Verbrauch und Wirkungsgrad/Effizienz von Elektromotor und Dieselmotor im Vergleich
Hallo zusammen,
folgendes geht mir grade durch den Kopf.
Ein Tesla Model S (Elektroauto) verbraucht bei 100 km/h ca. 20 kW/h. Ein Audi A1 Dieselfahrzeug verbraucht ca. 5l. Bei 180 km/h verbraucht der Tesla (oder hier) ca. 40 kW/H, der A1 ca. 10l. Diesel hat einen Brennwert von ca. 10 kW/Liter. Der Verbrennungsmotor des Audi A1s verbracht dann ja bei 100 km/h mit (5l x 10 kW=)50 kw, dass sind 250% vom Tesla bei der Geschwindigkeit oder für den den Tesla 2/5=40% des A1s. Bei 180 km/h verbraucht der Tesla mit 40 kW ca. 40% vom A1 mit (10l x 10 kW)=100 kW. Relativ zum A1 bleibt der Verbrauch des Teslamotor also mit zunehmender Geschwindkeit konstant(linearer Verbrauchszusammenhang beider Motoren).
Wenn ich davon ausgehe, dass der Elektromotor einen Wirkungsgrad von 80-90% hat, hat der Dieselmotor bei 180 km/h einen Wirkungsgrad von 36% (genau 40% von 90%=36%). Was ja eigentlich sein kann, denn wenn ich google, lese ich das Dieselmotoren nur einen Wirkungsgrad von bis zu 45% erreichen sollen.
Die Werte habe ich jetzt mal versucht rechnerisch nachzuweisen. Der reinen Physik(Fahrwiderstandsrechnung) nach ist der Tesla auch nur zu 81% am theoretischen nötigen Energiebedarf dran(Wirkungsgrad 81%). (luftwiderstand=1,2/2rho x 0,24Cw x 2,34m^2 x 50m/s x 50 m/s=842N, Reifenwiderstand=333N, => Erforderliche Arbeit W(180)=(842+333) x 100.000= 117,5 Mj (32,5 kWh). Und die 32,5 kWH von den realen 40 kWh sind ca 81%. Dann hätte der Diesel 40% von 81% =32% Wirkungsgrad. Was meint ihr dazu? Sind meine Verbrauchsangaben realistisch? Habe ich einen Fehler in der Rechnung!?
Auf jeden Fall ist im direkten Kostenvergleich des reinen Verbrauchs der Elektromotor momentan noch leicht teurer als der Diesel.
Tesla} 20 kw> 20 x 0,3€ = 6€. Bei 180 km/h 40kW> 6x2=12€.
A1 } 5l *1,1€ = 5,5€. Bei 180 km/h 10lx 1,1€ =11€.
Quellen zu den Verbrauchswerten:
http://www.autobild.de/.../...stest-benziner-gegen-diesel-1539415.html
http://www.elektronikinfo.de/diverses/kraftstoffverbrauch.htm
https://youtu.be/QFxf9sGQv7g?t=2726
https://youtu.be/5V7DvFFBLJg?t=1367
http://www.klausolafzehle.de/.../
Beste Antwort im Thema
Der Tesla braucht bei konstant 100 km/h keine 20 kWh. Deine Überlegung, dass der Wirkungsgrad unabhängig von der Geschwindigkeit leidlich konstant ist - so falsch ist das nicht.
Aerodynamik: W=F mal s, also 1/2 Rho Cw A v^2 mal Weg. Was bei Dichte 1.1, 0.28er Cw (geraten) und 2 m² Stirnfläche bei 27 m/s (100 km/h) mal 100.000 m durch 3,6E6 MJ/kWh somit 6.2 kWh sind, nur gegen den Wind. Rollwiderstand und Beschleunigungsverluste kommen dazu. Bei 180 wären das etwa 22 kWh nur gegen den Wind.
Rechne anders: 5l Diesel sind etwa 50 kWh Brennwert. Würde man das klassisch verstromen, wären das je nach Kraftwerkstyp etwa 20 bis 30 kWh Strom. Nur mit einem Bruchteil der Emissionen, da Kraftwerke reguliert und streng überwacht werden. Zudem werden Kraftwerke im laufe der Zeit bezüglich der Abgasreinigung nachgerüstet, was ich von Dieselmotoren NICHT behaupten werde.
Und ein Stromer kann beim "Jojo Verkehr" rekuperieren, was Benziner/Diesel nicht können. Die beschleunigen "immer" um dann mit der (Motor)Bremse Energie zu vernichten. Der Wirkungsgrad eines Elektromotors ist übrigens deutlich höher als von dir kalkuliert, was du "vergessen" hast sind die Ladeverluste. In den kWh
Verbrauch stecken diese nämlich schon drin, weil ab Steckdose gerechnet wird.
Diesel haben am Bestpunkt etwas über 40% Wirkungsgrad, aber nicht im Mittel. Die besten Ottos liegen mittlerweile dicht dran, etwa auf dem Niveau der alten "1.9 TDI" mit rund 40%.
41 Antworten
Der Tesla braucht bei konstant 100 km/h keine 20 kWh. Deine Überlegung, dass der Wirkungsgrad unabhängig von der Geschwindigkeit leidlich konstant ist - so falsch ist das nicht.
Aerodynamik: W=F mal s, also 1/2 Rho Cw A v^2 mal Weg. Was bei Dichte 1.1, 0.28er Cw (geraten) und 2 m² Stirnfläche bei 27 m/s (100 km/h) mal 100.000 m durch 3,6E6 MJ/kWh somit 6.2 kWh sind, nur gegen den Wind. Rollwiderstand und Beschleunigungsverluste kommen dazu. Bei 180 wären das etwa 22 kWh nur gegen den Wind.
Rechne anders: 5l Diesel sind etwa 50 kWh Brennwert. Würde man das klassisch verstromen, wären das je nach Kraftwerkstyp etwa 20 bis 30 kWh Strom. Nur mit einem Bruchteil der Emissionen, da Kraftwerke reguliert und streng überwacht werden. Zudem werden Kraftwerke im laufe der Zeit bezüglich der Abgasreinigung nachgerüstet, was ich von Dieselmotoren NICHT behaupten werde.
Und ein Stromer kann beim "Jojo Verkehr" rekuperieren, was Benziner/Diesel nicht können. Die beschleunigen "immer" um dann mit der (Motor)Bremse Energie zu vernichten. Der Wirkungsgrad eines Elektromotors ist übrigens deutlich höher als von dir kalkuliert, was du "vergessen" hast sind die Ladeverluste. In den kWh
Verbrauch stecken diese nämlich schon drin, weil ab Steckdose gerechnet wird.
Diesel haben am Bestpunkt etwas über 40% Wirkungsgrad, aber nicht im Mittel. Die besten Ottos liegen mittlerweile dicht dran, etwa auf dem Niveau der alten "1.9 TDI" mit rund 40%.
Aha. Ja du hast sicherlich Recht mit der Erzeugungsvorkette. Habe das aber absichtlich nicht berücksichtigt, weil ich nur mal den Verbrauch und Wirkungsgrad des Autos vergleichen wollte. An das mit den Ladeverlusten habe ich gar nicht gedacht, aber jetzt ist es logisch wenn ich drüber nachdenke, danke 😉. Müsste dann in Tank und Wirkungsgradrechnung noch mit rein. Sonst scheint die Rechnung dann ja halbwegs zu stimmen. Meinst du die Beschleunigungsverluste können durch rekuperieren halbwegs ausgeglichen werden? Schätze einfach mal 50%. Muss mal googlen, was da wieder rein kommt. Danke für die Infos.
Gute Frage, Rekuperation hängt extrem an der Akkutechnik. Wird mit hohem Strom geladen, dann steigen die Verluste im Akku. Daher glaub ich, dass erst Ionic Liquid Akkus mittelfristig wirklich helfen. Die Dinger erlauben Lade- und Entladeströme, von denen die heutigen feucht träumen. Was vor allem der Rekuperation entgegenkommt und "angemessene" Motorisierungen mit 60-100kW bei kleinen Akkus (z.B. 10-20 kWh) gestattet.
Das ist das aktuelle Manko der kleinen Plug-In Hybride. Je kleiner der Akku desto schlechter geht aktuell "Rekuperation".
Übern Daumen kann das alles schon so hinkommen. Ich hab's nicht nachgerechnet.
Aber du nimmst hier halt das denkbar beste Szenario für die Diesel. Freie Fahrt. Das kann er, da is er gut drin.
...und es liegen 4 (?) Fahrzeugklassen zwischen einem Model S und einem A1.
Beim Leerlauf an der Ampel ist der Wirkungsgrad vom Verbrenner quasi 0%. Kurzstrecke zum Becker...ne Katastrophe.
stop&go...auch Mist.
Und die politischen Rahmenbedingungen spielen natürlich ne Rolle, spätestens wenn es um die Kosten geht.
Unser Strompreis für Privatkunden ist halt absolut nicht von dieser Welt.
Da mußt du nur über eine Grenze hopsen (Österreich, Fankreich, Polen...) und die Rechnung sieht gleich ganz anders aus.
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Zitat:
Die Dinger erlauben Lade- und Entladeströme, von denen die heutigen feucht träumen. Was vor allem der Rekuperation entgegenkommt
Und in wiefern soll das der Rekuperation entgegenkommen?
Mehr Bremskraft beim Rekuperieren = weniger Stromverbrauch? Sehe ich aber, zumindest auf halbwegs ebener Strecke, eher umgekehrt. Geringere Rekuperationsleistung gleich weniger Stromverbrauch, weil längere Verzögerungsstrecke ohne Energieverbrauch..
Moin
Beim Bremsen kommen mehrere hundert bis weit über 1000 kW zusammen. Das ist das Problem. Willst du eine am ABS regelnde Bremsund von 200 auf null in den Akku bekommen, dann werden es exorbitante Ladeströme, welche meist nicht leistbar sind, und den Wirkungsgrad in die Grütze hauen.
Das niemand einen 1000 kW E-Motor verbaut, geschenkt. (nur fürs Bremsen)
Durch bremsen bekommt man um 80% zurück. Solange man innerhalb der Bremsleistung bleibt, welche die Motoren auch schaffen können, und die Ladeströme Akkufreundlich hält.
Der entscheidende Punkt hierbei wurde schon beschrieben. Nur wenn ich nach dem Beschleunigen frei ausrollen lasse habe ich die gleichen Verluste der reingesteckten Energie beim Verbrenner wie beim E-Wagen. Sobald ich die Motorbremse nutze um die Geschwindigkeit anzupassen (Vorrausschauendes Fahren) vernichte ich beim Verbrenner die Enerige. Bei E-Autos, egal wie geartet wird dann der Akku geladen, Wirkugsgrad um 80%. Bremse ich leicht, weil ich mehr Geschwindigkeit abbauen will, oder anhalten, vernichte ich beim Verbrenner nicht nur die Energie, nein ich erzeuge dabei Wärme und vernichte obendrauf auch noch Bremsbeläge und Scheiben. Auch hier lädt ein E-Wagen den Akku mit bis zu 80%. (Auch ein Hybrid.)
Beim Hybrid bremst sich das System irgendwann durch Akku und Motoren frühzeitig aus. Ich meine der Prius kann nur mit gut 30 kW bremsen. Ein Tesla kann da immerhin schon mit einigen hundert kW aufwarten, auch wenn der Wirkungsgrad sich dann verschlechtert.
Und darum spricht man bei E-Wagen generell von um 80% Rückgewinnungsrate. Die meisten Bremsungen sind nunmal recht sanft und nicht im Formel 1 Trimm. Wer meint er muß jede Kurve mit ABS Regelung anbremsen, der sollte sich eh keinen E-Wagen kaufen sondern besser eine Playstation.
Moin
Björn
Zitat:
@Rainer_EHST [url=https://www.motor-talk.de/.../...lmotor-im-vergleich-t6078294.html?...]schrieb am 2. Juli 2017 um 17:45:10
Und in wiefern soll das der Rekuperation entgegenkommen?
Mehr Bremskraft beim Rekuperieren = weniger Stromverbrauch?
Du kannst beim Bremsen anteilig mehr in den Akku packen weil die Ladungstransportwiderstände beim Übergang von der Elektrode auf den Elektrolyten geringer sind. Am Besten ists natürlich erst gar nicht bremsen zu müssen.
Der Tesla hat (glaubt man den Anzeigen im Kombiinstrument) 60kW Rekuperationsleistung. Das bremst schon ganz anständig, vorallem nimmt Verzögerung mit geringer werdender Geschwindigkeit zu (klar, mit geringerer Drehzahl an den Räder, kann man mehr Bremsmoment für die gleiche Bremsleistung fahren)!
Ansonsten scheint mir das alles gut durchgerechnet zu sein. Ich finde jetzt keinen wirklichen Fehler.
Was man hier auch wieder schön sieht, der Verbrauch geht beim Tesla mit dem Quadrat der Geschwindigkeit, während es beim Verbrenner nicht exakt diesem Gesetz folgt. Liegt an der Lastpunktverschiebung beim Verbrenner, bei hohen Lasten steigt der Wirkungsgrad, weshalb der Verbrauch nicht so stark wie beim Tesla steigt.
Das ist leider die Hauptargumentation der Verbrennerfraktion: "Schau' dir an was die Elektroautos bei hohen Geschwindigkeiten verbrauchen, die saufen doppelt so viel wie mein Diesel!"
Jo, aber nur weil der Verbrenner im Niederlastbetrieb so dermaßen beschissen tut.
Grüße,
Zeph
Moin
Zitat:
Das ist leider die Hauptargumentation der Verbrennerfraktion: "Schau' dir an was die Elektroautos bei hohen Geschwindigkeiten verbrauchen, die saufen doppelt so viel wie mein Diesel!"
Leider schon immer so gewesen, die althergebrachten Motorenvertreiber nahmen schon immer Bereiche in denen sie besonders gut weg kamen, und allternative Techniken nicht so gut weg kommen. Bestes Bespiel ist die Reichweite. 90% aller Fahrten in Deutschland finden täglich weit unter 20 km statt, dennoch ists das Argument überhaupt, die mangelnde Reichweite wenn man doch mal wollte.
Ist beim Hybrid nicht anders gewesen, ists noch heute. "Ja, aber auf der Autobahn, da kann er nicht mithalten mit meinem TDI." Nee, mit nem Diesel will der Benzinhybrid eh nicht mithalten, schon gar nicht bei den Abgasen, und die AB, stimmt, nur wie oft fahre ich denn dort, und wie oft habe ich freie Fahrt um auch mal 170 fahren zu können?
Ebenso wird derzeit eben immer gerne die Quartett Werte aus dem Hochglanzprospekt,oder aber die Mogelanzeige des PKW vom Verbrenner, mit realen Werten, gemessen durch eine geeichte Stromuhr verglichen vom E-Wagen verglichen. Mein Prius zeigt gerne mal nen halbe Liter weniger an. Das er mehr anzeigt als ich an der Säule nachgemessen habe, es kommt so gut wie nie vor, genau wie bei allen anderen PKWs in Deutschland auch. Das VW fast immer 0,5 Liter weniger im Bordcomputer anzeigt (obwohl die OBD es richtig ermittelt) als er real verbraucht, keinen interessierts.
Das schlimme ist ja noch hinzu, alles was ich noch so betreibe, Radio, Klimaanlage, Servo, Wasserpumpe, es wird mit dem gleichen bescheidenen Wirkungsgrad betrieben wie eben der Antrieb, denn alle ENergie eines Verbrenners kommt nun mal aus der Verbrennung mit teils weit unter 20% Wirkungsgrad.
Beim E-Wagen werden all diese, wenn nötig, Aggregate ebenfalls mit weit über 90% betrieben. Klar kommt der Strom auch irgendwo her, aber wenn man mal betrachtet wieviel Energie man sich alleine erbremst, dann kann man nachrechnen das die Nebenaggregate quasie Umsonst laufen, sogar noch Energie für den Antrieb über bleibt.
Mon
Björn
Zitat:
@Zephyroth schrieb am 3. Juli 2017 um 09:04:45 Uhr:
Der Tesla hat (glaubt man den Anzeigen im Kombiinstrument) 60kW Rekuperationsleistung.
Was bedeutet, der verzögert mit etwas unter 1C. Weniger als ich erwartet habe - angesichts der installierten Spitzenleistung. Mit der nächsten Akkugeneration werden dann die Plug-In Hybride ihren Durchbruch schaffen. 10-20 kW bezahlen (für die Masse der kurzen Fahrten), 120kW Peak mit ca 50kW Dauerleistung installieren um auch mal auf der Landstrasse überholen zu können und ein kleiner 40-50kW RE für die "Langstrecke". Mit aktuellen Akkus ist das noch nicht möglich, Regelmäßige Spitzenströme von 4-5C richten die Akkus schlichtweg "hin".
Ich verstehe die Einwände in der Praxis, für die meisten zählt wirklich nur, wie schnell die Kiste fährt und wie weit sie dabei kommt. Aber man muß sich vor Augen halten, mit welcher Energiemenge die E-Fahrzeuge dies schaffen. Ein P100D fährt seine 400km mit 100kWh, das sind knappe 10l Diesel. Zeig mir einen Diesel mit diesen Fahrleistungen der mit 10l 400km fährt. Den gibt's einfach nicht.
Ich sage ja, man müßte für die Energie in kWh zahlen. Jede kWh 30ct, dann macht ein voller 70l Tank Diesel mal schlappe 220€ aus, während die Tankladung beim Stromer um die 33€ ausmacht. Mal schauen ob die Leute dann immer noch soviel Wert darauf legen mit 200km/h 400km weit zu kommen...
Grüße,
Zeph
Falscher Bilanzraum, du schmeisst "Brutto" und "Netto" durcheinander. 100kWh Strom fallen nicht vom Baum, die werden im Schnitt mit typisch 42-45% aus dem Brennwert (Brutto) und zu 3/4 fossil hergestellt. Wenn du beim Strom (Netto) die gleichen Steuern hättest wie bei Sprit (Brutto), das wäre böse.
1l Diesel hat etwa 10 kWh und kostet 47 Cent/l Steuer. Aus diesem könnte man mit einem GuD Kraftwerk "bis zu" 6 kWh Strom herstellen. Bei gleicher Steuer wäre somit statt 2 Cent/kWh Energiesteuer deren 8 Cent fällig. Bei einem Kohlekraftwerk wärste bei typisch 42% und Braunkohle um 35%. Bei Superbenzin noch mal 55% mehr (weniger kWh bei höherer Steuer).
Umwelttechnisch ist es sicher der falsche Bilanzraum, endverbrauchertechnisch aber richtig. Der Mensch denkt nur bis zum Tankstutzen.
Steuern sind eine politische Sache, wie der Name schon sagt, auch um Dinge zu steuern. Es geht nicht immer um eine faire Besteuerung, sondern um die Erzeugung von Lenkungseffekten. Man muß die Leute von den Verbrennern weg, hin zu den E-Autos lenken.
Meinetwegen kann der Strom auch 90ct/kWh kosten und eine kWh aus Diesel 30ct. Auch das würde noch reichen viele Leute zum E-Auto zu bringen. Wie gesagt, eine Tankfüllung für 90€ geht noch, aber 220€ ist eine andere Liga.
Grüße,
Zeph
Der Mensch denkt nur bis zum Brett vorm Kopf. Vor allem wenn die "Steuern" im Zusammenhang mit Diesel genannt werden. Oder noch übler: Braunkohle.