Mit dem Tesla S durch Deutschland

Kein Autotest

Bei Caro in Berlin (und ich glaube, auch in München) kann man einen Tesla S mieten. Das kostet etwa so viel wie ein Fünfer-BMW, also rund 100 € am Tag (Stand März 2015). Ich habe mir das gegönnt und bin damit zu teils beruflichen, teils privaten Zielen eine Woche lang auf einem Dreieckskurs quer durch Deutschland gefahren.

Meine Tour durch Deutschland mit dem Tesla S

Meine Tour durch Deutschland mit dem Tesla S

Das hat Spaß gemacht. Zum Teil einfach deshalb, weil der Tesla eine luxuriöse sportliche Limousine ist, wie z.B. auch besagter BMW, ein schöner Mercedes oder ein Jaguar. Normalerweise fahre ich ein weitaus bescheideneres Auto und ja – den Unterschied merkt man.

Der andere Teil ist Tesla-spezifisch. Zum einen der lautlose Antrieb. Das ist vor allem bei niedrigen Geschwindigkeiten auffallend; denn wenn man schnell fährt, produziert natürlich auch der Tesla Abroll- und Windgeräusche wie die anderen. Allerdings habe ich (mit dem iPhone) auch bei 120 km/h im Tesla nur einen Schalldruck von 55 dB(A) gemessen und bei 150 km/h lediglich 60 dB(A). Das dürfte auch in der Luxusklasse rekordverdächtig sein. Der niedrige cw-Wert des Tesla trägt sicher dazu bei, Windgeräusche gering zu halten.

Und dann diese brachiale Beschleunigung. Das ist beim Elektroauto ganz anders als beim Verbrenner, denn der Motor muss nicht erst hochdrehen und Drehmoment aufbauen. Nein, der Schub ist sofort da, wenn man das Pedal  drückt. Da wird jenseits aller Theorie spürbar, dass Elektromotoren ideale Fahrzeugantriebe sind. Man wird bald mitleidig auf die Zeit zurückblicken, in der man sich mit lahmen und lauten Verbrennungsmotoren  behelfen musste, weil die Batterien für Elektrofahrzeuge noch nicht weit genug entwickelt waren.

Über Fahrgefühl und subjektive Eindrücke haben aber andere schon besser geschrieben als ich es kann. Stattdessen soll es hier vor allem um Reichweite und Energieverbrauch des Tesla gehen.

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Darüber habe ich auf der Fahrt Buch geführt und die Ergebnisse in zwei Tabellen zusammengefasst. In der ersten Tabelle steht jede Zeile für eine Etappe zwischen zwei Ladestationen. Die beiden ersten Spalten zeigen, was mir der Tesla jeweils am Anfang und am Ende jeder Etappe als noch verbleibende „typische Reichweite“ angezeigt hat. Die Spalte dahinter ist die Differenz aus den beiden Zahlen und dahinter steht die Entfernung, die ich tatsächlich zurückgelegt habe. Daraus wurde in km und Prozent die Abweichung zwischen den Strecken errechnet, die ich laut Tesla mit der verbrauchten Energie hätte fahren können, und denen, die ich tatsächlich gefahren bin. Man sieht, dass der Tesla durchweg zu optimistisch war.

Ladepausen

Wo keine Geschwindigkeitsbegrenzung bestand, fuhr ich in der Regel mit 120 km/h, manchmal über eine kürzere Strecke auch schneller (bis 160 km/h). Die  größten Abweichungen(bis zu 19%) sind nachvollziehbarerweise da, wo ich tendenziell schneller gefahren bin, oder wo es überwiegend bergauf ging (Münster – Wilnsdorf).

Man sieht, ich habe recht häufig nachgeladen:  zum einen mangels Erfahrung mit der praktischen Reichweite des Tesla, zum anderen aus Misstrauen, ob die Supercharger wirklich alle in Betrieb sind und funktionieren. Sie waren es, sie funktionierten und fast immer war ich dort allein. Rückwärts heranfahren – Ladeklappe öffnen – Kabel einstecken – fertig. Das ist einfacher als tanken. Die Ladestopps dauerten in der Regel ca. 45 Minuten, danach waren die Akkus jedes Mal bis auf einen kleinen Rest voll.

Am Supercharger

Am Supercharger

„Ja, aber das dauert doch immer noch viel länger als Tanken!“  Das stimmt.  Andererseits: Eine Dreiviertelstunde an der Tanke Schlange stehen, wenn man dafür das Benzin umsonst kriegt? Ich glaube, die Meisten würden da nicht lange fackeln. Denn – man muss daran erinnern – der Strom an den Tesla-Superchargern ist gratis! Und man muss noch nicht einmal Schlange stehen, sondern kann gemütlich einen Kaffee trinken oder ein Schnitzel essen, während der Tesla lädt. (Die Supercharger stehen in aller Regel auf Autohöfen neben der Autobahn – das gastronomische Angebot ist entsprechend.)

Ich habe nebenbei bemerkt auf der gesamten Reise keinen Cent für Energie ausgegeben. Einmal hat mir das Mövenpick-Hotel in Münster eine Akkuladung spendiert und einmal mein Schwiegervater – den Rest hat Tesla beigesteuert.

Reichweitenangst

Zurück zur Technik. In der zweiten Tabelle ist aufgelistet, wieviel Energie auf den jeweiligen Etappen verbraucht wurde, einmal absolut in kWh (Kilowattstunden), dann in Wh/km (Wattstunden pro Kilometer). Letztere etwas ungewohnte Einheit wird auf dem Tesla-Display angezeigt. Teilt man die Zahl durch Zehn erhält man – analog zu den üblichen Verbrauchsangaben bei Verbrennern – den Wert in kWh auf 100 km. Ganz rechts auf der Tabelle steht, wie weit ich mit diesem tatsächlichen Energieverbrauch jeweils gekommen wäre, wenn ich einen randvollen Akku völlig leer gefahren hätte. Der Durchschnittswert liegt bei knapp 400 km.

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400 km sind also die tatsächliche Reichweite des Tesla S 85, wenn man mit ca. 120 km/h deutsche Autobahnen entlang fährt.  Mit einem kleinen Sicherheitspolster kann man bei der genannten Fahrweise verlässlich 350 km Reichweite einplanen.  Ein weiteres Mal wird deutlich, was für ein grotesker Unsinn der Reichweiten-„Test“ war, den die Zeitschrift „Auto Motor Sport“ (ams)  im Sommer 2014 veröffentlichte. Die Temperatur auf meiner Tour lag meist zwischen 5 °C und 10 °C,  ich musste also durchweg etwas heizen. Bei großer Hitze wird die Reichweite etwas sinken, weil die Klimaanlage viel Energie verbraucht – aber niemals so viel, wie sie das  tun müsste, wenn man „ams“ Glauben schenken würde.  Das wurde auf sehr eindrucksvolle (und sehr richtige!) Weise im Blog „Nie mehr Benzin“ vorgerechnet.

Gegen irrationale Reichweitenangst hilft auch, dass einem der Tesla kontinuierlich in einem leicht verständlichen Diagramm den aktuellen Energieverbrauch (unter Berücksichtigung aller Verbraucher) und die daraus abgeleitete Restreichweite anzeigt. So merkt man rechtzeitig, wenn es knapp wird, kann die Geschwindigkeit reduzieren, und die Reichweite verlängern. Just während ich unterwegs war, hat Tesla in dieser Hinsicht noch wesentliche Verbesserungen angekündigt.

Wirkungsgrade

Im Durchschnitt hat das Auto bei meiner Reise 21,5 Kilowattstunden auf 100 km verbraucht. Wieviel ist das eigentlich, wenn man es mit einem Verbrenner vergleicht? Das lässt sich errechnen: Ein modernes Oberklasse-Auto mit Dieselmotor, das vom Komfort mit dem Tesla vergleichbar ist – sagen wir ein BMW der Fünferreihe – verbraucht bei meiner moderaten Fahrweise vielleicht 7 l Diesel auf 100 km.

Diesel ist ein toller Energiespeicher, in einem Liter sind 10,5 kWh Energie enthalten![1]  Der Verbrenner verbraucht auf 100  km mithin 73,5 kWh Energie, also mehr als drei Mal soviel wie der Tesla! (Anders ausgedrückt: Die 85 kWh-Batterie des Tesla speichert nur etwa soviel Energie wie in 8 l Diesel enthalten ist.)

Wieso aber kommt der Tesla mit dem Äquivalent von 8 l Diesel fast 400 km weit? Nun, der Hauptgrund ist der vergleichsweise katastrophale Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors. Auch der beste Verbrenner (das ist heute ein moderner Turbodiesel) setzt kaum mehr als 40% der im Kraftstoff gespeicherten Energie in Vortrieb um. Der Rest wird als Abwärme durch den Auspuff oder über das Kühlwasser an die Luft abgegeben. Beim E-Motor ist der Wirkungsgrad mehr als doppelt so hoch, er liegt bei rund 95 %. Damit wäre erklärt, dass der Verbrenner gut die doppelte Energiemenge verbraucht.  Aber die dreifache?

Ein wenig macht es sicher aus, dass der Tesla aerodynamisch konsequent optimiert ist. [2] Das reicht aber nicht als Erklärung. Wo kommt der Rest her? Es gibt nur noch eine ebenso plausible wie nahe liegende Möglichkeit: Die Energie-Rekuperation. Wenn man ein Elektroauto verzögert – also den Fuß vom Fahrpedal nimmt – wird von Energieverbrauch auf Rückgewinnung geschaltet. Ein nicht unerheblicher Teil der Energie, die man zum Beschleunigen oder Bergauffahren verbraucht hat, wird auf diese Weise zurückgewonnen, wenn man verzögert oder bergab fährt. Wenn nun der Wirkungsgrad der Rekuperation ähnlich hoch ist wie der des Antriebs, müsste die Batterie fast nur zur Überwindung des Luft- und Rollwiderstands netto Energie abgeben.

Rekuperation

In der dritten Tabelle habe ich überschlägig berechnet, ob das hinkommen kann. Oben steht die Energie, die Diesel-BMW einerseits und Tesla andererseits bei gleicher Fahrweise auf 100 km verbrauchen. Davon gehen der Verlust im Motor, der Roll- und der Luftwiderstand ab, die sich beide relativ leicht berechnen lassen. Der Tesla ist danach fast auf Null, beim BMW steht noch ein Rest von 7 kWh[3].

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Es ist ziemlich naheliegend, dass dieser Rest verbraucht wird, wenn der BMW bergauf fährt oder beschleunigt wird. Der Tesla braucht natürlich zum Beschleunigen und Bergauffahren auch Energie, aber im Gegensatz zum BMW bekommt er beim Bremsen und Bergabfahren den größten Teil davon wieder zurück in die Batterie.

CO2-Fußabdruck

Wir können also festhalten: Das Elektroauto verbraucht bei gleichem Komfort und gleicher Fahrweise nur knapp ein Drittel der Energie, die der Pkw mit Verbrennungsmotor verbraucht. Bei dieser Betrachtung bleibt aber unberücksichtigt, dass ein (noch) erheblicher Teil der elektrischen Energie, die der Tesla verbraucht, zuvor aus fossilen Energiequellen gewonnen wurde. Beim gegenwärtigen Energiemix in Deutschland kommen nur 28% aus erneuerbaren Energiequellen, 16% noch aus Atomkraftwerken und der Rest aus fossilen Energieträgern, v.a. Braunkohle, Steinkohle und Erdgas.

Schlagen wir die Kernenergie (technisch unzutreffend aber politisch richtig) den Fossilien zu, wird der Strom für unser Elektroauto noch zu 72% aus fossilen Energieträgern gewonnen. Den mittleren Wirkungsgrad der Wärmekraftwerke schätze ich auf 44%.

Der Diesel-Pkw wird demgegenüber zu mindestens 93% mit fossilem Brennstoff angetrieben[4]. In der folgenden Tabelle werden einerseits die Leitungsverluste beim Transport des Stroms und Laden der Batterie und andererseits der Aufwand für die Herstellung von Diesel aus Rohöl und dessen Transport vernachlässigt.

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Wir sehen: Selbst bei einer Betrachtung tendenziell zugunsten des Verbrennungsmotors produziert das Auto mit Elektromotor schon beim heutigen (unzureichenden) Anteil an erneuerbaren Energien nur gut die Hälfte der CO2 – Menge eines vergleichbarer Verbrenners. [5]

Leichtbau

Wenn die Wirkung der Energierekuperation wirklich so wichtig ist, wie meine Berechnungen anzuzeigen scheinen, folgt daraus noch etwas anderes: Der Riesenaufwand, der getrieben wird, um Elektroautos so leicht wie möglich zu bauen[6], könnte übertrieben sein. Klar, die Batterien sind höllenschwer. Aber das Gewicht – physikalisch korrekter:  die Masse – eines Fahrzeugs steigert den Energieverbrauch nur beim Beschleunigen oder Bergauffahren. Luftwiderstand und Rollwiderstand sind hingegen von der Fahrzeugmasse unabhängig[7]. Wer beschleunigt, bremst auch wieder und wer den Berg hinauf gefahren ist, fährt ihn irgendwann auch wieder herunter. Wenn also ein Großteil der Beschleunigungsenergie wieder rekuperiert werden kann, spielt es keine große Rolle, ob ein Fahrzeug etwas schwerer oder leichter ist. Es ist also durchaus die Frage, wieviel Energie- und Kostenaufwand sich wirklich lohnt, um ein Elektroauto leichter zu machen.  Letztlich hängt das vom Wirkungsgrad der Rekuperation ab. Belastbare Zahlen dazu habe ich auf die Schnelle nicht gefunden. Theoretisch wäre sicher ein ähnlicher Wirkungsgrad möglich wie beim Antrieb. Aber um reale Werte zu erhalten, müsste man das wohl messen.

Vielleicht beim nächsten Mal.

 

[1] Wer‘s nicht glaubt, möge „Energiedichte Diesel“ googeln.

[2] Tesla gibt einen Luftwiderstandsbeiwert von 0,24 an. (Zum Vergleich: Porsche Panamera 0,29)

[3] Diese Rechnung ist sehr überschlägig; tatsächlich ist die errechnete Differenz wohl zu groß. Wenn ich von einem etwas geringeren Verbrauch des BMW ausginge, würde der Rest viel kleiner. Aber ich  denke, das Prinzip wird deutlich.

[4] Wenn man von 7% „Biodiesel“-Anteil ausgeht.

[5] Dieser Absatz wurde am 10.12.2015 aktualisiert. Man hatte mich zurecht auf einen Fehler hingewiesen. Ich hatte den Wirkungsgrad der fossilen Kraftwerke unberücksichtigt gelassen.

[6] Z.B. bei der Carbonfaser-Karosserie des BMW i 3

[7] Genau genommen ist der Rollwiderstand nur fast davon unabhängig – das fällt aber bei meinen überschlägigen Berechnungen nicht ins Gewicht.

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Energie!

Das ist der dritte Teil meiner Elektroauto-Trilogie. Im ersten Teil ging es darum, dass E-Motoren ideale Fahrzeugantriebe sind, im zweiten Teil um das Reichweitenproblem, und hier geht es jetzt um’s Große Ganze:

Wenn wir alle Pkw durch Elektrofahrzeuge ersetzen würden, wieviel zusätzliche Elektrizität wäre dafür nötig? Alle Pkw in ganz Deutschland fahren pro Jahr zusammen ungefähr 600 Milliarden km [1].  Gehen wir jetzt mal von einem fortschrittlichen E-Auto aus wie dem Tesla S. Der kommt mit den 85 kWh (Kilowattstunden), die er in seinen Akkus speichern kann, rund 400 km weit. Er braucht folglich ca. 21 kWh auf 100 km. Um mit Teslas die gesamte Fahrleistung aller Pkw in Deutschland zu erbringen, wären damit  jährlich 127,5 Mrd. kWh zusätzlich notwendig. [2]

Darunter kann man sich wenig vorstellen; darum habe ich es in Fußballfelder Kohlekraftwerke umgerechnet: 15 zusätzliche Kohlekraftwerke mit je 1 GW (1 Gigawatt, 1 Million Kilowatt) Leistung  müssten dafür das ganze Jahr mit Volllast gefahren werden. Oder es müssten gut 12.000 neue Windkraftanlagen errichtet werden (dass der Wind nicht immer gleichmäßig bläst, wurde bei dieser Schätzung berücksichtigt). Etwa 24.000 Windräder stehen bei uns schon rum. Nochmal die Hälfte müsste also dazu kommen. [3]

Mir kommt das nicht besonders utopisch vor. Ein innovatives und leistungsfähiges Industrieland sollte in einen Zeitraum von 10 bis 20 Jahren diese zusätzliche Kapazität eigentlich schaffen können. Natürlich ist es wünschenswert, den größten Teil des zusätzlich benötigten Stroms wirklich mit erneuerbaren Energien zu produzieren, also vor allem mit Wind und Sonne.

Und da haben wir wieder ein Problem: Wind und Sonne sind bekanntlich nicht immer gleich stark. An einem windigen, sonnigen Junitag blasen sie soviel Strom ins Netz, dass die Versorger nicht wissen, wohin damit; und in einer frostigen, windstillen Winternacht ist Sendepause. Meist ist aber in der Nacht eher zuviel Strom da, weil weniger gebraucht wird und der Wind trotzdem bläst. Erneuerbare Energien brauchen als notwendige Ergänzung leistungsfähige Speicher, damit die Schwankungen ausgeglichen werden können.

Das Schöne ist, dass Elektroautos zusammen mit dem Problem auch gleich einen Teil der Lösung liefern: Elektrofahrzeuge sind nämlich von Haus aus mit Stromspeichern ausgerüstet. Nur ein Bruchteil der existierenden Fahrzeuge ist jeweils auf den Straßen unterwegs. Der Rest steht irgendwo rum und ein Gutteil davon wird am Ladekabel hängen – vor allem nachts, viele aber auch tagsüber, z.B. am Arbeitsplatz. Wenn also gerade (zu) viel Strom im Netz ist, lässt der sich zu einem kleinen Preis in die Fahrzeug-Akkus drücken. Und eine Schwankung nach unten kann das Netz ausgleichen, indem es die Akkus wieder ein wenig anzapft [4]. Damit das funktioniert, und man am Morgen nach einer windstillen Nacht nicht vor einem Auto mit leerem Akku steht, bedarf es natürlich einer intelligenten Steuerung; das Stichwort heißt smart grid. Da es mobiles Internet schon gibt, ist das alles ohne gigantische Investitionen machbar. Vorschläge dazu, die derzeit auch schon praktisch erprobt werden, macht z.B. die Berliner Firma ubitricity. (Man hat dort auch ein Konzept entwickelt hat, wie städtische Laternenparker an Strom für ihre Elektrofahrzeuge kommen.)

Fazit: Elektroautos sind Verbrennern technisch überlegen, das Reichweitenproblem ist praktisch gelöst, und die E-Mobile tragen mit ihren Speichern auch noch dazu bei, dass man Strom umweltfreundlicher produzieren kann. Mit überschaubaren Investitionen in die Infrastruktur steht dem Durchbruch der Elektrofahrzeuge nichts mehr entgegen. Ich freu‘ mich schon!


[1] Quelle: http://www.diw.de/documents/publikationen/73/diw_01.c.411737.de/12-47-1.pdf

[2] Zum Ausgleich würden am Ende ca. 45 Milliarden Liter Kraftstoff pro Jahr weniger verbrannt; das ist der Inhalt von 1,5 Millionen Tanklastzügen.

[3] Zum Nachrechnen habe ich hier die Zahlen zusammengestellt.

[4] Etwas mehr darüber findet sich z.B. bei utopia.de