Miljøprojekt, 1006 – Elbiler i Danmark

Elbiler i Danmark

Sammenfatning

Erfaringer med elbiler i Danmark
- en succes med børnesygdomme

En ny generation af elbiler fra de franske bilfabrikker skabte store forventninger til elbilen som et miljøvenligt transportmiddel. Langt de fleste elbilbrugere har været meget tilfredse med bilernes egenskaber, særlig i bytrafik. De fleste har kunnet tilpasse deres kørsel til bilernes begrænsede rækkevidde på 70-100 km. Men børnesygdomme, især med Ni-Cd batterierne i de først leverede biler, har påvirket det samlede indtryk af erfaringerne med elbiler i Danmark negativt. Batteriproblemerne er nu løst, men fra 2006 må Ni-Cd batterier ikke anvendes i nye biler i EU. Men nye lithium-ion batterier er på vej til elbiler. Med disse batterier vil der ikke være reelle tekniske begrænsninger i elbilernes ydeevne. Hybridbiler med både elmotor og forbrændingsmotor vinder hurtigt frem, fortrinsvis i Japan og USA. En række lande giver særlige økonomiske fordele til hybridbiler for at fremme ny innovativ teknologi.

Baggrund og formål

Stærke stigninger i oliepriserne og transportsektorens næsten totale afhængighed af olieprodukter har internationalt skabt en betydelig interesse for udvikling af alternative transportteknologier. Eldrift med batterier, hybriddrift i kombination med forbrændingsmotorer og eldrift med brændselsceller er nogle af de mest lovende teknologier. Elbiler kan blive meget energieffektive og miljøvenlige transportmidler og åbner samtidig mulighed for anvendelse af vedvarende energi i transportsektoren.

Et vigtigt formål med at satse på elbiler har også været at reducere bilernes luftforurening i storbyområderne. I Californien har myndighedernes krav til bilfabrikkerne om at markedsføre og sælge ”Zero Emissions Vehicles” (ZEV), været en drivende kraft bag bilfabrikkernes udvikling af helt eller delvis elektriske køretøjer. Kravene var i en række år udformet, så de reelt kun kunne opfyldes af elbiler med batterier eller brændselsceller.

Betingelserne for at udvikle og markedsføre elbiler på markedsmæssige vilkår i konkurrence med traditionelle biler er vanskelige. Omkostningerne ved at producere elbiler er høje, fordi bilerne og mange komponenter ikke masseproduceres. Der har desuden været behov for en teknologisk udvikling, først og fremmest af batterier med høj kapacitet og lang levetid.

Danmark var tidligt fremme med produktion og markedsføring af elkøretøjer. Produktionen af den lille ”Ellert”, som blev et af de mest solgte elkøretøjer i verden, startede i 1987, og i 1991 startede produktionen af KEWET El-Jet. For at muliggøre salg af disse køretøjer i Danmark blev elkøretøjer fritaget fra registreringsafgift og årlig vægtafgift. Begge fabrikker har dog senere måttet indstille produktionen i Danmark.

I Frankrig indgik staten, det nationale elselskab (EDF) og de store bilfabrikker i 1992 og 1995 to visionære rammeaftaler om udvikling, produktion og markedsføring af et større antal elbiler. Formålet var at tilvejebringe de nødvendige koordinerede forudsætninger og ressourcer til at opbygge et marked for elbiler i Frankrig. Baggrunden for rammeaftalerne var dels at bidrage til at løse de massive luftforurenings- og støjproblemer fra trafikken i de større franske byer, dels at ruste sig til fremtidig international miljølovgivning, herunder i Californien.

Miljøstyrelsen udsendte i 1997 en rapport om ”Perspektiver for elbiler i Danmark”, som påviste, at elbiler med en forventet realistisk teknologisk udvikling i løbet af en kortere årrække ville kunne blive et energieffektivt og miljøvenligt alternativ til benzin- og dieselbiler. Rapporten lagde op til, at udviklingen af elbilerne måtte bygge på praktiske erfaringer med dagens elbiler.

Som opfølgning på Miljøstyrelsens rapport blev i samarbejde mellem Miljøstyrelsen, Energistyrelsen, Trafikministeriet, Danmarks Tekniske Universitet og Danske Elværkers Forening etableret et Videncenter for Elbiler på DTU for en 3-årig periode med start i april 1998. Videncenteret havde til huse på DTU hos Institut for Elteknik.

Rapporten ”Elbiler i Danmark” sammenfatter og vurderer de praktiske erfaringer med elbiler i Danmark i centrets funktionsperiode fra 1998 – 2001, men inddrager også brugererfaringer fra de senere år. Hovedvægten er lagt på brugernes erfaringer med den nye generation af Citroën og Th!nk elbiler, der blev markedsført i Danmark fra 1997. Rapporten giver samtidig en status for elbilteknologien.

Undersøgelsen

Rapporten bygger primært på foreliggende materiale i Miljøstyrelsen og i VidenCenter for Elbiler, som blev indsamlet i centrets funktionsperiode. Desuden indgår bidrag fra Dansk Energi og fra en række større kommuner, der har været aktive med initiativer til fremme af elbiler.

Som en del af undersøgelsen har der efterfølgende været kontakt til en lang række offentlige og private ejere af elbiler om deres praktiske erfaringer som brugere af elbiler. I rapportens afsnit om brugererfaringer med elbiler er gengivet et repræsentativt udsnit af brugernes egne beskrivelser af deres erfaringer som pionerer med elbiler.

Rapportens afsnit om de teknologiske udviklingsperspektiver for elbiler bygger i væsentligt omfang på informationer om den internationale udvikling, som er indhentet som led i Danmarks deltagelse i samarbejdet om el- og hybridbiler under det Internationale Energi Agentur (IEA).

Rapporten er udarbejdet af civilingeniør Jørgen Horstmann i samarbejde med lektor, civilingeniør Esben Larsen, DTU.

Hovedkonklusioner

Positive brugererfaringer

Den nye generation af elbiler fra de store franske bilfabrikker skabte store forventninger til elbilen som et miljøvenligt og energieffektivt alternativ til traditionelle biler.

Næsten alle elbilbrugere har givet udtryk for stor tilfredshed med bilernes køreegenskaber, særlig i bytrafik. Det er langt mindre stressende at køre med elbil i tæt bytrafik med mange køer og hyppige stop. Accelerationsevnen for de nye elbiler er god, og bilerne følger fint med i trafikken. Det lave støjniveau inde i bilen opfattes af alle som en stor fordel.

Elbilernes begrænsede rækkevidde på 70 – 100 km på en opladning har været en kilde til usikkerhed hos nye eller potentielle elbilbrugere. De fleste brugere lærer dog hurtigt elbilens begrænsninger at kende og har kunnet indrette deres kørsel på en måde, der tager højde for begrænsningerne i rækkevidden. Næsten alle elbilbrugere har dog en længere rækkevidde som højeste prioritet for fremtidens elbiler.

Børnesygdomme

Det er de fleste brugeres erfaring, at elbilerne generelt har været velkørende og pålidelige, og at der har været færre fejl og reparationer end ved almindelige biler. Men der har også været børnesygdomme, og når der har vist sig problemer, har mange været utilfredse med værkstedernes service. Det har været vanskeligt at etablere en tilfredsstillende serviceorganisation til et meget begrænset antal elbiler fordelt i hele landet.

I de første år var der ikke problemer med nye elbilers Ni-Cd batterier. Men efterfølgende har pålideligheden ofte været skuffende og har påvirket det samlede indtryk af erfaringerne med elbiler i Danmark negativt. En dansk undersøgelse peger på, at hovedårsagen har været materialeproblemer i battericellerne. Problemerne har vist sig for de fleste Ni-Cd batterier, som blev produceret frem til 1999. I begyndelsen af 1999 blev problemet rettet, og de batterier, der er produceret senere, har ikke haft samme hyppige nedbrud.

Elbiler er blevet en succes i Norge

I Norge er anskaffelsen af elbiler kommet senere i gang end i Danmark, og man har ikke i samme omfang oplevet problemerne med den første generation af Ni-Cd batterier. De norske myndigheder har løbende gennemført en række initiativer og regler med henblik på at skabe et marked for elbiler. Dette har vist sig at øge efterspørgslen markant. Folk står nu i kø for at få lov til at købe en elbil, og Norge har på relativt få år fået den næststørste elbilpark i Europa.

Udviklingen i Norge er interessant som et praktisk eksempel på, hvorledes der kan skabes en efterspørgsel efter elbiler på markedsvilkår. Og dette er sket med den nuværende elbilteknologi, der i alt væsentligt er udviklet for 15 – 20 år siden, og derfor ikke er optimal i forhold til, hvad der i dag kan opnås med kendt teknologi.

Nye lithium-ion batterier på vej til elbiler

Lithium-ion batterier, som i flere år har været kendt i mobiltelefoner og bærbar elektronik, er nu på vej til elbiler. Der er allerede demonstreret prototyper af avancerede elbiler med lithium-ion batterier og mulighed for lynladning, som viser, at der i dag ikke er reelle tekniske begrænsninger i den ydeevne, der kan opnås med batteridrevne elbiler.

Med lithium-ion batterier og ny motorteknologi vil en 4-personers elbil i dag typisk kunne have en tophastighed på 130 km i timen, en rækkevidde på 200 –250 km på en opladning og mulighed for lynladning.

Hybridbiler vinder frem

Toyota introducerede i 1997 sin første hybridbil Toyota Prius i Japan. Det er en bil i mellemklassen, der både har en forbrændingsmotor og en elmotor. I starten af 2004 lancerede Toyota næste generation Toyota Prius II. En række lande giver særlige fordele til køberne af hybridbiler for at fremme introduktionen af ny innovativ teknologi, og alene Toyota har i dag solgt mere end 275.000 af disse biler, fortrinsvis i Japan og USA. I dag satser de fleste bilfabrikker på at udvikle og markedsføre hybridbiler.

Nye regler i Californien åbner for en udvikling af de såkaldte Plug-In hybridbiler, der har en batterikapacitet, så de kan oplades fra nettet og køre mindst 10 miles i ren eldrift. En kommende satsning på plug-in hybridbiler vil kunne betyde masseproduktion og dermed billiggørelse af nøglekomponenter som avancerede elmotorer og batterier. Dette vil samtidig muliggøre en mere konkurrencedygtig produktion af avancerede batteridrevne elbiler. Disse har en enklere konstruktion end hybridbiler og vil derfor kunne produceres billigere.

Projektresultater

Brugererfaringer

Der er i Danmark solgt ca.150 Citroën og ca. 20 Th!nk elbiler fortrinsvis i årene 1998 til 2002. 75 % af disse er købt af kommuner og elselskaber, 5 % af statslige styrelser, 15% af private firmaer og 5 % af privatpersoner. Københavns Kommune har anskaffet næsten 1/3 af disse elbiler. Der har senere vist sig et mønster, hvor private i større omfang har købt brugte elbiler.

Elbilernes begrænsede rækkevidde har været langt en kilde til usikkerhed hos nye eller potentielle elbilbrugere. De fleste brugere lærer dog hurtigt elbilens begrænsninger at kende og indretter deres kørsel på en måde, der tager højde for begrænsningerne i rækkevidde. Næsten alle elbilbrugere har dog længere rækkevidde som højeste prioritet for fremtidens elbiler.

Elbilerne har for alle brugergrupper vist sig velegnede til de opgaver, de blev anskaffet til. Private brugere har vist sig at køre væsentligt flere kilometer i elbilerne end offentlige brugere. Forskellen skyldes primært, at private ejere kan benytte elbilen i den daglige transport til og fra arbejde.

I et forsøg i samarbejde med Hvidovre Kommune blev en flåde af traditionelle biler i en periode erstattet af elbiler. Den konkrete flåde blev benyttet af hjemmeplejen i kommunen. Forsøget viste, at elbiler i mange tilfælde vil kunne erstatte benzin og dieselbiler i større flåder af servicekøretøjer.

Det er de fleste brugeres erfaring, at elbilerne generelt har været pålidelige og haft færre fejl og reparationer end almindelige biler. Men når der har vist sig problemer, har mange givet udtryk for utilfredshed med værkstedernes service. Der har været lange ventetider på reservedele, dyre reparationer og i en række tilfælde manglende ekspertise i elbilernes særlige problemer. En væsentlig årsag til den utilfredsstillende service er, at det er vanskeligt at etablere en tilfredsstillende serviceorganisation til et meget begrænset antal elbiler fordelt rundt i landet.

Batteriproblemer

I de første år var brugerne meget tilfredse med de nye elbiler med Ni-Cd batterier. Men efterfølgende har pålideligheden ofte været skuffende, og der har i mange tilfælde været egentlige batterinedbrud.

En dansk undersøgelse peger på, at hovedårsagen til de hyppige batterinedbrud er materialeproblemer i battericellerne. Disse kan bryde sammen efter en forholdsvis kort køredistance, specielt hvis bilen ikke bruges hyppigt. Problemet har vist sig for næsten alle de SAFT STM5-100 Ni-Cd batterier, som blev produceret fra midten af 1990'erne frem til 1999.

I begyndelsen af 1999 blev problemet rettet, og de batterier, der er produceret senere, har ikke haft samme problemer. En privat bruger har således nu kørt i mere end 5 år og en distance på næsten 100.000 km uden batteriproblemer.

Batteriproblemerne har påvirket det samlede indtryk af erfaringerne med elbiler i Danmark negativt. Dette er uheldigt i betragtning af, at problemerne tilsyneladende er løst, og bilerne i øvrigt er velkonstruerede og pålidelige.

Ni-Cd batterier er den batteritype, der hidtil har været tilstrækkelig robust og haft tilstrækkeligt energiindhold til brug i elbiler. Fra 2006 må Ni-Cd batterier ikke anvendes i nye biler i EU. Fokus vil derfor fremover være rettet mod nye batterityper, hvor lithium-ion batterier er de mest lovende. De har en langt større energitæthed og er mere effektive.

Elbiler i Norge

I Norge har interessen for elbiler i de senere år været stærkt stigende. Anskaffelsen af elbiler er kommet senere i gang end i Danmark, og man har ikke i samme omfang oplevet problemerne med den første generation af Ni-Cd batterier.

De norske myndigheder har løbende gennemført en række initiativer og regler med henblik på at skabe et marked for elbiler. Elbiler er generelt fritaget for moms, årlig ejerafgift og har en meget lav registreringsafgift. I Oslo-området og i andre større byer er elbiler fritaget for at betale bompenge og kan parkere gratis i byen. Der er etableret adskillige parkeringspladser med ladestandere, som er forbeholdt elbiler. Hertil kommer, at elpriserne i Norge er væsentligt lavere end f.eks. i Danmark. Senest har elbiler fået tilladelse til at benytte busbanerne, og dette har vist sig at øge efterspørgslen markant. Folk står nu i kø og er skrevet på ventelister for at få lov til at købe en elbil.

Norge har på relativt få år fået den næststørste elbilpark i Europa, kun overgået af Frankrig. Markedet i Norge er vokset i en periode, hvor der kun produceres ret få nye elbiler. Man har i vidt omfang importeret brugte elbiler primært fra Frankrig, men også en del tidligere danske elbiler kører i dag i Norge. Den dansk-udviklede KEWET-Eljet produceres og videreudvikles i dag i Norge.

Interessen for elbiler har også skabt forudsætningerne for, at der i Oslo-området er opstået en række forhandlere, der udelukkende har specialiseret sig i salg og vedligeholdelse af elbiler og derved opnået en ekspertise, som forbrugerne har tillid til.

Udviklingen i Norge er interessant som et praktisk eksempel på, hvorledes der kan skabes en efterspørgsel efter elbiler på markedsvilkår. Eksemplet viser samtidig, at det kan ske med den nuværende elbilteknologi, der i alt væsentligt er udviklet for 15 – 20 år siden. Der vil kunne opnås væsentlige forbedringer med kendt teknologi i dag.

Teknologiske udviklingsperspektiver

De californiske krav om ”Zero Emissions Vehicles” (ZEV) blev for nogle år siden efter pres fra bilfabrikkerne modificeret, så også hybridbiler og andre meget lidt forurenende biler kunne bidrage til at opnå de såkaldte ”credits”.

Dette har bidraget til, at bilfabrikkerne nu satser mere på hybridbiler og elbiler med brændselsceller.

Toyota introducerede i 1997 sin første hybridbil Toyota Prius i Japan. Det er en bil i mellemklassen, der både har en forbrændingsmotor og en elmotor. I starten af 2004 lancerede Toyota næste generation Toyota Prius II. Toyota har i dag solgt mere end 275.000 af disse biler, fortrinsvis i Japan og USA. Også Honda har solgt et betydeligt antal hybridbiler.

En række lande giver særlige fordele til køberne af hybridbiler for at fremme introduktionen af ny innovativ teknologi. I dag satser de fleste bilfabrikker på at udvikle forskellige former for hybridbiler, og mange af de store bilfabrikker som Ford, General Motors og Daimler-Chrysler vil introducere hybridbiler på markedet i 2005 og de nærmeste år. Toyota har annonceret, at man fra 2012 vil sælge hybridversioner af alle fabrikkens bilmodeller.

Hybridbiler som Toyota Prius kan nu opnå ”credit”, selv om denne ”credit” er væsentligt lavere end for en batteridrevet elbil. Men der er åbnet op for en udvikling af de såkaldte Plug-In hybridbiler, der har en batterikapacitet, så de kan oplades fra nettet og køre mindst 10 miles i ren eldrift. Den opnåede ”credit” stiger med stigende rækkevidde i eldrift. Dette kan vise sig at blive en interessant udviklingsmulighed, der løbende vil kunne finde sted i takt med udviklingen i batteriteknologien.

En satsning på plug-in hybridbiler vil kunne betyde masseproduktion og dermed billiggørelse af nøglekomponenter som avancerede elmotorer og batterier. Dette vil samtidig muliggøre en mere konkurrencedygtig produktion af avancerede batteridrevne elbiler. Disse har en langt enklere konstruktion end hybridbiler og vil derfor kunne produceres billigere.

Brændselsceller til transportformål er i dag på et tidligt udviklingstrin, og det er vanskeligt at vurdere levetid, effektivitet og fremstillingspris om 10 –15 år. Det er stadig genstand for forskning, hvorledes en elbil med brændselsceller mest hensigtsmæssigt kan udformes. Muligheden for at kunne regenerere bremseenergien taler for, at elbilen principielt vil være en batteridrevet elbil med en brændselscelle som ”range extender”. Balancen mellem batterikapacitet og brændselscellekapacitet vil afhænge af den kommende udvikling i priser, effektivitet og levetid for disse komponenter.

Det er en væsentlig problemstilling, at det samlede energiforbrug for en systemopbygning med brændselsceller, hvor brinten fremstilles ved elektrolyse, er 2 – 3 gange højere end et system, hvor elbilen forsynes fra lithium-ion batterier.

Der er allerede demonstreret prototyper af batteridrevne elbiler med avanceret teknologi, som viser, at der i dag ikke er reelle tekniske begrænsninger i den ydeevne, der kan opnås med en batteridrevne elbiler. Et eksempel på dette er Eliica-projektet, der er gennemført på Keio universitetet i Japan.

De udviklede prototyper har en meget hurtig acceleration, en tophastighed på næsten 400 km/t, en rækkevidde på 320 km ved 100 km/t og mulighed for lynladning. Ved almindelige hastigheder er energiforbruget meget lavt.

Avancerede hjulmotorer, nyeste effektelektronik og effektive lithium-ion batterier er nøglekomponenter bag denne høje ydeevne.

Principperne bag prototyperne kan benyttes til køretøjer i mange forskellige størrelser og anvendelser, fra mini-elbiler til busser eller varebiler. Principperne er velegnede til masseproduktion og vil derigennem kunne billiggøres.

Andre kilder

IEA Hybrid and Electric Vehicle Implementing Agreement: www.ieahev.org

Dansk Elbil Komité: www.danskelbilkomite.dk