurgewichten bepalen het relatieve verloop van de belasting over het etmaal. Bij het bepalen van de uurgewichten is getracht voor ieder etmaal het nachtda], bij een gegeven e]ektriciteitsbehoefte van de elektrische auto, zo gunstig mogelijk te vullen. De besiissing tot beginnen en stoppen met opladen wordt dan ook afhankelijk gesteld van het verloop van het uur]ijkse be]astingpatroon op de betreffende dag indien er geen elektrische auto zou zijn. Daarbij moet echter wel gezorgd worden dat elk op het net aangesloten accupakket’s morgens voldoende is opgeladen. Voor het historische patroon van 1980 is het belastingverloop van een gemiddelde week in figuur 4.1 weergegeven. (de getrokken lijn).

19

8

4 3 /

2 1

/ / /

/ /

zo rna di

Figuur4.1

/I / / /

I /

/ /

L ~/

/

wo do vr weekdag

/

za

fe

Gemiddelde belastingkromme van een week (1980) en ideaal oplaadpatroon

Aan de hand van dit patroon is een tweede patroon bepaald waarbij het nachtdal gevuld is (gestippe]de lijn). Door deze twee patronen van elkaar af te trekken ontstaat het "ideale" vraagpatroon van de elektrische auto voor het opvullen van het nachtdal (onderbroken lijn). De vorm van het oplaadpatroon uit figuur 4.1, voor een gemiddelde week, is nu vertaald in uurgewichten waarmee de patroongenerator het dagelijks patroon kan opstellen. daggewichtcn Bij de bepalir~g van de daggewichten is het uitgangspunt het aantal ki]ometers, dat iedere (gemidde]de) dag van de week wordt afgelegd met de auto. In [12] zijn de verplaatsingen met de auto verdeeld over een aantal verplaatsingsmotieven. In het kader van de elektrische auto is gelit op vier van deze motieven: woon/werk, visite/logeren, winkelen en ontspanning/sport. Niet alle verp]aatsingen met deze motieven kunnen vanwege de beperkte actieradius met een elektrische auto worden afgelegd. Voor de vier genoemde verplaatsingsmotieven zijn de volgende percentages aangenomen, die weergeven welk deel van het aantal verplaatsingen elektrisch kan worden uitgevoerd. woon/werk

90%

winkelen

98%

visite/logeren

90%

ontspanning/sport 90%

Deze aannames leiden tot afge]egde afstanden, met de eIektrische auto, per weekdag zoals geschetst in figuur 4.2. Hieruit kunnen de relatieve daggewichten bepaald worden.

2O

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 0

zo

rna

di

wo

do

vr

za

R woon/werk ~ visite/logeren ~ ontspanning/sport ~ winkelen

Figuur 4.2 Gemiddeld afgelegde afstand per auto per type dag maandgewichten Het bepalen van de variatie in afgelegde kilometers met de auto over een jaar is moeilijk te bepalen; het is bijvoorbeeld onduidelijk in hoeverre woon/werk verkeer en recreatief verkeer elkaar in de afzonderlijke maanden compenseren. Om enig idee omtrent deze maandelijkse variatie te krijgen is de verkeersintensiteit over een jaar bekeken [ 13]. Hierbij is de verkeersintensiteit van de provinciale wegen als dchtlijn gebruikt omdat deze meer relevant zal zijn dan die voor autosnelwegen. jaarverbruik

Het jaarlijkse elektriciteitsverbruik van de elektrische auto is bepaald voor de vier in paragraaf 3,4 genoemde varianten (1, 2, 3 en 3,6 min elektrische auto’s). Bij de berekeningen is een elektriciteitsverbruik van 243 Wh/km (incl. netverliezen) voor de elektrische auto verondersteld. Als nu het gemiddelde jaarkilometrage van de elektrische auto bekend is, kan het jaarverbruik van het bijbehorende patroon bepaald worden. Verondersteld is dat het jaarkilometrage per auto voortdurend toeneemt bij een verdere penetratie van de elektrische auto. Impliciet wordt hierbij aangenomen dat penetratie het eerst plaats vindt in gevallen waar relatief weinig kilometers worden gereden. In deze gevallen zal de actieradius niet gauw een probleem zijn en is de auto met een zeer schone brandstofmotor relatief duur. In tabel 4.1 staan de bepaalde gemiddelde kilometrages vermeld per variant. Uit deze tabel blijkt duidelök dat de extra elektriciteitsproduktie ten behoeve van elektrische auto’s niet evenredig is met het aantal auto’s, maar met het produkt van het aantal elektrische auto’s en het daarbij behorende gemiddelde jaarkilometrage.

Zoals eerder vermeld is bij de variant met 3,6 min auto’s (nachtdal gevuld) een andere benadering gevolgd. Het oplaadpatroon is zodanig vastgesteld dat het resulterende produktiepatroon geen nachtdal meer laat zien. Dit leidt tot een elektriciteitsvraag van circa 11 TWh ofwel circa 45 mld km; met gemiddeld een nog wat hoger jaarkilometrage dan bij 3 min auto’s geeft dit 3,6 mln auto’s. Tabel4.1 Jaarlijkse elektriciteitsvraag van de elektrische auto Case

Aantal elektrische auto’s [mini

laag midden hoog nachtdal

1 2 3 3,6

Gemiddeld jaarkilometrage [km]

Elektriciteitsvraag [GWh]

6000 7500 10000 12500

1467 3660 7320 10980

patroonconstructie Op basis van de eerder bepaalde vraagkarakteristieken van de elektrische auto wordt met behulp van de patroongenerator een oplaadpatroon voor een jaar geconstrueerd. Dit wordt vervolgens opgeschaald tot de jaarverbruiken behorend bij elke penetratievariant. Vervolgens wordt elk oplaadpatroon gesommeerd met het naar 2010 opgeschaalde historische patroon. Uiteindelijk wordt zo voor elke penetratievariant een belastingpatroon verkregen dat in de simulaties gebruikt kan worden. Ter illustratie is in figuur 4.3 het resulterende weekbelasöngpatroon weergegeven voor het geval 3,6 miljoen auto’s worden ingezet (variant: nachtdal gevuld). Er zijn kleine verschillen zichtbaar, tijdens het nachtdaI, met het ’opgevulde’ patroon uit figuur 4.1. Deze worden veroorzaakt door het gebruik van een gemiddeld oplaadpatroon met een vaste vorm. Door variaties in de vorm van het dagelijkse nachtdalpatroon (zonder opladen) resulteert per nacht niet steeds een volledig vlak patroon.

9 8

3 2

zo

ma

di

wo do vr za fe weekdag Figuur 4.3 Belastingpatroon bij de inzet van 3,6 miljoen elektrisch auto’s

22

in kW

laad~i|d in ~ / dag~ lOOkm ~250km

/

1 3

1,7

7

I0 (28)

0,5

2 (0.7)

2

3 tot 28

Figuur4.4 Mogelijke methoden om de accu op te laden [14]

23

1,5 tot 17, afhankell|k van de behoefte en de kosten van elektr|sche energie geopUmaliseerd.

min

4.3 Infrastructuur voor het opladen van de accu’s Bij het opstellen van de be/astingpatronen is ervan uitgegaan dat de extra belasting van de elektrische auto’s zodanig over de daluren verdeeld wordt dat het be[astingpatroon een gelijkmatiger verloop krijgt. Om deze extra belasting optimaa~ te kunnen sturen hebben de elektrieiteitsproducenten informatie nodig omtrent de grootte van de eIektriciteitsvraag en de besehikbare oplaadtijd. Om steeds over deze informatie te kunnen beschikken is een eommunicatiesysteem tussen elektriciteitsproducent en de verbruiker noodzakelijk. Mede dankzij de ontwikkelingen in de elektronica en regeltechniek behoren dergelijke communicatie-netwerken in de toekomst tot de mogelijkheden. Ter illustratie wordt hier een mogelijke opzet van een dergelijk systeem gepresenteerd. Na een rit met de elektrische auto stopt de eigenaar bij thuiskomst de stekker direkt in de wandcontactdoos. In de auto is een meetsysteem aanwezig dat bepaalt hoeveel elektriciteit nodig is om het accupakket weer vol te ]adem Ook is een zogenaamd prioriteitensysteem aanwezig, waarmee de gebruiker kan bepalen in hoeverre het noodzakelijk is dat het accupakket zo snel mogelijk wordt opgeladen. Het selecteren van een hoge prioriteit garandeert dat het accupakket gedurende de nacht volledig wordt opgeladen; bij een lagere prioriteit kan dit voor een bepaald gedeelte gebeuren. Met de alIerhoogste prioriteit zou eventueel ook overdag op werkdagen opgeladen kunnen worden; in de weekenden kan dit overdag ook met een lagere prioriteit. Per te kiezen prioriteit geldt een bepaald tarief; de tariefverschillen kunnen dienen als stuurmechanisme om ongewenste patrooneffecten te ondervangen. Indien informatie over de elektriciteitsbehoefte en de prioriteit met behulp van het communicatiesysteem overgezonden wordt kan de individuele belasting zodanig gestuurd worden dat het totale belastingverloop gelijkmatiger wordt en de distributienetten niet overbelast raken. Zo’n informatie- en sturingssysteem zou overigens ook gebruikt kunnen worden voor ander verbruik dan de elektdsche auto. Wat betreft de technische infrastructuur voor het opladen kunnen de volgende accubijlaadsystemen worden onderscheiden (zie ook figuur 4.4): 1) bijladen met behulp van een in de auto gemonteerde omzetter, die via een standaard wandcontactdoos aan het 220 V-net kan worden aangesloten; 2) versneld (geforceerd) laden met een vast opgestelde laadomzetter, aangesloten op het 380 V draaistroomnet (drie- fasen aansluiting, zoals ook gebruikelijk voor elektrisch koken); 3) omwisse]ing van het accupakket in ]aadstations met speciaal gereedschap. De laatste optie zou overigens leiden tot een andere netstructuur met een beperkt aantal "zware" verbruikspunten. Vanuit het oogpunt van sturing van de belasting is dit systeem eenvoudiger; daar staat tegenover dat met zo’n systeem waarschijnlijk relatief meer overdag zal worden opgeladen, waardoor een deel van het specifieke voordeel van de elektrisehe auto wegva]t. Deze mogelijkheid is o.a. om deze reden in deze studie niet bekeken.

24

5. EFFECTEN OP DE OPENBARE ELEKTRICITEITSPRODUKTIE Ten gevolge van een grootschalige introductie van elektrische auto’s, met de daarmee samenhangende extra elektriciteitsvraag tijdens het nachtdal, kan het belastingpatroon sterk veranderen van vorm. in dit hoofdstuk worden de gevolgen van dit gewijzigde patroon op de openbare elektriciteitsproduktie bekeken. Hierbij wordt aandacht 9eschonken aan aspecten als de verdelin9 van de extra produktie over de eenheden, het rendement van de elektriciteitsproduktie, de marginale brandstofkosten en de extra NOx-, CO2- en SO2-emissies.

5.1 Extra produktie naar type vermogen In tabel 5.1 wordt per type vermogen het aandeel in de extra produktie gegeven bij de vier penetratievarianten. Ter illustratie is ook voor de ’base-case’ (geen elektrische auto’s) de opbouw van de totale openbare produktie weergegeven. Een en ander is voor zowel een kolen/gas-park als park met kerncentrales gespecificeerd. In de kolen/gas variant wordt de extra elektriciteit vooral geleverd door kolencentrales of door gascentrales, die produceren tegen dezelfde kosten als een kolencentrale (’noors’ gas). Hoewel het aandeel van deze gasgestookte eenheden sterk afneemt bij een toenemend aantal elektrische auto’s blijven ze een groot deel van de extra produktie verzorgen. Het aandeel dat de kolencentrales voor hun rekening nemen blijkt ’onafhankelijk’ te zijn van het aantal elektrische auto’s. Opvallend hierbij is dat de verdeling van de extra produktie over de verschillende typen kolencentrales (poederkool en kv-steg) sterk afhankelijk is van het aantal elektrische auto’s: aanvankelijk nemen beide typen de helft: van de kolenbijdrage voor hun rekening; bij een toenemend aantal elektrische auto’s neemt het aandeeI van de poederkool centrales sterk toe. Ook blijkt uit de tabel dat het aandeel van de steg eenheden sterk toeneemt bij grote penetratieniveaus. In het park met kernvermogen nemen aanvankelijk de kerncentrales een groot deel van de extra produktie voor hun rekening. Bij een toenemend aantal elektrische auto’s neemt het aandeel van de kerncentrales sterk af, terwijl het aandeel van de steg eenheden sterk toeneemt, evenals in mindere mate die van poederkool eenheden. De verklaring voor dalende aandelen van een bepaald type vermogen bij toenemende penetratie moet gezocht worden in een gebrek aan extra produktiemogelijkheden. Dit zal het eerst voorkomen bij basislastvermogen met de langste marginale produktiekosten, welke in de base-case reeds relatief veel ingezet worden. Bij de hier gebruikte technischeconomische uitgangspunten geldt dit voor kerncentrales, kv-steg en ’noors’ gas centrales. De toenemende vraag s’nachts moet in toenemende mate opgevangen worden door onbenut vermogen met hogere brandstofkosten per kWh; soms zijn dit de poederkooIcentrales, soms de gasgestookte steg eenheden. Gesteld kan dus worden dat bij een grootschalige introductie van elektrische auto’s aanvankelijk de extra elektriciteitsproduktie voor het overgrote deel door goedkope basislasteenheden (kern, kolen en ’noors’ gas) wordt verzorgd. Naarmate het aantal elektrische auto’s toeneemt neemt het aandeel van de duurdere typen vermogen (steg, conventionele gascentrales) sterk toe. Deze ontwikkeling zal steeds voorkomen indien de opbouw van het park uit kostenoogpunt past bij de relatieve brandstofprijs verhoudingen.

25

Tabel 5. I Aandeel in de (extra) elektriciteitsproduktie (%) Totale produktie

Extra produktie per case hoog I nachtdal

base-case

laag

poederkool kv-steg

16,7 27,0

17,2 ]5,6

2] ,9 ]0,8

29,6 6,8

32,7 5,0

Noors gas

30,6 2,8 3,5 0,3 1,3 6,4 11,5

62,7 0,1 0,1 1,2 1,2 0,7 1,3

61,4 0,1 2,1 0,7 1,8 0,6 0,5

51,7 0,1 6,5 0,6 3,7 0,7 0,3

41,1 0,] 13,3 0,6 5,6 1,4 0,2

100,0

100,0

100,0

]00,0

100,0

kern

42,4

44,2

34,8

24,0

]7,6

poederkool kv-steg

]5,4 6,8

18,1 11,8

22,9 11,9

28,3 9,8

28,6 8,0

Noors gas o]ie/gas steg gasturbine brandstofcel stadsverwarming overig

9,4 2,6 4,9 0,8 1,4 6,2 10,3

17,8 -0,3 3,3 -0,2 2,3 0,0 3,0

19,1 -0,0 5,3 0,1 3,7 0,3 1,7

18,0 0,1 ]2,4 0,2 5,3 1,0 ],0

15,2 0,8 20,0 0,8 6,5 2,0 0,6

100,0

100,0

100,0

]00,0

100,0

midden

KOLEN/GAS

olie/gas steg gasturbine brandstofcel stadsverwarming overig Totaal KERN/KOLEN/GAS

totaai

5.20pwekrendement bij toenemende penetratie In deze paragraaf wordt bekeken in welke mate het rendement van de elektriciteitsproduktie verandert ten gevolge van het (gedeeltelijk) vullen van het nachtdaL In tabel 5.2 is voor beide parken zowel het rendement van de totale produktie als het marginale rendement van de extra produktie ten behoeve van de elektrische auto’s weergegeven.

26

Tabel 5.2 (Marginale) rendement elektriciteitsproduktie (%) Case

base laag midden hoog nachtdal

KERN/KOLEN/GAS

KOLEN/GAS totaal

marginaal

totaal

marginaal

45,3 45,4 45,5 45,6 45,7

53,3 49,9 49,7 49,4

39,1 39,1 39,2 39,5 39,7

41,1 43,3 44,7 45,4

Uit de tabel blijkt dat het totaal-rendement van de elektriciteitsproduktie iets toeneemt bij een toenemend aantal elektrische auto’s. Dit is deels een gevolg van het feit dat de eenheden minder vaak teruggeregeld of opgestart moeten worden, omdat het belastingpatroon een constanter verloop kent. Hierdoor worden opstart- en stand-by verliezen voorkomen en draaien de eenheden minder vaak op deellast met een slechter opwekrendement. Een tweede oorzaak is het relatief toenemende aandeel van efficiëntere soorten vermogen in de produktie.

Dat het marginale rendement hoger is dan het gemiddelde rendement volgt rechtstreeks uit het feit dat het gemiddelde rendement van de elektrititeitsproduktie stijgt. Uit tabel 5.2 bIijkt dat dit marginale rendement ongeveer 5 % hoger is dan het gemiddelde rendement. Het gegeven dat het kolen/gas-park een hoger rendement heeft dan het kem-park hangt samen met het feit dat het rendement van de basislast-eenheden in beide varianten varieert (kolencentrale: ca. 40 %; kemcentrale: ca. 33 %). Het is verder opvallend dat het marginale rendement bij het kolen/gas park af’neemt bij een toenemend aantal elektrische auto’s, terwijl dit rendement bij de kern variant toeneemt. Dit volgt uit de rendementen van de eenheden die ingezet worden. In de koIen/gas variant nemen de conventionele kolencentraies, die een lager rendement hebben, steeds meer van de extra produktie voor hun rekening. In het geval van het kern-park wordt de extra elektriciteit in toenemende mate door de steg-eenheden geproduceerd. Omdat de rendementen van deze steg-eenheden hoger liggen dan die van de kerncentrales neemt het marginale rendement steeds toe.

5.3 Marginale brandstofkosten per kWh De extra elektriciteitsproduktie ten behoeve van de elektrische auto’s brengt extra brandstofverbruik van de opwekeenheden met zich mee. De kosten van deze extra brandstof, de marginale brandstofkosten, hangen sterk af van het type brandstof dat aangewend wordt en de brandstofprijzen. In tabel 5.3 is de samenstelling van het marginale brandstofpakket voor beide parken weergegeven. Wederom is voor de ’base-case’ ook de opbouw van het totale brandstofpakket gegeven.

27

Tabel 5.3 Aandeel in het (extra) brandstofverbruik (%) Totaal verbruik

Extra verbruik per case

base-case

laag

midden

hoog

nachtda]

46,5 29,2 14,6 9,8

37,4 63,6

37,5 58,7 1,9 1,9

40,6 49,4 6,8 3,2

42,0 39,1 14,1 4,8

KOLEN/GAS kolen noors gas olie/gas overig totaal

1.0

100,0

100,0

100,0

100,0

100,0

49,7 21,1 13,3 7,8 8,1

52,3 26,6 14,1 5,5 1,6

42,8 32,9 15,5 6,3 2,6

30,9 37,5 15,1 12,4 4,1

23,0 36,7 13,1 22,3 4,9

100,0

100,0

100,0

100,0

100,0

KERN/KOLEN/GAS uranium kolen noors gas olie/gas overig totaal

De informatie uit deze tabel komt overeen met die van tabel 5.1 (produktie naar type vermogen). Het verschil in aandelen tussen beide tabel[en wordt voornamelijk veroorzaakt door de verschillende rendementen van elk type vermogen. Opmerkelijk is het feit dat in de kolen/gas variant bij de introductie van 1 miljoen elektrische auto’s op aardgas bespaard wordt door minder opstart- en stand-by verbruik. De berekende gemiddelde en marginale brandstofkosten staan vermeld in tabel 5.4; hierbij zijn als kosten van uranium, kolen en aardgas voor 2010 gehanteerd: uranium 2,81 gld/GJ, ko~en 5,10 gld/GJ, en gas 12,11 g]d/GJ. De prijs van ’noors’ gas behoeft enige toelichting: voor de prijs van noors gas geldt als criterium dat de totale produkgekosten van een Steg werkend op dit gas gelijk zijn aan die van een KV-steg. Omdat zowel de vaste kosten van een Steg en een KV-steg alsmede de kosten van koIen uit [21] gegeven zijn, kan aan de hand van het aantal bedrijfsuren van de Steg werkend op noors gas de zogenaamde equivalente gasprijs berekend worden. Aan de hand van de aldus bepaalde brandstofprijzen zijn de marginale brandstofkosten bepaald. (zie ook [15]). Tabel 5.4 Marg~nale brandstofkosten [ct/kWh] Par~ variajt

f

KOLEN/GAS KERN/KOLEN/GAS

Marginale kosten per case laag 3,7 3,7

midden 4,0 3,8

hoog 4,2 4,2

28

nachtda] 3,6 4,7

Gemiddelde kostenl base-case 5,5 4,5

De brandstofkosten van de totale elektriciteitsvoorziening in de base-case bedragen 5.5 en 4.5 ct/kWh voor het kolen/gas- respectievelijk het kem-park. Hieruit blijkt dat in het eerste geval de marginale brandstofkosten beduidend lager zijn dan de totale brandstofkosten. Bij het kern-park is dit verschil in kosten aanzienlijk kleiner; in het geval van de introductie van meer dan 3 miljoen elektdsche auto’s zijn de marginale brandstofkosten zelfs hoger dan de gemiddelde brandstofkosten.

5.4 Extra emissies van de centrales Ten gevolge van de extra elektriciteitsproduktie zal de milieubelasting door centrales wat toenemen. Hier wordt gekeken naar de extra NOx-, CO2 en SO2- emissias; verondersteld wordt dat de extra kolenreststoffen verantwoord verwerkt kunnen worden.

in het NMP [6] zijn emissieplafonds voor de elektriciteitssector in 2000 9eformuleerd van 40 kton/jaar voor NO× en 30 kton/jaar voor SO2. De mogelijkheid bestaat dat in 2010 lagere plafonds zullen gelden of dat de totale produktie (zonder elektrische auto) sterk afwijkt van de waarde in deze studie. Dit zou kunnen leiden tot andere emissie-coëfficiënten per type vermogen; daardoor verandert ook de extra emissie bij een bepaalde penetratie van de elektrische auto. Hier zijn de extra emissies bepaald met een zodanig gespedïficeerd park, dat in de base-case (zonder kernvermogen) globaal voldaan wordt aan de NMP-verzuringsrestrictie (NOx 42 kton en SO2 23 kton).

kton NOx 7 m KOLEN/GAS 6

~ KERN/KOLEN/GAS

5 4 3 2 1

laag

midden hoog nachtdal aantal elektrische auto’s

Figuur 5.1 Extra NOx-emissie openbare elektriciteitssector (2010)

29

In figuur 5.~ is de extra NOx-emissie van de elektriciteitssector voor zowel het kolen/gasals het kern-park weergegeven. Bij de inzet van 3,6 miljoen eIektrische auto’s neemt de NO×-emissie in het komen/gas- en het kern-park met 5,4 respectievelijk 4,7 kton toe. ~n het kolen/gas-park zullen extra maatregelen genomen moeten worden om de NOx-emissie zodanig te verjagen dat deze onder het vastgestelde plafond blijft. Bij het kernpark blijft de NO×-emissie ruimschoots onder de plafondwaarde, zelfs bij de introductie van 3,6 miljoen elektrische auto’s. Het is echter ook denkbaar dat het NOx-plafond wordt verhoogd met (een deel van) de in het verkeer vermeden NO×-emissies. in dat geval zijn geen extra bestrijdingsmaatregelen nodig (zie hoogdstuk 6). Figuur 5.2 toont de grootte van de extra SO2-emissie van de elektriciteitssector. Bij de inzet van 3,6 miljoen e~ektrische auto’s bedraagt de extra SO2-emissie 3,6 (kolenigas) en 3,2 (kern) kton. Deze extra emissie kan niet gecompenseerd worden door vermeden SO2em~ssies bij benzine-auto’s. De extra emissie leidt hier echter niet tot het overschrijden van het NMP-plafond vanwege de ’ruimte’ in de base-case.

kton SO2 5 m KOLEN/GAS ~ KERN/KOLEN/GAS

4

3 2 1

laag

midden hoog nachtdal

aantal elektrische auto’s

Figuur S.2 Extra S02-emissie openbare elektriciteitssector (2010)

3O

Tenslotte wordt in figuur 5.3 de extra CO2-emissie van de elektriciteitssector geschetst. Hierbij zijn de volgende emissie-¢oëfficiënten gebruikt: kolen 94 kg CO2/GJ, aardgas 56 kg/GJ en uranium 0 kg/GJ. Bij 3,6 min elektrische auto’s neemt de CO2-uitstoot toe met 5,5 min ton in de kolen/gas variant en met 4,7 min ton in de variant met kernvermogen.

kton C02 6000

I KOLEN/GAS

500O

~ KERN/KOLEN/GAS

4000 3000 2000 1000

laag

midden hoog nachtdal aantalelektrische auto’s

Figuur 5.3 Extra C02-emissie openbare elektriciteitssector (2010)

31

6. VERGELIJKING ELEKTRISCHE EN BENZINEAUTO Aan de hand van een aantal in hoofdstuk 5 gevonden resultaten worden h[erna energievero bruik, energiekosten en milieuvoordeel van de elektrische auto nader bekeken en vergeleken met de benzine-auto.

6.1 Beslag op primaire energie De meest geschikte vergelijkingsmaat ten aanzien van energieverbruik is het beslag op primaire energie, waarbij rekening wordt gehouden met alle verliezen in de gehele keten van winning tot eindverbruik. In beide gevallen wordt een verschillend traject afgelegd van primaire energie tot energie aan de wielen van de auto. Bij de benzine-auto wordt aardolie in een raffinaderij omgezet tot (onder andere) benzine; na distributie wordt de benzine als motorbrandstof aan de auto toegevoerd en omgezet in meehanische energie aan de wielen. Het rendement van raffinaderij en distributie wordt gesteld op 94% conform [1]. Het rendement van de benzine-auto is voor stadsverkeer in 2010 als volgt bepaald. Uit [21 blijkt dat het rendement van een benzine-auto in 1990 18% bedraagt (motor 20%, transmissie 90%). In deze studie is verondersteld dat de auto in 2010 in stadsverkeer 30% zuiniger is dan nu; hiermee komt het rendement van de benzine-auto op ruim 23%. Volgens [2l bedragen de stilstandverliezen van een benzine-auto in stadsverkeer 20%, zodat het rendement van de benzine-auto in stadsverkeer uiteindelijk weer daalt naar 19%. Voor de elektrische auto is een ander traject van toepassing: primaire energiedragers worden omgezet in de elektriciteitscentrale. De elektriciteit wordt via diverse netten naar de verbruiker gebracht, deze Iaadt er accu’s mee op waarna de elektriciteit in een elektromotor wordt omgezet in mechanische energie aan de wielen van het voertuig. Uit paragraaf 5.2 volgt dat het rendement van de elektriciteitsproduktie in 2010 45% (koIen/gas) of 40% (kern) bedraagt. Als gesteld wordt dat de netverliezen 8% bedragen dan is het rendement van ’centrale plus distributie’ 41% (kolen/gas) en 37% (kern).

Uit [2] volgt dat voor een elektrische auto een rendement van 64% verondersteld mag worden in 2000 (acculader 97%, cyclusrendement natriumzwavel-accu (incI. warmteverliezen) 78%, elektrische regeling 9g% en elektrische aandrijving 87%). Als wordt uitgegaan van een elektrische auto, uitgerust met lood-accu’s is het rendement van de auto 61% (cyciusrendement lood-accu 74%}. In dit rapport zijn ook voor 2010 deze rendementen verondersteld. Een en ander leidt tot het resultaat zoals dat is weergegeven in figuur 6.1. Hieruit blijkt dat door gebruik te maken van de elektrische auto in plaats van de benzine-auto in stadsverkeer aanzienlijk op primaire energie bespaard wordt: de reductie bedraagt circa 40% (kolen/gas) tot 30% (kern)!

6.2 Energiekosten per kilometer Aan de hand van de in paragraaf 5.3 bepaaIde marginale brandstofkosten kunnen de energiekosten van de elektrische auto uitgedrukt worden in een bedrag in et/km. Gesteld dat de gebruiker alleen de extra brandstof in centrales zou betalen dan volgt hieruit, bij een energieverbruik van 243 Wh/km, een energieprijs van 1,1 tot 1,4 et/km. De prijs van

32

benzine in 2010 bedraagt in het hier gehanteerde scenario (]16, 21]) 12,7 ct/km (incl. accijns). Aan de hand van de gemiddeide jaarkilometrages resulteert dit in een financieel voordeel voor de bezitter van de elektrische auto dat is weergegeven in tabel 6.1.

I

uraan, kolen, olie,

aardolie

gas, duurzame bronnen, afval

Raffinaderij

Centrale

÷

94%

37% 41%

Distributie

Distributie

benzine

19%

elektriciteit

Benzine auto

Elektrische

64% 61%

auto 24% 26% 23% 25%

18%

Figuur 6.1. Vergelijking rendement benzine auto en elektrische auto in stadsverkeer in 2010. Zelfs als het nachttarief berekend zou worden voor de elektriciteit die gebruikt wordt voor de elektrische auto zou de bezitter een aanzienlijk financieel voordeel genieten ten opzichte van de bezitter van een benzine-auto. Als wordt uitgegaan van het huidige maximale nachttarief van 15 ct/kWh komt dit neer op 3,6 ct/km; dit is eveneens beduidend lager dan de 12,7 ct/km voor benzine. De rijksoverheid zou echter haar inkomsten zien daIen door de weggevallen benzine-accijnsen.

Tabel 6.1 Vergelijking energiekosten per km voor2010. EIektriciteit Case laag midden hoog nachtdal

Benzine [ct/km] 12,7 12,7 12,7 12,7

KOLEN/GAS [ct/km] 1,06 1,17 1,22 1,30

33

KERN/KOLEN/GAS [ct/km]

Voordeel per auto [gld/jaar]

1,08 1,09 1,20 1,37

700 870 1150 1420

6.3 Emissiereductie en rnilieuvoordeel Omdat de elektrische auto geen uitlaatgassen uitstoot worden bij vervanging van benzineauto’s de gehele bijbehorende emissies van een aantal stoffen vermeden. Vanzelfsprekend dient hierbij gecorrigeerd te worden voor de extra emissies die optreden ten gevolge van de extra elektriciteitsproduktie. Allereerst is bekeken hoeveel een benzine-auto in 2010 uitstoot. Voor de benzine-auto is hierbij uitgegaan van twee veronderstellingen: de auto is uitgerust met een optimaal afgestelde geregelde driewegkatalysator de auto rijdt 30 % zuiniger dan nu in het stadsverkeer Op grond van deze uitgangspunten zijn de emissiefactoren voor de benzine-auto zoals in tabel 6.2 is gespecificeerd. Tabel 6.2 Emissie-coëfficiënten benzine auto in 2010 Stof

Emissie [gr/km]

NO× SO2 C×Hy CO CO~

0,5 0,001 0,6 2,4 175

Aan de hand van deze waarden is de grootte van de uitstoot bepaald die vermeden wordt door het vervangen van 1 tot 3,6 min benzine-auto’s door elektrische auto’s. Vervolgens zijn de eerder bepaalde extra emissies ten gevolge van de extra elektriciteitsproduktie hierop in mindering gebracht, resulterend in zogenaamde ’netto vermeden emissies’ (zie tabel 6.3). Ook is bekeken welk aandeeI deze netto vermeden emissies vormen van de Tabel 6.3 Nationale emissiereductie t.g.v, de introductie van elektrische auto’s

Case

NO×

SO2

CxHy

CO

[kton] [%]

[kton] [%]

[ktonl [%1 [kton] [%1

CO2

[kton] [%]

KOLEN/GAS laag midden hoog nachtdal

2,4 5,8 11,6 17,1

(1,0) (2,5) (5,0) (7,3~

-o,3 (-o,3) 2,4 (1,6) 14,3 (2,2) -0,9 (-0,9) 5,9 (4,0) 35,8 (5,~) -2,1 (-2,2) 11,9 (8,0) 71,6 (11,0) -3,6 (-3,7) 17,8 (12,0) 107,4 (16,5)

361 799 1560 2331

(0,2) (0,5) (1,0) (1,5)

591

(0,4) (0,8) (1,4) (2,0)

KERN/KOLEN/GAS laag midden hoog nachtdal

2,6 6,4 12,3 17,8

(1,1) (2,7) (5,3) (7,6)

-o,3 (-0,3)

2,4

(1,6) 14,4 (2,2)

-0,9 (-0,9) 5,9 (4,0) 35,9 (5,5) 1315 -2,1 (-2,2) 11,9 (8,0) 71,7 (11,0) 2265 -3,2 (-3,3) 17,8 (12,0) 107,5 (16,5) 3152

34

nationale emissies in 20 ] 0. Deze nationale emissies in 20 ] 0 zijn ontieend aan het NMP [6]: NOx 234 kton, SO2 97 kton, CxHy 148 kton, CO 650 kton en CO2 159.103 kton. In de tabel zijn deze percentages tussen haken weergegeven. Uit de cijfers blijkt dat de reducties van NOx, CxHy, CO en CO2 ongeveer evenredig toenemen met het aantal e]ektrische autokilometers (dus sterker toenemen dan het aantal elektrische auto’s). In het geval van de introductie van 3,6 miljoen auto’s levert dit voor het kolen/gas-park de volgende reducties op: NO× 7,3%, CxHy 12,0%, CO ]6,5% en CO2 1,5%. De NOx- en CO2-reducties zijn in het geval van het park met kemcentraIes hoger omdat in dit park minder kolen en gas aangewend worden. De SO2-emissie neemt ten gevolge van de introductie van elektrische auto’s toe; de maximale toename is 3,7% t.o.v, het nationaal niveau in de kolen/gas variant bij 3,6 min Doordat de introductie van elektrische auto’s een emissie-reductie met zich meebrengt, kan elders in de maatschappij op emissie-bestrijdings of -vermijdingstechnieken bespaard worden: op deze manier geniet de samenleving een financieel voordeel van de inzet van elektrische auto’s. Indien dit financiële voordeel geheel wordt toegerekend aan de elektrische auto kan dit zogenaamde milieuvoordeel uitgedrukt worden in ct/km. In tabel 6.4 is de grootte van dit voordeeI geschat, uitgaande van gegevens uit [23] en [241. Tabel 6.4 Geschat milieuvoordeel elektrische auto (ct/km) Park va~ant I KERN/KOLEN/GAS

KOLEN/GAS laag midden hoog nachtdal

1,1 1,0 1,0 1,0

1,3 1,2 1,2 1,1

De hier gepresenteerde berekeningen betreffende de emissies zijn bekeken in het kader van de nationale emissies. Het zal duidelijk zijn dat vooral in de binnensteden de emissiereductie relatief veel groter zal zijn waardoor het leefklimaat in de steden sterk zal verbeteren.

35

7. CONCLUSIES Het potentiële aantal elektrische auto’s in 20 f 0 ziet er op grond van drie aspecten als volgt uit: de beperkte actieradius: tussen 1 en 4 miljoen de beperkte belastbaarheid van het huidige distributienet: 2,2 miljoen de beperkte ruimte in het nachtdal: 3,6 miljoen Ten gevolge van een grootschalige introductie van elektrische auto’s, variërend van 1 tot 3,6 miljoen auto’s, neemt het rendement van de totale elektriciteitsvoorziening iets toe; het marginale rendement van de extra produktie ten behoeve van deze auto’s is ongeveer 5% hoger dan het gemiddelde rendement. Voor 2010 blijkt dat in stadsverkeer het totale energetisch rendement van de elektrische auto hoger is dan dat van een zeer zuinige benzine-auto (30% zuiniger dan heden ten dage). De besparing op primaire energie bedraagt 30 à 40%. Qua energiekosten is de elektrische auto veel goedkoper dan de benzine-auto. Indien voor de elektrische auto alleen de extra brandstofkosten die de elektriciteitsproducenten moeten maken in rekening gebracht worden, bedragen de brandstofkosten 1,1 tot 1,4 ct/km. Als wordt uitgegaan van het huidige maximale nachttarief van ]5 ct/kWh bedragen de brandstofkosten 3,6 ct/km. Voor een benzine-auto is dit in 2010, inclusief accijns, 12,7 ct/km. Grootschalige vervanging van ’schonc’ benzine-auto’s door elektrische auto’s leidt tot een verminderde emissie van NOx, CxHy, CO en CO2, ook indien gecorrigeerd wordt voor de extra emissies van de centrales. In het geval van de inzet van 3,6 miljoen auto’s zijn de volgende reducties ten opzichte van de nationale emi~sies in 2010 conform het NMP te bereiken: NO× 7%, CxHy 12%, CO 17% en CO2 ][,5% (kolen/gas variant). De emissie van SO2 neemt ten gevolge van de extra elektriciteitsproduktie met kolencentales toe met maximaal 3,7%. In de variant met kemvermogen vallen de resultaten iets gunstiger uit voor NOx, SO2 en COl. Het verschil met de kolen/gas variant blijft beperkt omdat de kemcentrales slechts een deel van de extra elektriciteitsproduktie kunnen leveren. In beide varianten kan de CO2-reductie vergroot worden door minder kolen- en meer gasvermogen op te stellen. Door extra bestrijdingsmaatregelen kunnen de SO2- en NOx-reductie eveneens hoger uitvallen. Door het financiële voordeel, dat de samenleving geniet door deze vermeden emissies, volledig toe te rekenen aan de elektrische auto, ontstaat hier een ’milieu-voordeel’ van de elektrische auto van circa 1 ct/km (60 - ] 25 gld per jaar). De lagere energiekosten per km bij een integrale doorrekening van de kosteneffecten kunnen leiden tot een kostenvoordeel voor de autogebruiker van 700 tot 1,500 gld/jaar afhankelijk van het aantal auto’s en het aantal km per jaar. Hiertegenover staan de extra aanschafkosten van de elektrische auto ten opzichte van een benzine-auto met katalysator. De wegenbelasting kan ook hoger uitvallen, vanwege het gewicht van het accupakket, evenals de BVB, die bij benzine-auto’s afhangt van de prijs.

Voor de overheidsbegroting zijn er positieve en negatieve effecten te verwachten. De inkomsten uit benzine-accijns vallen natuurlijk lager uit. Afhankelijk van de extra gasinzet bij centrales stijgen echter de aardgasbaten wat. De opbrengsten uit wegenbelasting en de BVB kunnen ook hoger uitvalIen. Verder zijn er moeilijk kwantificeerbare kostenbesparingen bij het milieu handhavingsbeleid (de elektrische auto is inherent ’schoon’). Doordat het werkgebied van de elektrische auto zich hoofdzakelijk in de steden zal bevinden, zal bij grootschalige introductie van elektrische auto’s vooral het leefklimaat in

36

de binnensteden sterk verbeteren. De maatschappelijke kostenvoordelen zijn vaak moeilijk kwantificeerbaar. Te denken valt aan minder beperkingen in de sfeer van ruimtelijke ordening (zonering) en een aantrekkelijker vestigingsk|imaat voor bedrijven. De introductie van elektrische auto’s past goed in het huidige energiebeleid dat besparing op, en diversificatie van, primaire-energiebronnen nastreeft.

37

8. LITERATUUR I1] Nationale Energie Verkenningen 1987, ESC 42, Petten, september 1987 [2] Economische- en milieu-effecten van elektrische auto’s - studie uitgevoerd in opdracht van de NOVEM, G.F. Bakema, ESC-50, oktober 1989, Petten I3I Kansen voor altematieve brandstoffen ~n het wegverkeer in Nederland tot 2020 onder invloed van oliepr~js; NO×- en CO~-plafonds, T. Kram, P.A. Okken, ESC~52, ESC Petten, november 1989 I4] Statistiek van het personenvervoer 1988, CBS, Voorburg/Heerlen, 1989 I5] Zakboek verkeers- en vervoersstatistieken 1988, CBS, Voorburg/Heerlen, 1989 [6] NationaaIMilieubeleidsplan, DenHaag, 1989 [7] Trendbreukscenario vervoer en verkeer, Th. Schoenmaker e.a., Technische Universiteit De~ft, 1988 [8] Een drietal scenario’s voor het energieverbruik van Nederland, werkdocument 10, CPB, Den Haag, 1986 [91 Openbare netten voor elektriciteitsd~str~but~e, VDEN, K~uwer Technische Boeken B.V. Deventer/Antwerpen, 1986 [101 Distributie 2010, Belastingsturing, W.J.L. Jansen, Elektrotechniek 65, 1987 II!] E~ektric~teitsp~an 1989 - !998, Amhem~ 1989 [12] Het bezit en gebruik van personenauto’s 1987, CBS, Voorburg/Heeflen, 1988 [13] Maandstatistiek Verkeer 86/8, CBS, Voorburg/Heerlen, 1986 [ 141 Wanneer komt de elektrische auto? H. Kahlen, PT/Elektrotechniek/Elektronica 39, 1984 [151 Toekomstige produktiekosten van basislasteenheden, P.G.M. Boonekamp, ESC 48, ESC Petten, jul~ 1989 [16] Effecten van lagere brandìtofprijzen op de resultaten van de NEV-scenario’s, P.G.M. Boonekamp, L. Verhagen, ESC~45, ESC Petten, september 1988 [17] Energiebesparing door elektr~sche auto’s ~n stadsverkeer, G.F. Bakema, ESC Petten, 1990, nog te verschijnen [181 COST 302 - Technical and economic conditions for the use of electric road vehicles, EUR 11115 EN, Commiss~on of the European Communities, Luxembourg, 1987 [19I Actual~ser~ng NEV-scenario’s - Effecten van lagere brandstofprijzen, elektricite~tsplan en NMP, P.G.M. Boonekamp et al., ECN-C-90-032, Petten, juli 1990 [20] Het simulatiemodel SEPU-2: algemene beschrijving, A.J.M. van W~jk, NSS~86-11, Ri~ksuniversiteit Utrecht, Utrecht, december 1986 [211 Notitie Energieprijspaden 1987 - 2010, DG Energie, Ministerie van Economische Zaken, Den Haag, november 1987 [22] Het computermodel PKS voor de constructi.e van elektricite~tsverbruikspatronen: handleiding en programmabeschr~jv~ng, R.A. van den Wijngaart en K. Blok, Nss~8715, RUU, Utrecht, december 1987 I23] Vermi.jden of bestriiden - Emissies en kosten van emissiebeperking, G.F. Bakema en P. Kroon, EXC-44, ESC, Petten, mei 1988 [241 Twee ’Laag CO2’ energiescenario’s voor Nederland, T. Kram en P. Okken, Energiespectrum, maart 1989

38