Het rijbereik van batterij-elektrische voertuigen (BEV’s) is de afgelopen tien jaar gestaag toegenomen en projecties geven aan dat deze trend zich zal voortzetten. Voor een grotere actieradius is echter een grotere batterij nodig, wat een negatief effect kan hebben op het energieverbruik en kan leiden tot een toename van de uitstoot van broeikasgassen via de productie van deze accu’s. Het installeren van een grotere batterij verhoogt ook aanzienlijk de prijs van het voertuig, waardoor BEV’s voor veel consumenten minder betaalbaar worden. Is er een alternatief voor het kopen van een BEV met een zware en dure batterij doorte kiezen voor een kleinere batterij en (vaker) snelladers te gebruiken voor incidentele langeafstandsritten? Dit is wat de NGO International Council On Clean Transportation (ICCT) heeft geprobeerd dit uit te zoeken én wat de inzet is van het congres “on thE-MOVE“ op 27 maart.
De NGO International Council On Clean Transportation (ICCT) heeft een onderzoek uitgevoerd naar de impact van vier verschillende batterijformaten in hetzelfde voertuigmodel en de daaruit voortvloeiende veranderingen in oplaadstrategie, energieverbruik, broeikasgasemissies gedurende de hele levenscyclus van het voertuig, totale eigendomskosten en gebruiksgemak.
Profielen en parameters
Het onderzoek werd uitgevoerd voor drie typen generieke gebruikers:
- een pendelaar in de stad zonder oplaadpunt thuis, die gemiddeld 22 km/dag aflegt;
- een pendelaar uit het platteland met een AC-laadstation, die 34 km/dag aflegt;
- een langeafstandspendelaar met een AC-laadstation thuis, die 374 km/dag aflegt.
Er werd een compact batterij-elektrisch voertuig (BEV) ontworpen, dat lijkt op de Volkswagen ID.3, en het effect van de batterijgrootte werd geanalyseerd door vier batterijcapaciteiten te simuleren:
- 28 kWh (275 km rijbereik) ;
- 58 kWh (429 km) ;
- 87 kWh (616 km) ;
- 116 kWh (784 km).
De analyse houdt rekening met het effect van de batterijcapaciteit op de massa van het voertuig, het type opladen dat wordt gebruikt en het energieverbruik van het warmtebeheersysteem in het interieur en de batterij. Er wordt ook rekening gehouden met de jaarlijkse variabiliteit van de omgevingstemperatuur in Berlijn, Duitsland.
Deze analyse houdt echter geen rekening met het extra gewicht als gevolg van eventuele verstevigingen aan het chassis of variaties in de afmetingen van het voertuig afhankelijk van de batterij. Voor de koolstofvoetafdruk van de batterij ging de NGO ervan uit dat deze in Europa werd geproduceerd. Dit zijn de elektriciteitsprijzen die zijn gebruikt voor het opladen:
- 0,302 €/kWh AC thuisladen
- 0,49 €/kWh publiek AC-laden zonder abonnement
- 0,56 €/kWh publiek AC-laden met abonnement
- 0,59 €/kWh publiek DC public zonder abonnement
- 0,70 €/kWh publiek DC laden met abonnement
Methodologie
Om een breed scala aan batterijgroottes voor hetzelfde voertuigmodel te kunnen simuleren, wordt in de studie Simcenter Amesim simulatiesoftware van Siemens gebruikt. De gegevens van het voertuigmodel zijn afkomstig van een recent testproject van de Technische Universiteit van München (TUM) en uit de database van de Duitse automobielclub ADAC. Het model van het thermisch managementsysteem is gekalibreerd met behulp van de resultaten van een onderzoek naar het energieverbruik van elektrische voertuigen in de echte wereld, gepubliceerd door het Duitse federale milieuagentschap. Het voertuigmodel is gekalibreerd om overeen te komen met de officiële energieverbruikswaarden van de Worldwide Harmonised Light Vehicle Test Procedure (WLTP) voor het Volkswagen ID.3 referentievoertuig met een 58 kWh batterij, evenals de waarden die door consumenten zijn gerapporteerd op de website spritmonitor.de.
Energieverbruik
De simulatieresultaten, weergegeven in Figuur 1 hieronder, laten zien dat het energieverbruik toeneemt naarmate de batterijcapaciteit toeneemt, terwijl het aantal snelle oplaadstops onderweg afneemt.
Een grotere batterij verhoogt het energieverbruik voor alle gebruikers, maar alleen de langeafstandsrijder profiteert van een aanzienlijke vermindering van het aantal oplaadstops onderweg. Het gebruik van een 116 kWh batterij in plaats van een 28 kWh batterij verhoogt het energieverbruik met 13,4% tot 16,9% voor de drie bestuurderstypes.
Langeafstandsrijders hoeven per jaar 260 keer minder onderweg op te laden, of gemiddeld 0,7 keer per dag. Pendelaars in de stad en op het platteland besparen echter slechts 35 extra stops per jaar, of gemiddeld 0,14 stops per dag, door de grootte van de batterij met meer dan vier te vermenigvuldigen.
Dit komt omdat het bereik van de batterij met een lagere capaciteit het grootste deel van hun reizen dekt.
Emissions et TCO
Op basis van de resultaten van de simulatie berekende ICCT de broeikasgasemissies over de gehele levenscyclus en de totale eigendomskosten (TCO) voor een bezitsperiode van 4 jaar door de eerste eigenaar van het voertuig.
De broeikasgasemissies gedurende de levenscyclus en de totale eigendomskosten worden beïnvloed door het toegenomen energieverbruik, de toegenomen broeikasgasemissies bij de productie en de toegenomen batterijprijzen.
Zoals blijkt uit figuur 2 hieronder, verhoogt een verdubbeling van de reële actieradius van BEV’s van 250 km naar 500 km het gemiddelde jaarlijkse energieverbruik met 8 tot 10% voor de drie soorten gebruikers. Tegelijkertijd nemen de broeikasgasemissies gedurende de levenscyclus toe met 15-20%.
Relatief gezien is de emissietoename het grootst voor pendelaars in de stad wanneer de batterij wordt verdubbeld (20%). Dit is grotendeels te wijten aan de frequentere en kortere ritten van dit type gebruiker, die vaker het interieur en de batterij moet koelen of verwarmen, waardoor het energieverbruik van het thermisch beheersysteem toeneemt.
De kosten per kilometer zijn 15% hoger voor de langeafstandsrijder, ongeveer 23% hoger voor de pendelaar in de stad en 20% hoger voor de pendelaar op het platteland. Voor zowel stedelijke als landelijke pendelaars verbetert het gebruiksgemak, uitgedrukt in het aantal oplaadstops onderweg, niet op reisdagen wanneer de actieradius wordt verdubbeld. Voor langeafstandsrijders wordt gemiddeld één laadstop per reisdag vermeden.
Voor de weinige langeafstandsritten die deze bestuurders elk jaar maken, daalt het aantal laadstops onderweg van vier naar twee voor de stedelijke pendelaar en de langeafstandsrijder, terwijl deze daalt van vijf naar twee voor de landelijke pendelaar.
Conclusies en aanbevelingen
Op basis van de resultaten van het onderzoek heeft de ICCT conclusies getrokken en aanbevelingen gedaan:
Meestal levert een grotere batterij geen extra voordelen op voor pendelaars in de stad of op het platteland in de zin van vermeden snellaadstops onderweg. Snelladen langs de weg is alleen nodig voor langeafstandsritten, die in het geval van deze simulatie minder dan 2% van de dagen van het jaar uitmaken.
Voor het type gebruiker in kwestie is een kleinere batterij in combinatie met snelladen kostenefficiënter dan een grotere batterij. Ondanks de hogere elektriciteitsprijs die gepaard gaat met vaker snelladen, betekent een kleinere batterij een lager energieverbruik, een lagere aankoopprijs van het voertuig en een lagere total cost of ownership.
Het gebruik van een kleine batterij en een lager verbruik van elektrische energie zijn essentieel om de broeikasgasemissies gedurende de levenscyclus van BEV’s te verminderen. De broeikasgasemissies van BEV’s gedurende de levenscyclus nemen toe met de grootte van de batterij. Om de ecologische voetafdruk van BEV’s te verkleinen, is het essentieel om consumenten van voldoende informatie te voorzien, zodat ze het juiste batterijformaat voor hun rijprofiel kunnen kiezen.
Het energieverbruik en de actieradius van BEV’s worden sterk beïnvloed door de omgevingsomstandigheden en het gebruik van het voertuig. Door het energieverbruik van het verwarmings- en airconditioningsysteem en het thermisch beheersysteem van de batterij variëren het gemiddelde energieverbruik en de beschikbare actieradius aanzienlijk van maand tot maand. Dit effect is vooral uitgesproken voor gebruikers die vaak korte afstanden afleggen.
Terwijl de mobiliteitssector versnelt in de richting van nuluitstoot, blijft er een cruciale uitdaging over: hoe optimaliseren we energie (watt) om gewicht (kilo) efficiënt te verplaatsen? Van compacte bedrijfsvoertuigen tot personenauto’s en zware vrachtwagens, elk segment moet unieke hindernissen nemen in de overgang naar duurzame, geëlektrificeerde mobiliteit. Tijdens het congres On The Move proberen we antwoorden te geven op deze vragen. Reserveer je tickets via deze link.
#Auto