werkdocument: verkenning elektrisch rijden€¦ · 2009-2011 tot gidsland en internationale...

Deel 1:Technologische onzekerheden en uitdagingen rondom elektrisch rijden in Nederland

Werkdocument:

Verkenningelektrischrijden

D-incert

D-incert (Dutch Innovation Centre for the Electrification of Road Transport) is in 2008 opgericht op initia-

tief van de drie technische universiteiten in Eindhoven, Delft en Twente en de Hogescholen Rotterdam en

Arnhem/Nijmegen, als platform om wetenschappelijk onderzoek, technologische innovatie en onder-

wijsvernieuwing nauw te kunnen verbinden met de transitie naar elektrisch vervoer in Nederland. Het

platform stimuleert snelle kennisdoorstroming, afstemming en samenwerking tussen de aangesloten

partijen. D-incert is toegankelijk voor kennisinstellingen en het innovatieve bedrijfsleven dat werkt aan

technologische oplossingen voor elektrische mobiliteit. De benadering van D-incert is precompetitief en

gericht op onafhankelijke kennis- en technologieontwikkeling en heeft tot doel een strategische bijdrage

te leveren aan de ontwikkeling van noodzakelijke innovaties en aan de marktadoptie van elektrische

mobiliteit in Nederland.

colofon

redactie:

Prof.dr. Cees de Bont

Dr.ir. Stephan van Dijk

Ir. Chris Hellinga

Dr.ir. Sacha Silvester

Werkgroepvoorzitters & auteurs deelstudies:

Prof.dr. Henk Nijmeijer (TU Eindhoven) Elektrische voertuigtechnologie

Prof.dr. Peter Notten (TU Eindhoven) Batterijtechnologie

Prof.dr.ir. Pavol Bauer (TU Delft) Laad-, betaal- en energie-infrastructuur

Ir. Frank Rieck (Hogeschool Rotterdam) Milieu en Veiligheid

Prof.dr. Jan Schoormans (TU Delft) Gebruikersperspectief

Prof.dr.ir. Bart van Arem (TU Delft) Ruimtelijke en vervoerskundige inpassing

D-incert coördinatie:

Drs. Pauline van der Vorm

Dr.ir. Stephan van Dijk

Vormgeving:

DC (www.dcworks.nl)

©D-incert, augustus 2010 AUGUSTUS 2010

Deel 1:Technologische onzekerheden en uitdagingen rondom elektrisch rijden in Nederland

Verkenning elektrischrijden

VERKENNING ELEKTRISCH RIJDEN /

met zich mee. Europa zal zo haar potentie om te concurreren met de rest van de wereld niet maximaal

kunnen benutten. Het initiatief van de Europese Commissie om de ontwikkelingen daadkrachtig te gaan

coördineren, wordt dan ook toegejuicht.

Deze verkenning is tot stand gekomen door een unieke samenwerking tussen wetenschappers van

verschillende universiteiten en hogescholen en experts vanuit het bedrijfsleven. Er is met grote inzet en

enthousiasme aan deze studie gewerkt. Ik wil iedereen die aan de totstandkoming van dit rapport heeft

bijgedragen daarvoor danken. Ik ben er van overtuigd dat dit een belangrijke stap is geweest in het bou-

wen van een hechte kennis- en innovatiegemeenschap op het gebied van elektrisch rijden in Nederland.

Prof.dr. cees de Bont

Voorzitter D-incert

VoorWoorD

Op 3 juli 2009 werd het Plan van Aanpak Elektrisch Rijden door de regering aangeboden aan de Tweede

Kamer. Hierin wordt vorm en inhoud gegeven aan de ondersteunende rol die het Rijk wil spelen bij de

versnelde introductie van elektrisch rijden. De ambitie werd uitgesproken om Nederland in de periode

2009-2011 tot gidsland en internationale proeftuin voor elektrisch rijden te maken.

Omdat de ontwikkelingen rond elektrisch rijden elkaar in hoog tempo opvolgen, is een adequaat ken-

nismanagement noodzakelijk. Dit was aanleiding voor het Ministerie van Verkeer en Waterstaat om in

december 2009 D-incert de opdracht te verlenen om bestaande kennis en technologische mogelijkheden

rond elektrisch wegtransport in Nederland te inventariseren. Door allereerst een objectieve kennisbasis

vast te stellen, en onzekerheden en kennisvragen te identificeren, kan vervolgens in nauwe samen-

spraak met kennisinstellingen, bedrijfsleven en overheden een nationale kennis- en innovatieagenda

voor elektrisch rijden in Nederland worden ontwikkeld.

Met dit doel hebben ruim dertig experts van verschillende universiteiten, hogescholen en kennisinstel-

lingen de belangrijkste technologische aspecten geïnventariseerd die van belang zijn voor de transitie

van mobiliteit op basis van fossiele brandstoffen naar oplaadbare elektrische voertuigen. Zij verzamel-

den de kennisvragen die nog beantwoord moeten worden om de introductie te faciliteren van het door

het kabinet voorziene aantal van 200.000 elektrische voortuigen per 2020.1

Dit is, als eerste stap op weg naar een nationale kennis- en innovatieagenda, de resulterende rappor-

tage. De onderwerpen zijn:

• Elektrische voertuigen

• Batterijtechnologie

• Laad-, betaal- en energie-infrastructuur

• Veiligheid en milieu

• Gebruikersperspectief

• Ruimtelijke en vervoerskundige inpassing

De kennis die noodzakelijk is voor de ontwikkeling van flankerend beleid is in deze studie buiten be-

schouwing gelaten.

Sinds de opdrachtverlening hebben de ontwikkelingen rondom elektrisch rijden zich stormachting door-

gezet. Europese steden, regio’s en landen onderzoeken ieder de mogelijkheden die elektrische mobiliteit

kan bieden, enerzijds voor het oplossen van milieuproblemen en anderzijds als nieuwe economische

motor. Hoewel belangrijk voor het creëren van draagvlak, brengt dit een risico op Europese fragmentatie

1 Geraamd is het aantal plug-in hybrides

en volledig elektrische voertuigen dat

in 2020 het Nederlandse wagenpark zal

betreden.

Bron: Brief aan de kamer, Plan van

Aanpak Elektrisch Rijden, juli 2009

4 5

VERKENNING ELEKTRISCH RIJDEN / DEEL 1: TECHNOLOGISCHE ONZEKERHEDEN & UITDAGINGEN RONDOM ELEKTRISCH RIJDEN IN NEDERLAND

samenVatting

aanleiDing

Dit rapport bevat een inventarisatie van de belangrijkste technologische ontwikkelingen, onzekerheden

en kennisvragen die van invloed zijn op de transitie van mobiliteit op basis van fossiele brandstoffen naar

oplaadbare elektrische voertuigen. De inventarisatie is in opdracht van het Ministerie van Verkeer en

Waterstaat en onder coördinatie van D-incert uitgevoerd door experts van universiteiten, hogescholen en

kennisinstellingen. Het moet als startpunt dienen om tot een nationale onderzoeks- en innovatieagenda voor

elektrisch rijden in Nederland te komen. Zo’n agenda past bij de ambitie die door de overheid is gesteld om

Nederland in de periode 2009-2011 tot gidsland en internationale proeftuin voor elektrisch rijden te maken.

De overgang naar elektrisch wegvervoer kan legio voordelen bieden. Elektrisch rijden geeft uitzicht op een

uitstekend overall duurzaamheidseffect en (lokale) emissiereductie. Daarnaast biedt het economische

kansen. De ontwikkeling van elektrische mobiliteit kan plaatsvinden in grote synergie met andere gewenste

ontwikkelingen zoals smart grids, duurzame brandstoffen en verbetering van de leefbaarheid in grote

steden.

KennisBasis

De inventarisatie van de in Nederland aanwezige kennis en technologische ontwikkelingen rondom elek-

trisch vervoer levert het volgende algemene beeld op:

• Een beperkt aantal onderzoeken kennisinstellingen is in wisselende coalities betrokken bij voorna-

melijk beleidsondersteunende studies, veelal in opdracht van overheidsinstanties. Opvallend is dat

vrijwel gelijksoortig onderzoek wordt uitgevoerd voor verschillende opdrachtgevers.

• Er is nog weinig sprake van een programmatische aanpak.

• Veel onderzoek heeft een inventariserend en verkennend karakter en focusseert op effecten en haal-

baarheid van elektrisch vervoer. Een groot aantal van deze studies maakt gebruik van voornamelijk

buitenlands onderzoeksmateriaal.

• Onderzoek naar batterijtechnologie, elektrisch aandrijftechnologie en laad- en energie-infrastructuur

vindt in Nederland plaats, is van hoog niveau, maar heeft een relatief beperkte omvang ten opzichte

van het buitenland. Onderzoek op de deelgebieden is nog te weinig met elkaar verbonden waardoor

synergievoordelen en innovaties op de grensvlakken nog teveel worden gemist.

• De in Nederland beschikbare onderzoeksmiddelen voor elektrisch vervoer en deelsystemen blijven

achter bij die van de ons omringende landen.

Kennislacunes

Uit de inventarisatie komen ook een aantal kennislacunes of onderzoeksvragen naar voren. Op basis

hiervan worden aanbevelingen gedaan specifiek voor het Nederlandse onderzoeks- en ontwikkelings-

veld:

eleKtrische Voertuigtechnologie: houDt ontWiKKelingen nauWgezet Bij om Kansen

Voor neDerlanD te herKennen en VersterK De BestaanDe Basis

De technische ontwikkeling van volledig elektrische voertuigen gaat via vele tussenstappen. Onderweg

is velerlei technologieontwikkeling nodig: van chassis, body, batterij, aandrijflijn, voorzieningen om de

actieradius te vergroten tot intelligente systemen om de bestuurder te helpen. Deze ontwikkelingen

zorgen voor (niche) markten waar zowel kleine bedrijven als gevestigde bedrijven kansen hebben. De to-

tale omvang van de automotive markt en de aanwezige expertise impliceren dat kansen op dit vlak grote

impact voor Nederland kunnen hebben. Binnen het HTAS programma worden deze punten daadkrachtig

opgepakt. Dit programma kan verder worden versterkt en verbreed (zeker in relatie tot batterijtechnolo-

gie en laadtechnologie). Het opbouwen en uitbreiden van Europese relaties en netwerken is van belang

om ontwikkelingen goed te kunnen volgen.

Batterijtechnologie: stimuleer onDerzoeK en zie inDustriële Kansen Vanuit een Keten-

BenaDering

Voor de ontwikkeling van nieuwe batterijtechnologieën is een tweeledige aanpak cruciaal:

• De onderzoeksexpertise uit te bouwen op de veelbelovende gebieden van batterijmaterialen, bat-

terijtechnologie, modellering en batterijmanagement systemen.

• Het is van essentieel belang industriële activiteiten rond de gehele waardeketen van batterijen te

beschouwen: materiaalontwikkeling, productie en verhandeling, batterijproductie maar ook het

ontwerp en productie van batterijpakketen, veiligheidselektronica en recycling/second life.

laaD-, Betaal- en energie-infrastructuur: zet naast technologieontWiKKeling ooK in

oP effectieVe institutionele en economische arrangementen

De aanwezigheid en aard van de laadinfrastructuur zal in sterke mate het succes en de snelheid van de

transitie naar elektrische mobiliteit bepalen. Hierbij is ook een transparantie institutionele organisatie

en efficiënt marktmodel van de elektriciteitslevering van groot belang. Uitdagingen zijn o.a.:

• Ontwikkeling gebruiksvriendelijke en betrouwbare laadtechnologieën

• Ontwikkeling batterijmanagement en netwerkintelligentie (smart grids) t.b.v. het laadproces

• Vergelijkend onderzoek naar economische haalbaarheid en veiligheid van de verschillende laad-

technologieën

• Ontwikkeling effectieve marktmodellen en institutionele arrangementen voor levering van elektri-

citeit

• Ontwikkeling van elektronische betaalfaciliteiten en business modellen

VeiligheiD en milieu: onDerzoeK De risico’s Van Batterijen en geBruiK Ketenanalyses

ten aanzien Van De milieuVraagstuKKen met BijzonDere aanDacht Voor co2-emmissies

De milieuvoordelen van elektrisch rijden vormen een belangrijke motivatie voor de overheid om elek-

trisch rijden te stimuleren, echter de veiligheid van elektrisch rijden is voor veel consumenten en gebrui-

kers nog onzeker. Daarom moeten de volgende kennisvragen beantwoord worden:

• Veiligheidsaspecten: batterijtechnologie tijdens (de)montage, reparatie, botsingen, en opladen;

elektromagnetische compatibiliteit; gevaren ten gevolge van het ontbreken van motorgeluid.

• Milieuaspecten: integrale ketenanalyse ten aanzien van milieuvraagstukken; recycling; op Euro-

pees niveau aandacht voor de verhouding tussen toenemende elektriciteitsvraag en CO2-emmis-

sies.

6 7


geBruiKersPersPectief: nog grotenDeels onontgonnen geBieD

Gangbare modellen voor de adoptie van nieuwe technologieën vormen een startpunt in het onderzoek

naar het gebruikersperspectief van elektrische mobiliteit voor verschillende marktsegmenten. De vol-

gende vragen moeten beantwoord worden:

• Wanneer heeft een elektrische auto voldoende functioneel voordeel voor een consument?

• Wat zijn de economische overwegingen van de consument bij aanschaf van een elektrisch voertuig?

• Hoe wil de gebruiker de elektrische auto het liefst opladen?

ruimtelijKe en VerVoersKunDige inPassing: sPoeDig een start maKen met nieuW

onDerzoeK

Er is weinig bekend over de ruimtelijke en vervoerskundige inpassing van elektrische auto’s. Gezien de

lange besluitvormings- en ontwikkelingsprocessen bij ruimtelijke ordeningsvraagstukken zal kennis

hierover snel ontwikkeld moeten gaan worden. Onderwerpen zijn hierbij: laadinfrastructuur voor gepar-

keerde auto’s, combinatie met duurzame lokale energieopwekking, nieuwe ruimtelijke en particuliere

vervoersconcepten, stedelijke distributie en nieuwe vervoersdiensten.

naar een KennisagenDa eleKtrisch VerVoer

De ontwikkelingen op het gebied van elektrisch vervoer gaan snel en wereldwijd zijn belanghebbende

partijen zich aan het positioneren. Het is onduidelijk hoe snel de transitie zal plaatsvinden. Schattingen

lopen zo’n tien jaar uiteen maar voorspellen allen dat de transitie enkele decennia zal duren. Om toch

tot een voorlopige prioriteitsstelling en kennisagenda te komen, richten we ons op vier de fases van het

standaard adoptieproces van nieuwe technologieën: (1) introductie, (2) groei, (3) rijpheid en (4) verzadi-

ging. Per fase is geïnventariseerd welke kennisontwikkeling moet starten en welke voltooid moet zijn om

de betreffende transitiefase succesvol te doorlopen.

aanBeVelingen

Op basis van de inventarisatie komen wij tot de volgende aanbevelingen:

• Richt een nationaal kennis- en innovatieplatform elektrisch vervoer op, om samenwerking en in-

novatie te stimuleren, kansen te herkennen en als (internationaal) aanspreekpunt te dienen.

• Buit Nederlandse sterktes uit en speel in op nieuwe kansen via een breed gedragen nationale

onderzoeks- en innovatieagenda elektrische mobiliteit.

• Versterk de internationale samenwerking om fragmentatie te voorkomen en Nederlandse middelen

efficiënt in te zetten.

• Ontwikkel nieuw onderwijs (MBO, HBO, WO) op de terreinen energieopslag, voertuigtechniek en

systeem- en netintegratie.

8 9


inhouDsoPgaVe

VoorWoorD

samenVatting

1. / De transitie naar geëleKtrificeerD WegtransPort

1.1 DE BELOFTE VAN ELEKTRISCH VERVOER

1.2 AAN DE VOORAVOND VAN EEN TRANSITIE

1.3 NEDERLAND EN ELEKTRISCH WEGTRANSPORT

1.4 DOEL EN REIKWIJDTE VAN DEZE VERKENNENDE STUDIE

1.5 OPBOUW VAN DE STUDIE

2. / stanD Van zaKen en ontWiKKelingen eleKtrisch rijDen

2.1 INLEIDING

2.2 ELEKTRISCHE VOERTUIGTECHNOLOGIE

2.3 BATTERIJTECHNOLOGIE

2.4 LAAD-, BETAAL-, EN ENERGIE-INFRASTRUCTUUR

2.5 VEILIGHEID EN MILIEU

2.6 GEBRUIKERSPERSPECTIEF

2.7 DE RUIMTELIJKE EN VERVOERSKUNDIGE INPASSING VAN

ELEKTRISCHE VOERTUIGEN

2.8 SAMENVATTING STAND VAN ZAKEN

3. / naar een KennisagenDa eleKtrisch rijDen

3.1 INLEIDING

3.2 INTRODUCTIEFASE

3.3 GROEIFASE

3.4 RIJPHEIDS- & VERZADIGINGSFASE

3.5 KENNISONTWIKKELING TIJDENS DE TRANSITIE

4. / conclusies en aanBeVelingen

4.1 CONCLUSIES

4.2 AANBEVELINGEN

5. / referenties en achtergronDinformatie

5.1 REFERENTIES

5.2 ACHTERGRONDINFORMATIE

Bijlage i: TyPEN ELEKTRISCHE VOERTUIGEN

Bijlage ii: LOPENDE SAMENWERKINGSPROGRAMMA’S

Bijlage iii: GERAADPLEEGDE ExPERTS

4

6

14

16

18

19

20

24

24

33

44

60

74

80

89

96

97

98

99

100

106

109

114

116

120

120

122

10 11

1. /De transitie naar geëleKtrificeerD WegtransPort

eleKtrische aanDrijVing geeft geen loKale emissies

Elektrisch vervoer is lokaal emissieloos en verlegt het vraagstuk van ondermeer fi jnstof-, NOx- en

CO2-emissies naar (centrale) elektriciteitsopwekkingseenheden, waar emissies beter beheersbaar of te

voorkomen zijn. Ook door de fysieke afstand tussen opwekkingseenheden en bevolkingsconcentraties

zal dit een belangrijke invloed hebben op de luchtkwaliteit in dichtbevolkte gebieden. Geluidshinder, tot

slot, wordt in hoge mate veroorzaakt door het wegverkeer. Elektrische voertuigen zijn stiller op lagere

snelheden en kunnen een bijdrage leveren aan de verbetering van de leefbaarheid van met name stede-

lijke gebieden.

nieuWe energieoPslagsystemen zijn WezenlijK Voor Duurzame energieVoorziening

In de toekomst zal de elektriciteitsopwekking in belangrijke mate afhankelijk worden van weers- en

seizoensomstandigheden (wind, zonlicht). Om een intermitterend aanbod goed te verbinden met de vraag

zijn nieuwe energieopslagsystemen nodig. Er is nog veel onzekerheid over hoe die vorm zullen gaan

krijgen. De inzet van batterijen is vanuit energie-effi ciëntie overwegingen een logische keuze, omdat

de verliezen tussen het moment van elektriciteitsopwekking en gebruik klein zijn, maar de kostenef-

fectiviteit is nog gering. Met een grootschalige adoptie van elektrische voertuigen in Nederland kan

een elektriciteitsbuffer ontstaan van vergelijkbare grootte als de dagelijkse elektriciteitsproductie, die

(deels) door de consument gefi nancierd kan worden uit het prijsverschil tussen benzine en diesel en

elektriciteit. Elektrisch vervoer en het lange-termijn denken over duurzame energiesystemen in bredere

zin liggen daarmee sterk in elkaars verlengde.

De Ketenefficiency Van het energiegeBruiK met eleKtrische aanDrijVing is groot

Het rendement van elektromotoren, waarbij elektrische energie omgezet wordt naar beweging, kan –

afhankelijk van het type elektromotor– buitengewoon hoog zijn (tot circa 95%). Verliezen in de batterijen

tijdens laden, opslag en ontladen zijn vooralsnog groter (10-20%), maar de ‘tank-to-wheel’3 verliezen

(15-25%) zijn veel lager dan bij interne verbrandingsmotoren (60-80%). Met de huidige wijze van elek-

triciteitsopwekking moeten de energieverliezen in de centrales (45-60%) en als gevolg van transport

(in Nederland 4-8%) uiteraard worden meegenomen om op ketenniveau de integrale energie-effi ciency

en CO2 uitstoot te kwantifi ceren. TNO heeft in 2009 berekend dat een elektrische auto in 2020 zo’n 35%

lagere CO2-emissie kent (‘well-to-wheel’) dan de gemiddelde auto met een verbrandingsmotor (69 g/km

versus 107 g/km) in de situatie dat de elektrische auto wordt geladen met ‘gemiddelde’ stroom uit het net

[2]. Maar ook als de elektriciteit wordt geproduceerd in een kolencentrale (zonder CO2-afvang) houdt de

elektrische auto een substantieel voordeel van 22%. In de toekomst, wanneer veel duurzame bronnen

als zonnepanelen en windturbines direct elektriciteit leveren, zijn de ketenverliezen dus zeer gering mits

die elektriciteit rechtstreeks gebruikt kan worden voor voertuigaandrijving.

eleKtrische moBiliteit BieDt innoVatieKansen

Elektrisch rijden biedt naast nieuwe kansen voor de huidige toeleveranciers in de auto-industrie, voor

kennisinstituten en onderzoeks- en ontwikkelingsinstellingen tevens kansen voor nieuwe toetreders in

de mobiliteitssector.

BeoorDeling Potentiële effecten

De transitie naar elektrisch rijden is een ingrijpend veranderingsproces met, zoals hierboven beschre-

ven, een aantal interessante beloftes. Daarnaast moet er ook rekening gehouden worden met een groot

aantal neveneffecten. In 2009 is door het Planbureau van de Leefomgeving een brede duurzaamheid-

matrix opgesteld voor elektrisch rijden in Nederland (Figuur 1). De beoordeling van de sociale, economi-

1.1 / De Belofte Van eleKtrisch VerVoer

In het denken over de toekomstige vormen van duurzaam wegtransport hebben elektrisch aangedreven

voertuigen in de afgelopen twee jaar buitengewoon veel aandacht gekregen. Dagelijks lezen we nieuwe be-

richten over voorgenomen marktintroducties door de belangrijkste autofabrikanten, en over internationale,

nationale, regionale en lokale initiatieven om de transitie naar elektrisch vervoer te bevorderen. Er is een

aantal principiële overwegingen die een toekomst met een groot aandeel van geëlektrifi ceerd wegtransport

wenselijk en aannemelijk maken:

eleKtriciteit is een “BrononafhanKelijKe” energieDrager

De wegvervoerssector in Nederland is goed voor ongeveer 32% van de olievraag.2 Door het wegvervoer

(in belangrijke mate) te elektrifi ceren, wordt het ontkoppeld van specifi eke primaire energiedragers zoals

aardolieproducten.

eleKtrificatie sluit anDere ontWiKKelingen niet uit

Meningen verschillen nog over de vraag of “elektrifi catie” ook in de verdere toekomst betekent dat het

vervoer volledig elektrisch zal zijn, dan wel een hybride karakter zal hebben. Elektrische aandrijving is in

verschillende vormen te combineren met vloeibare of gasvormige brandstoffen zoals biobrandstoffen en

waterstof. Afhankelijk van de ontwikkelingen ontstaat dus ook fl exibiliteit richting additionele vervoersbrand-

stoffen en sluiten “neutrale” elektrische aandrijfsystemen andere ontwikkelingen niet uit.

eleKtrische infrastructuur is en Blijft BeschiKBaar

Elektriciteit is welhaast de ideale energiedrager die effi ciënt omgezet kan worden in functionaliteiten zoals

licht, beweging en warmte. Algemeen wordt er daarom van uitgegaan dat het relatieve belang van elektriciteit

voor de energievoorziening sterk zal toenemen. Introductie van elektrisch wegvervoer vergt geen volstrekt

nieuwe infrastructuur (zoals bijvoorbeeld in het geval van waterstof), maar stelt wel extra eisen aan de elek-

triciteitsvoorzieningsystemen. Investeringen daarin beantwoorden tegelijkertijd aan toekomstige behoeftes

aan intelligentere netwerken (smart grids) die een meer gedistribueerd en intermitterend aanbod zullen

moeten verbinden met de fl uctuerende vraag.

er zijn systeemDoorBraKen in De VerVoerssector noDig om in 2050 80% co2 emissiereDuctie

te Kunnen halen

Onder meer vanwege de strenger wordende Europese wetgeving zullen (CO2) emissies van interne verbran-

dingsmotoren voorlopig blijven dalen. Meer dan 40% tot 50% reductie ten opzichte van het huidige niveau

wordt door TNO evenwel niet verwacht. Om de transportsector op de lange termijn een evenredige bijdrage

te laten leveren aan een CO2-emissiereductie van 80-90% [1] zullen we dus tegen de grenzen van de verbran-

dingsmotoren aanlopen. Elektrisch vervoer doorbreekt die grens en verlegt de uitdaging naar een duurzame

elektriciteitsopwekking, die ook zonder elektrifi cering van het wegtransport tot stand zal moeten komen.

14

2 Momenteel wordt 44% van de aardolie

vraag veroorzaakt door de transport-

sector. Hiervan is 73% afkomstig van het

wegtransport. Zie ook: www.compendi-

umvoordeleefomgeving.nl

3 Tank-to-wheel emissies zijn de

emissies die door het voertuig worden

uitgestoten tijdens gebruik; well-to-tank

emissies zijn de emissies die worden

uitgestoten tijdens de winning, productie

en transport van de brandstof; well-

to-wheel zijn beide samen, dus over de

hele keten.

15

DEEL 1: TECHNOLOGISCHE ONZEKERHEDEN & UITDAGINGEN RONDOM ELEKTRISCH RIJDEN IN NEDERLAND

14


• Vrijstelling van spitstarief (bijv. London, Stockholm)

• Vrij parkeren (bijv. Frankrijk; London en andere plaatsen in Engeland)

• Speciale verkeersstroken voor elektrische voertuigen (bijv. Californië, VS)

• Samenwerkingsverbanden op verschillende niveaus voor het delen van ervaringen (bijv. VS, Duits-

land)

Dankzij de industriële betrokkenheid en de massaal ingezette beleidsinitiatieven is er weinig twijfel dat

er een transitie richting elektrisch rijden zal gaan plaatsvinden. Er zijn inmiddels vele studies versche-

nen over dit transitievraagstuk (zie o.a. [5]), die alle gemeen hebben dat ze nog veel vragen onbeant-

woord laten. Moeilijk voorspelbare technologie- en marktontwikkelingen zullen in hoge mate bepalend

zijn voor de snelheid en de vorm waarin de ontwikkelingen zich zullen voltrekken. De voorspellingen

worden dan ook gekenmerkt door grote bandbreedtes.

Figuur 3 laat deze bandbreedtes zien voor wat betreft de marktadoptie van elektrische voertuigen. Alle

studies tonen een sterke toename na 2020. Specifiek voor Nederland lopen de schattingen over het

aandeel van plug-in hybride en elektrische voertuigen eveneens sterk uiteen. ECN schatte in 2009 dat

het mogelijk is dat het aandeel elektrische voertuigen van alle nieuwkopen 10% bedraagt in 2020 en 45%

in 2040. In het Plan van Aanpak Elektrisch Rijden wordt verwacht dat het marktaandeel van elektrische

voertuigen zich in 2040 stabiliseert rond de 75% (4,5 miljoen elektrische voertuigen).

sche en ecologische effecten is gedaan op basis van inschattingen. Alleen op het aspect gebruiksgemak

scoort elektrisch rijden volgens het Planbureau slechter dan het huidige dominante verkeerssysteem op

basis van interne verbrandingsmotoren en fossiele brandstoffen.

Figuur 1 Duurzaamheidstoets elektrisch rijden (Planbureau voor de Leefomgeving, 2009)

1.2 / aan De VooraVonD Van een transitie

Anno 2010 heeft de inmiddels breed gedragen overtuiging dat elektrificering van het wegtransport zich

goed verhoudt tot onze toekomstige duurzame energievoorziening zich vertaald in een veelheid aan na-

tionale en regionale ambities om de transitie te bevorderen. Veel automerken hebben voor de komende

jaren introducties van elektrisch aangedreven voertuigen aangekondigd (zie Figuur 2) en staan ongetwij-

feld aan de vooravond van een vernieuwingsslag, die naar verwacht wordt enkele decennia in beslag zal

nemen.

Internationaal is er een enorme hoeveelheid initiatieven en overheidsmaatregelen ingevoerd of aange-

kondigd op zowel lokaal, nationaal als internationaal niveau om de ontwikkeling en implementatie van

elektrisch rijden te bevorderen. Belangrijke activiteiten die nu al in uitvoering zijn [4]:

• Stimuleringsprogramma’s van de overheid (bijv. Frankrijk, België, Engeland, Ierland)

• Gereduceerde wegenbelasting (bijv. UK, Oostenrijk, Cyprus, Portugal)

• Gereduceerde BPM/registratieleges (bijv. Cyprus, Denemarken, Frankrijk, Ierland, Portugal)

• Aankoopsubsidies voor elektrische voertuigen (bijv. Engeland, België, Zweden)

• Financiële tegemoetkoming in de kosten van laadinfrastructuur (bijv. Engeland, Denemarken,

Frankrijk)

• Financiële tegemoetkoming kosten demonstratieprojecten (bijv. Engeland, Duitsland, Frankrijk)

• Extra onderzoeksfinanciering (bijv. Duitsland, Engeland, VS, EU (€500 miljoen, `Green Cars’))

• Standaardisatie (bijv. Engeland, Duitsland)

20122011201020092008

XS 500

GM VoltOpel E -Flex

ToyotaPrius Plug -in

Tesla Model S

BYDF3e; F3DM

BYDF6DM

Midden segment (C,D)

Fisker Automotive

Tesla Roadster

Sport, SUV segment (G)

Klein segment (A,B) Mitsubishi

iMiEVSubaruR1e

QingyuanHappy Mes.

Nissan Cube

smart EV

TataNano

ToyotaIQ, EV?

VWUP, EV?

Mercedes A/ B-class EV?

Nice CarsZero

Tata Indica

Renault Megane EV

Renault Kangoo EV

RenaultCity EV

WanxiangZN5490EV

WanxiangWXEV7050

Ford (2)Connect EV

FordMondeo PHEV?

BYDe6

Th!nkCity

Figuur 2 Overzicht van (geplande) elektrificeringsprojecten in de auto-industrie in 2009 [3]

16 17


Het Plan van Aanpak Elektrisch Rijden omvat de intentie voor het financieel ondersteunen van in Neder-

land gevestigde partijen die in onderzoek, ontwikkeling en de productie van (onderdelen van) elektrische

voertuigen willen investeren, voor zover dit noodzakelijk is voor een succesvolle implementatie van

elektrisch wegtransport. Dit betreft het onderzoeken en/of ontwikkelen van de benodigde batterijen,

onderzoek op gebied van veiligheid en milieu, inpassing in de gebouwde omgeving en de rol van de

gebruiker bij de ontwikkeling en marktintroductie. D-incert is door het secretariaat POWER gevraagd

om in het eerste half jaar van 2010 een verkennende studie uit te voeren naar de ‘state of the art’ van de

technologische mogelijkheden op het gebied van elektrisch wegtransport en de sterkten van Nederland

op het gebied van onderzoek en innovatie betreffende elektrisch vervoer.

1.4 / Doel en reiKWijDte Van Deze VerKennenDe stuDie

Deze verkennende studie heeft tot doel een leidraad te vormen voor gecoördineerde onderzoeksinspan-

ning die ondersteuning biedt aan de achterliggende doelen van het Plan van Aanpak Elektrisch Rijden. In

het bijzonder gaat het om de identificatie en versterking van Nederlandse competenties en om de Neder-

landse positie te versterken in het internationale speelveld rond elektrische mobiliteit.

De centrale vraagstelling in deze verkenning is: “wat is de huidige stand van de techniek van elektrisch

wegtransport en wat zijn de openstaande kennisvragen die moeten worden beantwoord om de transitie

naar elektrisch wegtransport te versnellen?”

De beantwoording van deze vraag in deze verkenning moet leiden tot :

• een bijdrage aan de objectieve kennisbasis die van belang is voor de strategiebepaling door het

Formule E-team

• de identificatie van onzekerheden en kennisleemtes wat betreft de technologische aspecten van

elektrisch rijden

Vanuit deze aanzet wordt vervolgens getracht een bijdrage te leveren aan de nationale onderzoeks- en

innovatieagenda op gebied van elektrisch wegtransport.

De aandacht van deze verkenning richt zich in het bijzonder op de technologische ontwikkelingen rondom

elektrisch rijden. Hoewel uiterst belangrijk voor de diffusiesnelheid van elektrisch rijden is de kennis

noodzakelijk voor de ontwikkeling van flankerend beleid in deze studie buiten beschouwing gelaten. De

basisvraag die aan deze verkenning ten grondslag ligt, is in hoeverre de technologie van het elektrisch

rijden al marktrijp is.

De verkenning is in twee delen gesplitst. Het eerste deel is gericht op het vaststellen van de kennisbasis

en het identificeren van onzekerheden en kennislacunes. Het betreft hier een brede oriënterende studie.

In het tweede deel staat de prioritering van onderzoeksvragen en innovatiekansen centraal. De voor-

ziene kennisbehoefte van zowel bedrijfsleven als overheid en de in Nederland beschikbare expertise en

R&D-infrastructuur worden bij elkaar gebracht. Het beoogde resultaat van deze tweedelige verkennende

studie is een nationale onderzoeks- en innovatieagenda op het gebied van elektrisch wegtransport.

Een belangrijke nevendoelstelling is om in een vroeg stadium groepen van deskundigen van verschil-

lende kennis- en onderzoeksinstellingen te formeren rond de belangrijke elektrische mobiliteit thema’s.

Figuur 3 Ramingen van het marktaandeel van nieuwverkopen voor plug-in hybride elektrische voertuigen (PHEV)

en batterijelektrische voertuigen (BEV). [6]

Met het omzetten van voornemens in investeringsbeslissingen komen er echter openstaande vragen

en onzekerheden naar voren. Hoe snel zal de wereld in staat zijn om grote aantallen batterijpakketten

te produceren tegen een prijs die deze omschakeling mogelijk maakt? Onder welke voorwaarden zal

de gemiddelde weggebruiker een elektrisch voertuig aan willen schaffen? Wat zal de dominante vorm

worden van het bijladen van systemen? Snelladen, batterijwisselsystemen, of zullen hybride vormen van

aandrijving nog lange tijd dominant blijven, die de inname van gasvormige en vloeibare brandstoffen (als

ook biobrandstoffen en waterstof) mogelijk maken?

1.3 / neDerlanD en eleKtrisch WegtransPort

De Nederlandse regering heeft in het Plan van Aanpak Elektrisch Rijden van de ministers Eurlings

en Van der Hoeven in juli 2009 de ambitie uitgesproken om Nederland in de periode 2009 tot 2011 tot

gidsland en internationale proeftuin voor elektrisch rijden te maken. Drie beleidsinitiatieven moeten een

belangrijke bijdrage gaan leveren aan de realisering van de geschetste doelstelling, te weten:

1. De oprichting van het Formule E-team, met als opdracht het aanjagen van marktontwikkeling en het

wegnemen van belemmeringen

2. Concrete rijksmaatregelen op het gebied van

• Praktijkproeven en demonstratieprojecten

• Launching customership

• Laad- en infrastructuur

• Onderzoek en ontwikkeling en productie van elektrische voertuigen en/of onderdelen daarvoor

• Consortium- en coalitievorming

• Flankerend beleid

3. Gefaseerde marktintroductiebenadering onder coördinatie van het Formule E-team

Medio 2010 is er binnen de drie beleidsinitiatieven een groot aantal activiteiten op gang gebracht. Zo

is het Formule E-team geïnstalleerd en wordt deze ondersteund door een onafhankelijk secretariaat

POWER.

PHEV + BEV

0102030405060708090

100

2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060

New

veh

icle

sal

es m

arke

t sha

re

McKinsey PHEV + BEVEPRI PHEVNL PHEV + BEVBERR low PHEV + BEVBERR mid PHEV + BEVBERR high PHEV + BEVBERR extreme PHEV + BEVShellTNO 2040 studyscenario low PHEV + EVscenario high PHEV + EV

18 19


Dit netwerk moet de basis vormen voor een effectieve, goed afgestemde deskundigeninbreng in het

transitievraagstuk. Ook moet het de transitie naar elektrische mobiliteit een plaats te geven binnen de

diverse onderzoeks- en onderwijsprogramma’s.

Voertuigen, eigenaren en gebruikers kunnen op verschillende wijze worden gesegmenteerd: personen/

vracht, diesel/LPG/benzine, privé/zakelijk, veel/weinig kilometers, korte/lange afstanden, stedelijk/

platteland gebruik, fleetowners/private owners etc. De verschillen tussen de segmenten kunnen groot

zijn wat betreft de kansen en/of belemmeringen voor de adoptie en diffusie van elektrische voertuigen.

In deze studie wordt in eerste instantie een algemeen beeld geschetst van de kennis omtrent elektrische

voertuigen. Indien van belang, wordt nader ingegaan op de kansen en/of belemmeringen binnen speci-

fieke segmenten van de mobiliteitsmarkt.

Definitie Van “eleKtrisch rijDen”

Waar in de studie wordt gesproken over “elektrisch rijden”, wordt gedoeld op voertuigen die met

elektriciteit uit het elektriciteitsnet gevoed kunnen worden. Het gaat dus zowel om plug-in hybrid

electric vehicles (PHEV) als om volledig elektrische voertuigen (electric vehicles of BEV) die enkel

batterijen als energieopslagsysteem kennen. Hybride voertuigen die enkel vloeibare of gasvor-

mige energiedragers kunnen tanken, vallen buiten het kader van de studie.

1.5 / oPBouW Van De stuDie

De kern van de studie wordt gevormd door een analyse van zes aandachtsgebieden (Hoofdstuk 1.5) die bij

elektrisch vervoer van belang zijn. Per deelgebied wordt gestart met een overzicht van de huidige stand

van de techniek en kennis, toekomstige ontwikkelingen en onzekerheden. Vervolgens worden kennis-

vragen geïdentificeerd die van belang zijn om de transitie naar elektrisch rijden te bevorderen. Voor de

volgende aandachtsgebieden is deze analyse uitgevoerd:

• Elektrische Voertuigtechnologie

• Batterijtechnologie

• Laad-, betaal- en energie-infrastructuur

• Veiligheid en milieu

• Gebruikersperspectief

• Ruimtelijke en vervoerskundige inpassing van elektrische voertuigen

Voor elk van de aandachtsgebieden is door D-incert een werkgroep opgesteld die deze analyse uitvoe-

ren. De werkgroepen worden geleid door de volgende experts:

1. Prof.dr. Henk Nijmeijer (TU Eindhoven) Elektrische voertuigtechnologie

2. Prof.dr. Peter Notten (TU Eindhoven) Batterijtechnologie

3. Prof.dr.ir. Paul Bauer (TU Delft) Laad-, betaal- en energie-infrastructuur

4. Ir. Frank Rieck (Hogeschool Rotterdam) Milieu en veiligheid

5. Prof.dr. Jan Schoormans (TU Delft) Gebruikersperspectief

6. Prof.dr. Bart van Arem (TU Delft) Ruimtelijke en vervoerskundige inpassing

20 21


Om het belang van de kennisvragen in de tijd te positioneren wordt in Hoofdstuk 3 een beeld geschetst

van de mogelijke ontwikkeling van de transitie zoals die op hoofdlijnen uit meerdere studies volgt. Op

basis van de kennisvragen en de positionering van gewenst onderzoek in de tijd en de Nederlandse con-

text, worden in Hoofdstuk 4 conclusies en aanbevelingen gedaan ten aanzien van de kennisagenda waar

Nederland zich op moet richten.

2. /stanD Van zaKen &ontWiKKelingen eleKtrisch rijDen

Voor het beschrijven van een elektrisch voertuig zijn in essentie twee onderdelen van belang. Enerzijds

het voertuig zelf, dat we zullen aanduiden met chassis en body, en anderzijds de manier waarop de aan-

drijving van motor naar wielen wordt gerealiseerd, de zogenoemde aandrijfl ijn. Bij het bouwen van een

elektrische auto wordt vaak uitgegaan van een bestaande auto die omgebouwd wordt naar een elektrisch

voertuig door met name aanpassingen in de aandrijfl ijn. Uiteraard worden op die manier concessies aan

een optimaal ontwerp gedaan; immers gedeeltelijk is het ontwerp van het voertuig afkomstig van een

optimaal ontworpen normale auto. Het is om deze reden dat veel van de onderzoeks- en marktontwikke-

lingen rond hybride en elektrische auto’s zich op onderdelen van de complete elektrische auto richten. In

de volgende secties wordt uitgegaan van deze twee aspecten.

2.2.2 / aanDrijflijnen en range extenDers

In vergelijking met benzine auto’s worden de aandrijfl ijnen van volledig elektrische auto’s gekenmerkt

door hun eenvoud. De belangrijkste componenten zijn de batterij, vermogens- en besturingselektronica

en de gelijkstroom (DC) of wisselstroom (AC) motor. De elektromotor is hierbij meestal direct gekoppeld

aan de drijfas middels een vaste reductie waardoor schakelen niet nodig is. Daarbij is de motor voor elke

belasting ongeveer 90% effi ciënt, versus 15-20% voor een benzine motor [8]. Verder is het ook mogelijk

om de remmen te sparen door af te remmen op de motor, waarbij tevens de batterij weer een beetje

wordt opgeladen, het zogenoemde regeneratief remmen. Figuur 4 en Figuur 5 geven schematisch de

aandrijfl ijn van een elektrische/hybride auto weer.

Figuur 4 Schematische weergave van de aandrijfl ijn van elektrische/hybride voertuigen

Figuur 5 Powertrain [9]; verschillende varianten van hybride en elektrische voertuigen.

4 Zie voor een overzicht van de verschil-

lende typen elektrische auto’s ook

Bijlage I.

On-boardOplader

DC-DC convertor

Batterij mgmtsysteem

Batterij celbalancering Koeling

Transmissie

Range extender

Traction inverterAC/DC

Elektro-motor

Super Cap

Motor en powerelectronica Energieopslag

Oplaadpunt

Communicatie

Koeling

HVbus

2.1 / inleiDing

De (technologische) ontwikkelingen in het veld van elektrisch rijden gaan snel en zijn zeer dynamisch. In

dit hoofdstuk wordt voor de verschillende aandachtsgebieden de huidige stand van de techniek op een

rijtje gezet en worden toekomstige ontwikkelingen en onzekerheden benoemd. Op basis hiervan worden

per aandachtsgebied kennisvragen geformuleerd die beantwoord moeten worden om de transitie naar

elektrisch rijden te versnellen. In het recente verleden zijn verschillende uitstekende buitenlandse

studies verschenen met daarin toekomstscenario’s en voorspellingen ten aanzien van de transitie (zie

o.a. [7]). Dit hoofdstuk vormt een actualisering van deze overzichtsstudies maar doet geen voorspelling

van de snelheid van transitie. De transitie naar elektrisch rijden wordt in deze verkenning niet gezien als

afhankelijk van de tijd, maar als in belangrijke mate afhankelijk van de door de betrokken actoren gedane

investeringen in R&D, innovatie en marktontwikkeling. In het volgende hoofdstuk wordt daarom op basis

van de onzekerheden en kennisvragen aangegeven waar men aan moet werken om vervolgfasen in de

transitie succesvol te kunnen bereiken.

2.2 / eleKtrische Voertuigtechnologie

Prof.dr. Henk Nijmeijer. Mechanical Engineering, Dynamics and Control, TU Eindhoven

2.2.1 / inleiDing

In deze paragraaf wordt de huidige `state-of-the-art’ van elektrische voertuigen bestudeerd, teneinde

een inschatting te kunnen maken van toekomstige onderzoeken marktontwikkelingen op dit gebied,

en inzicht te verwerven in de mogelijkheden voor ontwikkeling van elektrische voertuig(componenten)

in Nederland. De opbouw van deze paragraaf is als volgt. Na een korte terugblik op eerdere elektrische

auto’s wordt nader ingegaan op de essentiële componenten van een elektrisch voertuig, te weten, de

aandrijfl ijn, de body en het chassis van een auto. De stand van zaken met betrekking tot de aandrijfl ijn (en

‘range extender’) wordt weergegeven en de daarvoor geldende uitdagingen komen vervolgens aan bod.

Aansluitend wordt dit ook gedaan voor de body en het chassis van een elektrische auto, gevolgd door een

kort overzicht van de ontwikkelingen op het gebied van intelligente systemen. Aansluitend worden de

markverwachtingen en verschillende productiesystemen besproken. De paragaaf eindigt met een blik op

de nabije toekomst.

We beschouwen die voertuigen die in zekere mate elektrisch aangedreven kunnen worden en hun

energie (deels) uit een elektriciteitsnetwerk kunnen halen. Dit zijn dus BEVs (Battery Electric Vehicles),

PHEVs (Plug-In Hybrid Vehicles) en REEVs (Range Extender Electric Vehicles). FCEVs (Fuel Cell Electric

Vehicles) worden in deze paragraaf buiten beschouwing gelaten.4

25


24


Eén van de zwakke punten van de elektrische auto is echter de batterij. Deze is vooralsnog duur in de

aanschaf, heeft een relatief lange oplaadtijd en een onduidelijke levensduur (zie paragraaf 2.3). De

actieradius (range) van de elektrische voertuigen wordt bepaald door de prijs en het gewicht. De prijs en

het gewicht van de huidige generatie batterijen is dermate hoog dat de actieradius van de huidige EVs

beperkt is vergeleken met voertuigen met een interne verbrandingsmotor. Wanneer de voertuigen echter

specifiek bestemd zijn voor lokaal verkeer hoeft dit geen probleem te zijn.

Op dit moment (medio 2010) zijn er slechts twee snelweggecertificeerde en botsbeproefde elektrische

personenauto’s: de Tesla Roadster en de TH!NK City. De laatste is een 2+2 zits met een maximale snel-

heid van 100 km/u en een actieradius van 180 km. De Roadster daarentegen is een echte sportwagen:

0-97 km/u in 3.9 seconden en een begrensde topsnelheid van 201 km/u. Voor nog grotere afstanden,

zoals haalbaar met conventionele brandstofauto’s in een infrastructuur van tankstations, zijn ‘range ex-

tenders’ nodig. Zonder afstandsonafhankelijkheid zal de elektrische auto namelijk niet snel de benzine-

auto kunnen vervangen. De meest bekende range extender is een relatief kleine benzine of diesel motor,

waarmee de EV een serieel hybride personen auto wordt.

Na het succesverhaal van de Toyota Prius en de goedkopere Honda Insight zijn de meeste grote autofa-

brikanten vandaag de dag bezig met de ontwikkeling van hybriden. Interessante nieuwkomer is hierbij

de Chinese batterijenfabrikant ByD (Build your Dream) die zich met de ByD F0, F3, F6, G3 en S8 hybride

modellen snel een rol op de Chinese markt heeft verworven, overigens voorlopig nog met een beperkt

aantal hybriden; in 2009 zijn er minder dan 100 van verkocht. De snelle ontwikkeling van dit bedrijf is

ook deels te verklaren vanuit de ambitie van China om tegen 2012 één van de wereldleiders te zijn op het

gebied van elektrische en hybride voertuigen [10].

2.2.3 / chassis en BoDy

Designs van elektrische auto’s zijn vooralsnog veelal gebaseerd op bestaande modellen. Zo is de Tesla

Roadster gebaseerd op het chassis van de Lotus Elise en was het prototype voor de Nissan Leaf geba-

seerd op de Nissan Tiida. Dit is ook logisch aangezien het chassis en de vering in principe los staan van

de aandrijflijn, waardoor op dat vlak beproefde en geoptimaliseerde concepten te prefereren zijn. De

definitieve versie van de Nissan Leaf is geheel ontworpen als een volledig elektrische auto. Op dit punt

hebben bestaande autofabrikanten een duidelijke voorsprong op nieuwkomers. Nieuwkomers moeten

namelijk een licentie nemen op een bestaand ontwerp, zoals het geval van bijvoorbeeld de Zx40 [11] of de

prototype van de ZENN Motor Company [12], dan wel jaren investeren in een eigen ontwerp. Dit laatste

traject is bewandeld door TH!NK Global voor de ontwikkeling van hun TH!NK City, een proces waarbij ze

drie keer zijn overgenomen en op de rand van faillissement hebben gebalanceerd [13].

Efficiency is erg belangrijk voor elektrische auto’s, aangezien het direct gekoppeld is aan de actieradius

die bestreken kan worden op een enkele laadcyclus van de batterij. Daarom wordt voor de body veelal

gebruik gemaakt van kunststof of andere lichtgewicht materialen. Voor elektrische voertuigen die ook

hogere snelheden halen, is verder een aerodynamisch ontwerp erg belangrijk.

Naast de nieuwe designs zijn er ook talrijke kleine bedrijven die zich specialiseren in de elektrificatie van

bestaande auto’s. Interessante voorbeelden hiervan zijn het Nederlandse All Green Vehicles en Electric

Cars Europe. De plaatsing van de batterijen is een probleem bij zowel de ombouw als ook bij het ontwerp

van nieuwe elektrische voertuigen. Het beïnvloedt namelijk niet alleen de gewichtsverdeling en de be-

schikbare laadruimte, maar ook de (bots-)veiligheid.

Een speciale plaats wordt momenteel ingenomen door de zogenoemde ‘specials’ die vooral gebruikt

worden in niche marktomgevingen. Voorbeelden hiervan zijn onder andere de elektrische vuilniswagen

(Binkie van Spijkstaal) maar ook stedelijk transport komt hiervoor steeds meer in aanmerking. Naar

verwachting zal juist deze ontwikkeling de komende jaren van essentieel belang zijn voor de verdere

elektrificatie van het vervoer. Specifiek voor dit type van elektrisch vervoer is het aanvaardbaar dat

zaken als actieradius en comfort minder zwaar wegen, terwijl dergelijke concessies voor het gewone

gebruik vooralsnog onaanvaardbaar zijn.

Figuur 6 Belangrijkste componenten van hybride/elektrische voertuigen. De afzonderlijke blokken vormen com-

ponenten die essentieel zijn voor de ontwikkeling van nieuwe en verbeterde voertuigen en onderwerp van studie en

ontwikkeling in het HTAS-EVT-programma [14].

2.2.4 / intelligente systemen en DriVer guiDance

Wat betreft intelligente systemen is er op dit moment weinig verschil tussen elektrische en conventione-

le voertuigen. State-of-the-art intelligente of driver guidance systemen zijn bijvoorbeeld ESC (Electronic

Stability Control), ACC (Adaptive Cruise Control), lane-keeping, TomTom en parking assist. Wel hebben

sommige elektrische auto’s nu al elektrische stuurbekrachtiging. Het is duidelijk dat slimme routeplan-

ners, rekening houdend met de meest actuele verkeersinformatie in belangrijke mate kunnen bijdragen

aan het succesvol invoeren van elektrisch vervoer. Kennis is aanwezig of in ontwikkeling in Nederland

binnen de Strategic Platform for Intelligent Traffic Systems (SPITS) en High-Tech Automotive Systems

(HTAS)-programma’s.

2.2.5 / ProDuctie systemen

Volledig elektrische voertuigen zijn relatief eenvoudig te maken uitgaande van bestaande ‘gewone’ auto’s

maar worden op dit moment over het algemeen alleen kleinschalig geproduceerd. Zo is bijvoorbeeld het

Nederlandse All Green Vehicles een kleine fabriek aan het opzetten in Noord Brabant voor de levering

van elektrische voertuigen aan overheden, importeurs en lease maatschappijen, die zij voorlopig zien als

aanjagers van elektrische mobiliteit. Uitzonderingen hierop zijn de REVA/G-Wiz van RECC en de hybride

productielijnen van Toyota, Honda, Ford en ByD die in serie en massa produceren.

26 27


Verder zullen elektrische voertuigen behoorlijke eisen gaan stellen met betrekking tot aanpassingen in

de infrastructuur. Hierbij kan gedacht worden aan bijvoorbeeld de oplaadpunten of batterijwisselstati-

ons. Hiervoor, als ook voor algemeen onderhoud, heeft een modulaire opbouw van elektrische voer-

tuigen de voorkeur2. Deze is er op dit moment echter nog niet. Binnen het 3TU samenwerkingsproject

c’mm’n is het modulair ontwerpen van EVs één van de onderzoeksthema’s [15].

2.2.6 / toeKomstige ontWiKKelingen: KennisVragen

Uit het voorgaande blijkt dat het concept van de elektrische auto’s nog sterk in ontwikkeling is. Bij veel

grote automobielfabrikanten (Original Equipment Manufacturers of OEMs) gaat deze ontwikkeling veelal

via een tussenstap van hybride auto’s. Anderzijds is er, ook gelet op de vraag van overheid en gebruiker,

een toenemende behoefte aan volledig elektrische auto’s. Een optimaal ontworpen volledig elektrische

auto biedt echter zeer grote uitdagingen zolang er geen concessies gedaan mogen worden aan range,

comfort, veiligheid, wegligging en snelheid. Het ontwikkelen van een volledig elektrische auto vindt,

zeker buiten de OEMs, veelal op een modulaire basis plaats. Met name het HTAS-EVT-rapport [16] biedt

een actuele weergave van onderzoeksvragen met betrekking tot componenten voor een elektrisch

voertuig. Voor Nederland biedt de modulaire aanpak zowel voor kennisinstellingen als voor (automotive)

industrie volop kansen [16]. In de volgende paragrafen wordt een aantal van de belangrijkste uitdagin-

gen rond de belangrijkste onderdelen van een elektrische auto van beschreven. Gezien de stormachtige

ontwikkelingen is dit uiteraard geen volledig overzicht en kunnen er kruisverbanden zijn tussen de

genoemde uitdagingen.

2.2.7 / toeKomstige ontWiKKelingen Van De aanDrijflijn en range extenDers

Het probleem met de hybriden is dat ze nog steeds fossiele brandstof verbruiken en door het grotere

gewicht niet alleen minder sportief rijden maar ook niet significant zuiniger zijn dan een groot aantal

conventionele diesel modellen. Om die reden wordt er volop onderzoek gedaan naar zogenaamde plug-in

hybriden (PHEV), die thuis kunnen opladen aan het elektriciteitsnet.

Afhankelijk van de gewenste range, het gebruik en type voertuig, zullen uiteenlopende hybride auto’s

ontwikkeld gaan worden waarbij enerzijds een combinatie van brandstofmotor en elektrische motor

gekozen wordt maar waarbij anderzijds ook onderscheid tussen seriële en parallelle hybride voertuigen

zal ontstaan. Een belangrijke ontwikkeling in deze richting zal, naar verwachting, komen te liggen in nog

te ontwikkelen range extenders, waarbij twee varianten potentie hebben (zie Kader 1). Voor een inciden-

tele grotere range kan een brandstof range extender ontwikkeld worden die in voorkomende gevallen

bijgeplaatst wordt, terwijl een kleinere range extender als meer permanente oplossing ingebouwd kan

worden. Ieder van de genoemde hybride varianten brengt specifieke vragen met zich mee rond het ef-

ficiënte en energieoptimale gebruik van de aandrijflijn.

Een gerelateerde ontwikkeling, die een weer andere regeling van de aandrijflijn vereist, betreft de

zogenoemde in-wiel motoren, waarbij vier (of eventueel twee) elektromotoren in de wielen aangebracht

worden.

Uiteraard kunnen de hier weergegeven ontwikkelingen rond de aandrijflijn niet volledig los gezien wor-

den van de specifieke voertuigeigenschappen en spelen ontwikkelingen rond body en chassis hierbij ook

een rol.

is De toeKomst VolleDig eleKtrisch, of WorDen Plug-in hyBriDes Dominant?

Op het moment dat volledig elektrisch aangedreven voertuigen op enige schaal hun intrede gaan

doen in het publieke segment, wordt het noodzakelijk om een openbare laadinfrastructuur voor

onderweg aan te leggen (snellaadsystemen, batterijwisselstations of inductieve systemen). De

snelheid van die ontwikkeling hangt in belangrijke mate af van de ontwikkelingen op batterijgebied

(vergroting van de actieradius, verlaging van prijs en gewicht). Een belangrijke vraag is hoe ver

de batterijtechnologie zich ontwikkeld moet hebben voordat volledig elektrisch vervoer voor het

brede publiek competitief kan worden met plug-in hybride systemen, die geen bijzondere laadfaci-

liteiten onderweg vragen.

In dit verband zijn de resultaten van een recente Duitse studie interessant. Op basis van statisti-

sche gegevens met betrekking tot vervoersbewegingen in Duitsland is door Lunz et al. [17] afgeleid

dat 60% van het diesel- en benzinegebruik vermeden kan worden door plug-in hybrides met een

batterijpakket dat een maximale elektrische actieradius van 50 km biedt. Dit percentage geldt

indien het voertuig enkel ’s nachts wordt opgeladen. Als tussen de ritten door ook langzaam bijge-

laden kan worden (bijvoorbeeld op parkeerplaatsen of bij de werkgever), stijgt het aantal vermijd-

bare benzine of diesel kilometers tot bijna 80%. Bij een dubbel zo groot batterijenpakket stijgen

deze percentages tot 78 en 85% (zie grafiek linksonder). Ter vergelijking: een volledig elektrisch

voertuig, dat zich nog niet kan verlaten op laadfaciliteiten onderweg en dus niet voor langere ritten

gebruikt kan worden, vermijdt volgens Lunz met een batterijenpakket dat een vervoersafstand van

80 km toestaat en bij alleen nachtoplading 50% van de benzine of diesel kilometers. Bij tussentijds

langzaam laden stijgt dit tot 73% (grafiek rechtsonder).

PHEV: fractie elektrisch afgelegde kilometers EV: fractie van de afgelegde autokilometers

als functie van de batterijgrootte als functie van de batterijgrootte

(VMT = vehicle miles travelled)

Een belangrijke conclusie is dus dat het overgrote deel van het milieueffect en de aardoliebespa-

ring met een bescheiden batterijenpakket in een plug-in hybride kan worden gehaald wanneer een

relatief eenvoudig aan te leggen langzaam-laad infrastructuur (220V, 16A, 1 fase) beschikbaar is

bij huis en in de publieke ruimte. Een volledig elektrisch aangedreven voertuig met een voor de

“gemiddelde” consument acceptabele actieradius (zeg 500 km) heeft een 10 keer groter batterij-

enpakket nodig, waarmee (tegen vooralsnog hoge meerkosten) slechts 20% extra milieuvoordeel

wordt bereikt en waarvoor bovendien laadinfrastructuur langs de snelweg moet worden ontwik-

keld.

Overigens is het extra milieuvoordeel vermoedelijk nog kleiner. In de eerste plaats treden bij snel-

laden –als dat tenminste de dominante laadtechnologie zou worden– relatief grote energiever-

28 29


liezen op als gevolg van de forse elektrische stromen (honderden ampères). In de tweede plaats

bepaalt het totaalgewicht van de auto mede het energiegebruik. De vraag is dus hoe een groot

batterijenpakket zich qua gewicht zal gaan verhouden tot een hybride voertuig (bijvoorbeeld een

elektrisch voertuig uitgerust met een compacte range extender die de batterij voedt). Indien een

moderne hybride vorm een belangrijke gewichtsreductie zou geven ten opzichte van een volledig

elektrisch voertuig dat voldoende actieradius geeft, wordt het extra milieuvoordeel van volledig

elektrisch vervoer in vergelijking met hybride voertuigen dus kleiner. Daarbij is er veel tijd nodig

voor de ontwikkeling van batterijpakketten die een actieradius van vele honderden kilometers voor

de gemiddelde particuliere autobezitter toegankelijk maken. Tijdens die periode kunnen ontwik-

kelingen zich voordoen op het gebied van biobrandstoffen en/of waterstof. In dat geval worden de

“20% niet-elektrische kilometers” dus ook gedekt door duurzamere alternatieven dan aardolie-

producten.

Kader 1 Volledig elektrisch of plug-in hybride? [17]

Naast de hiervoor aangegeven ontwikkelingen die rechtstreeks betrekking hebben op de aandrijflijn,

zijn er ook ontwikkelingen die meer indirect invloed hebben op het elektrische voertuig. Een flink aantal

landen heeft afspraken met autofabrikanten om de infrastructuur te voorzien van oplaadpunten voor

plug-in hybriden en volledig elektrische voertuigen. Voorbeelden van plug-in hybriden zijn de GM Volt

(Opel Ampera) en de goedkopere ByD F3DM [8].

Het (plug-in) hybridiseren is niet de enige manier om de actieradius van elektrische voertuigen te

vergroten. Het in 2007 opgerichte Better Place heeft in Japan in 2009 het eerste demonstratieproject

met een batterijwisselstation gerealiseerd. Hier kan in ongeveer 2 minuten tijd een lege voor een volle

batterij worden gewisseld. Renault en Nissan hebben ondertussen een samenwerkingsovereenkomst

gesloten om samen een netwerk van wisselpunten en de hiervoor geschikte elektrische voertuigen te

ontwikkelen. Better Place koopt daarbij grootschalig duurzame energie in tegen voordelige tarieven.

Gebruikers kunnen een abonnement afsluiten voor de service. Naast Japan hebben ook Israël, Denemar-

ken, Australië, de VS (Californië), Hawaï en Canada afspraken gemaakt met Better Place voor het opzet-

ten van een elektrisch voertuigennetwerk [16]. Begin 2010 is in Israël een testproject begonnen.

Tenslotte zijn zonnepanelen op de daken van elektrische auto’s de laatste vorm van range extenders die

op dit moment soms wordt gehanteerd. Zo heeft bijvoorbeeld de 2010 Toyota Prius een optie voor zonne-

panelen voor de airconditioning als het voertuig geparkeerd is. Overigens, het energiepotentieel van een

dergelijke toevoeging is uiteraard zeer beperkt en zal de actieradius niet of nauwelijks vergroten.

2.2.8 / toeKomstige ontWiKKelingen in intelligente systemen en DriVer guiDance

Voor wat betreft intelligente systemen en driver guidance zijn er op voorhand geen specifieke ontwik-

kelingen voorzien die exclusief met elektrische auto’s te maken hebben. Naar verwachting is dit wel

een gebied waar in de komende jaren veel voortgang te verwachten is. Nederland is met zijn grote

verkeersdichtheid (en de daarmee samenhangende files) een land waar dergelijke ontwikkelingen

van grote invloed zijn. In de HTAS Visie op Mobiliteit [14] worden toekomstige ontwikkelingen in deze

richting geschetst. Deze zullen onverkort van waarde blijken bij de verdere ontwikkeling naar hybride en

elektrische auto’s. Nederland heeft bij uitstek de kennisinstellingen en technologiebedrijven om op dit

gebied een voorloper te zijn. Een concrete invulling van betrokken partijen is opgenomen in het eerder

genoemde HTAS rapport.

2.2.9 / toeKomstige ontWiKKelingen Van chassis en BoDy

Zoals gezegd, zijn er voor het chassis en body nog vele uitdagingen. Een volledig elektrisch voertuig

heeft vanwege zijn specifieke eigenschappen te voldoen aan de nodige veiligheidseisen (zie ook para-

graaf 2.5). Ondanks het gebruik van (reeds genoemde) lichtgewicht materialen voor de body kan het

onvermijdelijk zware batterijpakket van grote invloed zijn op een goede wegligging en op de veiligheid

van het voertuig. Omdat iedere kilogram vooralsnog telt in een elektrisch voertuig, wordt ook aandacht

besteed aan banden met een lage rolweerstand. Ook hier is een potentieel conflict aanwezig met de eis

dat de band voldoende grip moet hebben en beperkte band-weg-geluid mag veroorzaken. Omdat de

actieradius van een elektrisch voertuig beperkt is, wordt tot slot ook onderzoek gedaan (o.a. HTAS) om

het energieverbruik van de overige systemen zoals verwarming, airconditioning, deurvergrendeling en

verlichting omlaag te brengen.

2.2.10 / conclusies

De grote autofabrikanten schijnen een geleidelijke elektrificatie van hun producten na te streven, waarbij

eerst de transitie wordt gemaakt naar hybriden en vervolgens via plug-in hybriden naar volledig elek-

trisch. Veel landen zetten zich actief in voor elektrische voertuigen. In hoeverre Nederland hier aan mee

moet doen, is een belangrijke vraag. In ieder geval lijkt het zinvol om zeer actief de ontwikkelingen te

volgen en daar waar mogelijk ook actief deel te nemen. De automotive markt is ook voor Nederland een

zeer grote markt en het is zeer de moeite waard om tijdig in te spelen op de te verwachten grote veran-

deringen. Het is zeker niet uitgesloten dat er in de markt rond elektrisch vervoer nieuwe ‘niche’ markten

zullen ontstaan, mogelijk ook in Nederland.

Hoewel de grote autofabrikanten voorzichtig inzetten op elektrische voertuigen, zijn het voornamelijk

kleine en relatief nieuwe bedrijven die de grootste aanjagers lijken te zijn van volledig elektrisch rijden.

De kleinschaligheid kan echter op de langere termijn een bottleneck gaan vormen voor deze bedrijven

als ze de concurrentieslag aan moeten gaan met de grote Aziatische autofabrikanten [14].

Eén van de belangrijkste onderzoeksthema’s blijft de batterij. Als deze goedkoper, duurzamer en lichter

kan worden vervaardigd, zal de transitie naar elektrisch rijden ook sneller verlopen. Daarnaast zal ech-

ter ook meer onderzoek nodig zijn op het gebied van range extenders. Verder zijn in-wheel motoren ook

een interessante optie om het rijgedrag van elektrische voertuigen verder te verbeteren.

Op het gebied van intelligente systemen -hoewel niet slechts voorbehouden aan elektrische voertuigen-

zijn ook vele onderzoeksthema’s aan te wijzen. Eén van de meest aansprekende lijkt daarbij het zoge-

naamde ‘autonoom’ rijden. Als voertuigen zelfstandig dichter op elkaar kunnen rijden, zal er namelijk

minder filevorming zijn. Daarnaast wordt hiermee de luchtweerstand verlaagd, zodat er efficiënter

gereden kan worden, iets wat zeker voor het vrachtverkeer van belang lijkt. In Nederland is reeds veel

kennis aanwezig bij de partners van het HTAS-programma. In Kader 2 is een overzicht van projecten uit

het HTAS Electric Vehicle Technology programma gegeven. De projecten geven invulling aan een groot

aantal van de gesignaleerde uitdagingen ten aanzien van de voertuigtechnologie die in deze paragraaf

zijn beschreven.

30 31


htas innoVatieProgramma electric Vehicle technology

Medio 2009 is het HTAS innovatieprogramma Electric Vehicle Technology (EVT) van start gegaan.

In dit programma staan vijf thema’s centraal: chassis & body, powertrain, control, auxiliary equip-

ment en overig (design, development, engineering, interfaces with infrastructure). In mei 2010

heeft de Minister van Economische Zaken de projecten bekend gemaakt die zullen worden gesub-

sidieerd vanuit het HTAS-EVT programma. De geselecteerde tien projecten verkeren nog in de

ontwikkelfase, maar een belangrijke eis voor de toekenning is dat de innovaties bijna in productie

kunnen worden genomen. De projecten zijn:

• TomTom, TNO, Quipment Group, E-laad.nl en o.a. Renault en Prestige Taxi Centrale ontwikke-

len navigatieapparatuur voor de bestuurders van elektrische auto’s. Deze apparatuur voorspelt

de actieradius nauwkeurig en houdt daarbij rekening met het weer, verkeer, route en laadpun-

ten.

• Gemco E-trucks, TNO, DAF, Icova en Truckland gaan voor de gemeente Amsterdam een pro-

totype van een plug-in hybride vuilniswagen ontwikkelen. PDE-automotive, Philips Apptech,

Drivetrain Innovations werken ook aan de ontwikkeling van een toekomstige stadsvrachtwagen

via een prototype van een volledig hybride vuilniswagen.

• All Green Vehicles, Centric Automotive, Drivetrain Innovations, Epyon, NxP, Philips Apptech en

TU/e starten een project om de componenten van elektrische/hybride aandrijflijn te integreren

• Mr Green Holding, Technolution, SP-Innovation, Wetac, TU Delft, TNO en KEMA ontwikkelen

een systeem waarmee de integrale kostprijs per kilometer en de restwaarde van accu’s kan

worden bepaald. Dit kan zeer bruikbaar zijn voor leasemaatschappijen omdat hiermee bijvoor-

beeld de precieze kilometerprijs kan worden berekend.

• Sycada/Remotion, Zero Emission Mobility (Zwitserland) en RDM Automotive (Engeland) werken

aan de verbetering van batterijen waardoor de actieradius wordt vergroot. Ook Peec Power,

MTT (Micro Turbine Technology) en AGV werken aan diverse oplossingen voor het verlengen van

de actieradius.

• Gear Chain Industrial, Gemco E-trucks en TU/e bekijken hoe voor zware voertuigen de energie

bespaard kan worden die nodig is bij de overbrenging van de elektromotor naar de wielen.

• Teamwork Technology, Lightweight Structures, WE Engineering, TU/e en Vredestein zijn bezig

met een lichtgewicht wielophanging met wielnaafmotor voor een volledige (elektrische) wiel-

module.

• Gemco E-trucks, Advanced Electromagnetics, Hogeschool Arnhem-Nijmegen en Motio Deve-

lopment werken aan de ontwikkeling van een modulair platform dat als basis zal dienen voor de

ontwikkeling van hybride- en elektrische auto’s, van bestelwagen tot zware vrachtwagens.

Kader 2 Projecten in het kader van HTAS Electric Vehicle Technology programma 2010

Het modulair ontwerpen van elektrische auto’s krijgt nog weinig aandacht in de HTAS-EVT-programme-

ring. Het lijkt echter verstandig juist hierop te focussen, waarbij dynamisch rijgedrag en efficiënt gebruik

van de beschikbare ruimte centraal staan, in plaats van op verdere elektrificatie van bestaande concep-

ten.

2.3. / Batterijtechnologie

Prof.dr. Peter H.L. Notten. Energy Materials and Devices, TU/e (voorzitter)

Mw.ir. Petra D.M. de Boer-Meulman. Smart Grid and Energy Systems, KEMA

Dr. Erik M. Kelder. Li-ion Batterijen en Materialen, TU Delft

2.3.1 / inleiDing

De batterij vormt in veel opzichten het sleutelcomponent van elektrische voertuigen [18]. Dit heeft in

hoge mate te maken met de extreem hoge efficiëntie van de energieconversie als gevolg van de afwe-

zigheid van de zogenoemde Carnot cyclus. Bij conversies waar warmte bij betrokken is, veroorzaakt de

Carnot cyclus grote verliezen. Afhankelijk van de laad/ontlaad-, temperatuur- en levensduuromstandig-

heden van herlaadbare batterijen vindt opslag en afgifte veelal plaats met een efficiëntie van boven de

95%.

De vooruitzichten voor de introductie(snelheid) van elektrisch vervoer zijn in belangrijke mate afhanke-

lijk van de prestatie- en prijsontwikkeling en het productievolume van batterijenpakketten. Er ontstaan

nieuwe markten voor wat betreft grondstoffenhandel en –productie, assemblage, batterijmanagement

systemen en commerciële dienstverlening (lease constructies, enzovoort). Ook het second-life en

recycletraject vormen grote uitdagingen die medebepalend zijn voor het integrale milieuprofiel van

elektrisch aangedreven voertuigen, voor de toekomstige beschikbaarheid van grondstoffen en voor de

commerciële haalbaarheid. Wat is bijvoorbeeld de restwaarde van een batterij en hoe kunnen batterijen

tijdens hun levensduur optimaal worden ingezet? Welke factoren bepalen de levensduur en hoe verhou-

den die zich tot alternatieve oplaadsystemen en voertuigconfiguraties als (plug-in) hybrides (serieel of

parallel) versus volledig elektrisch aangedreven voertuigen?

2.3.2 / state-of-the-art eleKtriciteitsoPslag

Opslag van elektriciteit kan op verschillende manieren plaats vinden, in bijvoorbeeld supercondensato-

ren, redox-flowcellen en verschillende soorten herlaadbare batterijen [19]:

• In supercondensatoren vindt opslag van elektriciteit op een fysische manier plaats aan het

grensvlak van elektrodes en een vloeibare elektrolyt dat ionen bevat. Het grote voordeel hiervan

is dat elektriciteit extreem snel kan worden opgeslagen en weer afgegeven. Deze systemen staan

daarom bekend als hoogvermogend. Het fysisch principe hiervan is dat elektronen in geleidende

materialen zich heel snel kunnen bewegen en dat de ionen in de vloeistof maar een heel kleine

afstand (miljoensten van een millimeter) hoeven te overbruggen. De opslagcapaciteit van deze

vloeistofsystemen is echter sterk gelimiteerd omdat alleen de grootte van het oppervlak bepalend

is voor de hoeveelheid elektriciteit die kan worden opgeslagen. De bulk van de elektrodemateria-

len wordt niet bij de opslag betrokken en de opslagcapaciteit kan daarom nooit concurreren met

die van supercondensatoren. De enige manier om deze concurrentie wel aan te kunnen, is door de

potentiaal aanzienlijk te verhogen tot extreme waardes van meer dan 1000 V, hetgeen met vloeibare

systemen onmogelijk is. Er zijn onderzoekers die claimen dat vaste-stof condensatoren met een

vaste-stof elektrolyt wel concurrerend zouden kunnen zijn.

• Elektriciteitsopslag in redox-flowcellen en herlaadbare batterijen vindt plaats middels conversie

van elektriciteit in chemische deeltjes waarvan de valentietoestand verandert tijdens stroom-

doorgang. In deze systemen worden de energiedragende deeltjes opgeslagen in vloeistoftanks (in

het geval van redox-flowcellen) of in de elektrodes zelf (in het geval van herlaadbare batterijen).

32 33


Bij batterijen is de energieopslagcapaciteit direct gekoppeld aan het te leveren vermogen; in het

geval van redox-flowcellen zijn deze twee grootheden volledig van elkaar gescheiden zoals dat ook

het geval is bij de werking van brandstofcellen. Redox-flowcellen zijn als kleine opslagsystemen

vooralsnog onaantrekkelijk vanwege het gebruik van agressieve chemicaliën (met het daarbij beho-

rende risico op lekkages) en de relatief lage energiedichtheid. Herlaadbare batterijen hebben dus

de voorkeur als opslagmedium in elektrische voertuigen. Afhankelijk van de dimensionering zullen

batterijenpakketten al dan niet gecombineerd kunnen worden met andere systemen in voertuigen.

2.3.3 / lange-termijn ontWiKKelingen Batterijen

De lange-termijn ontwikkelingen ten aanzien van elektrisch aangedreven vervoersmiddelen richten zich

op de door de automotive sector zelf gedefinieerde doelen [20-23]:

• Energiedichtheid van minimaal 200 Wh/kg

• Vermogensdichtheid van minimaal 1000 W/kg gedurende normaal gebruik

• Kostenreductie tot een kostprijs van maximaal 150 €/kWh

• Verbeterde veiligheid onder alle omstandigheden

• Levensduur van minimaal 10 jaar met een cycle-life van minimaal 2500 cycli

• Werktemperatuur tussen -40 ºC to 60 ºC

• Gebruik van duurzame, milieuvriendelijke en ruim beschikbare materialen

De belangrijkste doelen zullen afzonderlijk worden toegelicht:

energieDichtheiD

De energiedichtheid van een batterij wordt gegeven in kWh/kg (gravimetrische energiedichtheid) of in

kWh/l (volumetrische/specifieke energiedichtheid). Daarbij worden batterijen veelal geclassificeerd in

hoog-vermogen of hoge-energie batterijen. De hoog-vermogen batterijen hebben hierbij doorgaans een

lagere energiedichtheid, wat te maken heeft met de hoeveelheid inactief materiaal benodigd om het ge-

wenste vermogen te kunnen leveren. De twee andere belangrijke factoren die bij de energiedichtheid een

rol spelen, zijn de spanning (V) waarbij de batterij functioneert en de hoeveelheid elektronen die het per

gewichtseenheid kan opslaan in chemische vorm (Ah/kg). De huidige Li-ion batterijen, die gebaseerd zijn

op lithiumijzerfosfaat en koolstof dan wel lithiummangaanoxide en lithiumtitanaat, voldoen momenteel

nog niet aan de gestelde eis van hoge energiedichtheid. Deze systemen zijn echter toch reeds interes-

sant omdat ze andere goede eigenschappen combineren zoals hoog-vermogen, levensduur en veilig-

heid. Omdat de energiedichtheid relatief gering is, zullen er andere combinaties van materialen gezocht

moeten worden die ook op dit gebied goede eigenschappen vertonen en aan de eis van 200 Wh/kg kunnen

voldoen.

VermogensDichtheiD

De gevraagde vermogensdichtheid voor een EV (1000 W/kg) is aanzienlijk lager dan voor een HEV (2000

W/kg), hetgeen direct te maken heeft met de grootte van het in te bouwen batterijsysteem. In detail

zijn de gevraagde vermogensdichtheden voor een EV: 400 W/kg gedurende normaal gebruik bij vijf uur

ontladen, 1000 W/kg gedurende 2 minuten ontladen en 2000 W/kg gedurende 10 seconden ontladen. Het

is dus van belang dat de batterij gedurende een korte periode heel snel veel vermogen kan afgeven. Voor

de langere periodes zijn deze eisen wat minder hoog. Daarnaast is het van belang dat de remenergie

ook in batterijen kan worden opgeslagen hetgeen tot een aanzienlijke energiebesparing leidt. Men heeft

berekend dat zo’n 15% van de energie terug gewonnen kan worden, aannemende dat de batterijen deze

vermogens onder alle omstandigheden goed kunnen accommoderen. Hierbij moet worden opgemerkt

dat de ladingstoestand van de batterijen een grote rol speelt in de vermogensdichtheid die een batterij

kan leveren en/of accommoderen [21, 23].

KostenreDuctie

Kostenreducties voor de batterijen liggen niet alleen in het vinden en ontwikkelen van nieuwe duurzame

materialen maar ook in de behuizing, veiligheidssystemen en de fabricage van al die onderdelen. Voor

een Li-ion of Li-polymeerbatterij dragen de kathode- en elektrolytmaterialen sterk bij aan de kostprijs

(respectievelijk 50% en 25% van de materiaalkosten). Maar ook de opbouw van grote batterijenpakketten

met de daarbij behorende koelingsfaciliteiten en de veiligheids- en (ont)laad elektronica is nog steeds

een hoge kostenpost, momenteel in de orde van grootte van 50% van het totale batterijpakket [24]. Met

name de overgang naar massaproductie kan een sterke kostenreductie met zich meebrengen. Ondanks

deze mogelijkheden voor kostenreductie is het de vraag of de beoogde 150 €/kWh haalbaar is. Dit zal in

ieder geval nog veel ontwikkelingen en innovaties vergen.

VeiligheiD

De geopperde Li-ion batterijen zijn momenteel minder veilig dan loodzuur, nikkel-cadmium en nickel-

metaalhydride (NiMH) batterijen. Juist in een elektrische auto speelt veiligheid een belangrijke rol. Om

de veiligheid te garanderen worden er chemische veiligheidsystemen ingebouwd, zoals additieven die de

chemische stabiliteit van de actieve componenten kunnen waarborgen alsmede temperatuurgevoelige

membranen die bij oververhitting dichtslaan en daarbij de kortsluitstromen blokkeren. Ook de behui-

zing van de batterijen speelt hierbij een rol, bijvoorbeeld door het aanbrengen van veiligheidsventielen.

Daarbij zijn er een aantal externe veiligheidssystemen aanwezig om het veilig laden en ontladen te

regelen: het zogenoemde batterijmanagement systeem (BMS). Het aanbrengen van deze extra veilig-

heidssystemen brengt echter extra materialen in de batterij, wat ten koste gaat van de doelstellingen

voor energiedichtheid en kosten.

leVensDuur

De levensduur van herlaadbare batterijen wordt doorgaans gegeven in het aantal cycli dat er geladen

en ontladen kan worden (cycle life) en wordt bepaald tot op het moment dat de capaciteit gedaald is tot

80% van de initiële capaciteit. Daarnaast speelt de gewone levensduur een rol (calendar life). Dit laatste

aspect is voor moderne herlaadbare batterijen doorgaans ondergeschikt geworden aan de cycle life. De

huidige systemen zijn veelal ontwikkeld voor laptop computers en mobiele telefoons, die slechts drie

jaar meegaan en dan tot zo’n 300-400 maal geladen en ontladen worden. Voor tractiedoeleinden liggen

de eisen echter een stuk hoger, waardoor er nog veel werk gedaan moet worden om deze levensduur

te verlengen. Voor het Li-ion batterijsysteem zijn er nieuwe materialen ontwikkeld die hieraan kunnen

voldoen. De energiedichtheid bij deze systemen is echter nog te laag.

WerKtemPeratuur

De werktemperatuur en tijdelijke hoge temperaturen hebben een dramatische invloed op de levensduur

van de batterij. Dit probleem wordt op verschillende wijzen benaderd. Allereerst worden er materia-

len en additieven ontwikkeld die zorgen voor een stabiel systeem. Voor tractiedoeleinden is het tevens

mogelijk om het batterijsysteem actief (of passief) te koelen. Daarbij kan in geval van extreem lage

temperaturen bezien worden of het systeem actief of passief op temperatuur gehouden kan worden door

respectievelijk interne ontlading en isolatie.

34 35


milieuVrienDelijKheiD, BeschiKBaarheiD en recycleerBaarheiD Van Batterijmaterialen

Batterijen hebben sinds jaar en dag het etiket van potentieel milieuonvriendelijk door het gebruik van

zware metalen en andere giftige en etsende chemische stoffen. In de huidige batterijsystemen zitten

veelal overgangsmetalen als nikkel, kobalt, mangaan maar ook lithium. De wereldvoorraad ten aanzien

van deze materialen wordt bij grootschalig gebruik op termijn sterk onder druk gezet. Er zal daarom

gekeken moeten worden naar grondstoffen die beter beschikbaar en milieuvriendelijker te delven zijn.

Het is ook duidelijk dat recycling een belangrijk onderdeel gaat vormen voor het terugwinnen van deze

grondstoffen. Daarnaast kan de milieubelasting worden beperkt door de levensduur van batterijen te

verlengen, bijvoorbeeld door ze in een second-life toepassing zo lang mogelijk te gebruiken. Daarna is

effectieve recycling noodzakelijk. Vanwege de grondstoffenbeschikbaarheid en de beoogde spreiding in

het gebruik van grondstoffen is het wenselijk niet op één batterijsysteem te focusseren maar meerdere

systemen te gebruiken. Mogelijke voorbeelden zijn het reeds goed ontwikkelde NiMH systeem en nieuw

te ontwikkelen batterijsystemen zoals de magnesiumbatterij.

2.3.4 / Kansen en uitDagingen

Alvorens de kansen en uitdagingen voor Nederland te identificeren, is het goed de gehele waardeketen

van herlaadbare batterijen ten behoeve van elektrisch vervoer in kaart te brengen. Dit is gebeurd in

Figuur 7 waarbij ook gekeken is naar de sterktes van Nederland bijvoorbeeld als in- en doorvoerhaven

en naar het creëren van meerwaarde middels packontwerp en veiligheidselektronica. De waardeketen

laat zich vertalen in diverse economisch potentiële activiteiten waarbij onderzoek en onderwijs grote

initiërende rollen zullen moeten gaan spelen.

Figuur 7 Waardeketen batterijen voor toepassing in elektrisch vervoer

Gezien de eerder beschreven eisen en wensen voor batterijen, zullen toekomstige systemen veelal

gebaseerd zijn op het NiMH en Li-ion systeem. Hiervoor zullen nieuwe materialen ontwikkeld moeten

worden. Daarnaast zullen nieuwe fabricagetechnieken moeten worden ingezet. Ook liggen er kansen en

uitdagingen met betrekking tot [25, 26]:

• Energiedichtheid in relatie tot optimale levensduur

• Productie-opschalingsmogelijkheden

• Toekomstige materiaaltekorten (mijnbouw)

• Veiligheid

• Scholing elektrische ten behoeve van transporteconomie

• Second life

• Recyclebaarheid

Deze onderwerpen zullen hieronder verder worden toegelicht.

energieDichtheiD

Activiteiten om de energiedichtheid te verhogen, betreffen de toepassing van nieuwe materialen en aan-

gepaste fabricagetechnieken om het gedeelte inactief materiaal in de batterij verder te verlagen.

Materiaalcombinaties waar men naar op zoek is, zullen hoogstwaarschijnlijk bestaan uit ijzer, mangaan

en/of nikkel aan de positieve pool en silicium aan de negatieve pool. Ook de inactieve componenten wor-

den hierbij betrokken, zoals de ontwikkeling van andere elektrolytmembranen, –zouten en –oplosmid-

delen, alsmede mogelijke polymeren. Om vervolgens de levensduur van deze materialen en het totale

systeem te analyseren, zullen er verfijnde analysetechnieken ingezet moeten worden. Uiteindelijk zal het

geheel moeten leiden tot een vernieuwde samenstelling van materialen, waarbij het Li-ion concept nog

wel in acht wordt genomen. Hierbij wordt een lithium-luchtbatterij dus niet uitgesloten. Het concept kan

ook gebruikt worden voor natrium en magnesium in plaats van lithium. In dit laatste geval zal er overi-

gens wel een reductie van de energiedichtheid te zien zijn ten gevolge van de verlaagde werkspanning.

ProDuctie Batterijen

Momenteel is de productie van batterijen voor elektrische (EV en PHEV) auto’s nog te kleinschalig om van

massaproductie te spreken. De enige uitzondering hierop vormt de productie voor de bekende hybride

auto’s waarvoor inmiddels grote aantallen relatief kleine batterijenpakketten van het NiMH-type worden

gefabriceerd. Zodra een fabrikant meer dan 100.000 batterijpakketten ten behoeve van EVs en PHEVs

per jaar kan produceren, is sprake van massaproductie en zullen kostenvoordelen te behalen zijn.

Gevolg van deze kostenreductie is dat de materiaalkosten relatief steeds belangrijker worden. Batterijf-

abrikanten die inzetten op grootschalige productie van batterijen ontwikkelen momenteel cellen met een

energie-inhoud van rond de 100 Ah. De overgang naar deze grotere cellen betekent dat het uiteindelijk

eenvoudiger is een systeem op te bouwen, omdat het aantal cellen dan relatief beperkt is.

toeKomstige materiaalteKorten

Er is in verschillende media en bij veel conferenties gesproken over een mogelijk tekort aan lithium en

bepaalde overgangsmetalen dat zou ontstaan bij grootschalig gebruik van Li-ion en NiMH batterijen. Hoe

de markt voor EV batterijen er op termijn uit zal zien, is nog onduidelijk maar het zou goed als deze niet

afhankelijk zou zijn van de toelevering van enkele unieke materialen. In het licht van groene productie

en afvalvermindering zou daarom gekeken moeten worden naar hoeveel “nuttige” elementen er op

economische wijze te extraheren zijn uit afvalstromen. Dit zou deze materialen minder schaars en de

Productie & aanvoer materialen- Grondstoffen (Polymeren) productie

- Transport (e.g. Rotterdam)

Productie Batterijen

Ontwerp en productie Batterijenpacks- Lay out (e.g. T-control)

Ontwerp en productie BMS- Hardware IC’s

- Software algorithms

Onderhoud en hulpdiensten- Onderwijs

Second life

Recycling

36 37


batterijenmarkt stabieler maken. Maar ook de inzet van andere materialen zoals bijvoorbeeld natrium en

magnesium kan een overgang betekenen naar minder schaarse materialen, waardoor materiaaltekorten

ook op de lange termijn geen beperkende factor vormen.

VeiligheiD

Om de nieuwe hoge-energiedichtheidbatterijen veilig te maken en te houden, zullen er maatregelen getrof-

fen moeten worden. Dit begint met de keuze van het batterijsysteem en daaraan gekoppeld de chemie,

hetgeen in directe relatie staat tot de energiedichtheid van het systeem. Er zal daarbij gekeken moeten

worden hoe het systeem in chemische zin gestabiliseerd kan worden. Dit heeft tevens een positieve invloed

op de levensduur van de batterij. Hier wordt vaak gedacht aan additieven in de vorm van surfactants, tem-

perature shut-down membranes en oplosmiddelen die de gasvorming vertragen om snelle drukopbouw

te voorkomen en zo dus ook batterijexplosies. Indien de ongewenste gasvorming traag verloopt, zal een

geschikt veiligheidsventiel afdoende zijn. Verder zal het batterijsysteem op zowel celniveau als batterijni-

veau elektronisch gecontroleerd moeten worden om overladen, overontladen, etc. te voorkomen. Hiervoor

is de toepassing van een goed BMS systeem een vereiste.

scholing

Er liggen veel uitdagingen op het gebied van scholing. Veel mensen die met elektrische auto’s in aanraking

komen (zoals monteurs in garages, ANWB pechmonteurs of brandweerlieden), weten weinig over het

gebruik en de risico’s van elektrische auto’s. Om de introductie van de elektrische auto zo goed mogelijk

te laten verlopen, is het van groot belang alle belanghebbenden te voorzien van goede informatie en goed

scholingsmateriaal. Ontwikkeling van specifieke cursussen is daarom van groot belang. Ook is het belang-

rijk om bij de verschillende automotive opleidingen, variërend van het lager beroepsonderwijs tot het hoger

onderwijs, nu al aandacht te schenken aan de elektrificatie van de toekomstige maatschappij.

“seconD life”

Tijdens het gebruik van een batterij veroudert/verslechtert de performance van een batterij heel lang-

zaam. Na verloop van tijd is een batterij niet goed genoeg meer voor toepassing in een auto, omdat de actie-

radius van de auto dan te laag wordt. De batterij is echter technisch gezien nog niet volledig afgeschreven.

Hij kan immers nog steeds geladen en ontladen worden, alleen niet meer volgens de specificaties die hij

had aan het begin van zijn levensduur. Door verschillende partijen wordt gekeken naar de mogelijkheid om

de batterijen na gebruik in een auto nog in een andere toepassing te gebruiken, bijvoorbeeld in een net-

gekoppelde toepassing. Er zijn verschillende situaties mogelijk waarin deze batterij nog steeds goed kan

worden aangewend, terwijl hij voor de auto niet goed genoeg meer is. Dit wordt ook wel second life toepas-

sing genoemd. Er zal nog veel onderzoek nodig zijn naar veroudering van batterijen en het hergebruiken

van batterijen op een zo veilig en efficiënt mogelijke manier voordat dit werkelijkheid zal worden. Maar

door de in potentie grote aantallen batterijen en hoeveelheid opslagcapaciteit is dit zeker een interessant

onderwerp voor landen die inzetten op grote hoeveelheden elektrische auto’s.

recycleBaarheiD

In Nederland is het een vereiste dat auto’s zoveel mogelijk worden gerecycled aan het einde van de levens-

duur. Dit geldt dus ook voor de batterij. Voor de batterijen in elektrische auto’s is dit recycleproces echter

nog niet ontwikkeld. Hiervoor is nog veel innovatie nodig. Het recycleproces is enerzijds nodig om het

gebruik van een elektrische auto zo duurzaam mogelijk te maken, maar anderzijds is het ook vereist om

de business case voor de elektrische auto te verbeteren. De accu is een duur onderdeel van de elektrische

auto. Als het recyclen ervan ook een duur proces is, verslechtert de financiële haalbaarheid van de gehele

auto. Een goed recycleproces en hergebruik van materialen zijn dus van belang voor de financiële haal-

baarheid en het milieueffect van de elektrische auto. Indien de herwinning niet in eerste instantie econo-

misch rendabel te maken is, zouden vanuit de politiek regulerende maatregelen moeten worden overwo-

gen om daarmee het milieu te sparen en een bijdrage te leveren aan toekomstige materiaalbeperkingen.

Inmiddels is de Stichting Duurzame Recycling van Accu’s en Batterijen (DURAB) opgericht die zich ten doel

stelt de recycling in Nederland verder vorm en inhoud te geven.

2.3.5 / neDerlanDs PersPectief

Drie aspecten zijn van wezenlijk belang voor het welslagen van de beoogde vervoerstransitie: onderzoek,

onderwijs en industrie. In deze paragraaf gaan we nader in op alle drie. Samenvattend kunnen we stellen:

1. onderzoek: Het batterijgerelateerde onderzoek dat aan de Nederlandse onderwijs- en onderzoeks-

instellingen plaats vindt is generiek van aard en onder te verdelen in vier deelgebieden: (i) Batterij-

materiaalonderzoek; (ii) Batterijtechnologieën; (iii) Batterijmodellering en (iv) Batterij Management

Systemen. Onderzoeksresultaten uit deze deelgebieden zullen echter in veel bredere toepassingsge-

bieden kunnen worden aangewend en zijn dus niet exclusief in de vervoerssector toepasbaar.

2. onderwijs: Daarnaast is onderwijs op het gebied van elektriciteitsopslag van cruciaal belang voor het

slagen van de verdere elektrificatie van de samenleving. Dit onderwijs moet mensen gedegen voor

bereiden op de grote technische en maatschappelijke veranderingen die elektrisch vervoer met zich

mee gaat brengen.

3. industrie: Het is een grote misvatting dat de batterijenindustrie alleen zou bestaan uit de productie

van batterijen. Het is van essentieel belang de gehele waardeketen van batterijen te beschouwen:

materiaalontwikkeling, materiaalproductie en verhandeling, batterijproductie maar ook batterijpack

ontwerp en productie, en elektronica die de veiligheid garandeert. Hierbij moet opgemerkt worden dat

de productie van elementaire batterijen slechts de helft van de totale kostprijs van het opslagsysteem

uitmaakt. De andere helft wordt bepaald door de “periferie” middels packontwerp- en productie, en

geavanceerde BMS die gebaseerd zijn op hardware IC’s en software algoritmes. Tenslotte hebben

second-life toepassingen en recycling een groot economisch potentieel.

Onderstaande gegevens en analyses zullen een rol spelen in de discussies om te komen tot een Nationale

R&D Onderzoeksagenda Energie onder auspiciën van het Regieorgaan Energietransitie.

onDerzoeK

state-of-the-art onderzoek

Het batterijgerelateerde onderzoek in Nederland vindt met name plaats bij de technische universiteiten

(TU/e en TUD) maar vanwege het grote belang voor de toekomstige Nederlandse automotive industrie met

haar meer dan 40.000 hooggeschoolde werknemers ook in toenemende mate bij kennisinstellingen (TNO,

KEMA) en industrie (Philips Applied Technologies, NxP en Epyon).

Het fundamenteel georiënteerde onderzoek is onder te verdelen in vier deelgebieden: (i) Batterijmateri-

aalonderzoek; (ii) Batterijtechnologieën; (iii) Batterijmodellering en (iv) Batterij Management Systemen

(BMS). De resultaten komende uit deze onderzoeken worden aangewend in een breed toepassingsgebied,

variërend van grote batterijsystemen voor stationaire netgekoppelde opslagsystemen en de transportsec-

tor, via gebruik in toekomstige lokale microwarmtekracht (μWK) systemen (ook in relatie tot smart grids)

tot conventionele elektronische apparatuur en hele kleine integreerbare vaste-stof batterijen voor implan-

teerbare medische- en autonome sensorsystemen.

38 39


Uit bovenstaande volgt ook dat het een misvatting is dat de “batterij-industrie” alleen zou bestaan uit

de productie van batterijen. Het ontwerpen van batterijenpacks en het besturen van deze complexe

systemen in hun applicaties door middel van geavanceerde BMS die een optimaal en veilig gebruik

waarborgen, zijn van essentieel belang. De batterijen sec maken slechts de helft van de totale kostprijs

van het opslagsysteem uit. De andere helft wordt bepaald door de “periferie” middels geavanceerde BMS

op basis van hardware IC’s en software algoritmes. Het is dus van groot belang in het “batterijenonder-

zoek” de gehele waardeketen te beschouwen.

Naast fundamenteel onderzoek vindt er met name in relatie tot elektrisch vervoer en netgekoppelde

opslag inmiddels ook veel toegepast onderzoek plaats bij kennisinstellingen zoals TNO en KEMA. Onder-

staand overzicht gaat met name in op de ontwikkelingen rond accu’s voor elektrische auto’s, omdat de

(nieuwe) batterijfabrikanten hier de grootste ontwikkelingen laten zien. De Nederlands industrie heeft

elektrisch vervoer inmiddels ook als groeimarkt onderkent. Binnen het High-Tech Automotive System

(HTAS) programma is recent een nieuwe programmalijn Elektrische Voertuig Technologie (EVT) gestart

waarin ook de industrie ruimschoots participeert. Uiteenlopende bedrijven, zoals AGV, Philips Applied

Technologies (pakketontwerp and BMS algoritmes), NxP (BMS IC’s), kennisinstellingen (TNO, ECN) en

universiteiten (TU/e, TUD) hebben hier hun krachten gebundeld. Een gemeenschappelijke onderzoeks-

voorstel onder de titel ‘Powertrain’ is recent door Agentschap NL (voormalig SenterNovem) gehono-

reerd. De nieuwe programmalijn EVT zal verder worden uitgebouwd in de volgende fase van het HTAS

programma. Deze tweede fase zal eind 2011 starten en 4 jaar duren. Verder heeft Philips Applied Tech-

nologies een grootschalig Kennis Werkers Regeling (KWR) project gehonoreerd gekregen op het gebied

van elektrisch vervoer. Hiermee zal de kennistransfer van TU/e naar de industrie de komende 1,5 jaar

verder gestalte worden gegeven. Ook wordt er intensief geparticipeerd in het automotive-gerelateerde

Dutch Innovation Centre for the Electrification of Road Transport (D-incert) consortium.

Naast de Nederlandse inbreng op het gebied van elektrisch vervoer staat dit onderwerp ook nadruk-

kelijk op de Europese agenda getuige het grootschalige Europese consortium E3Car dat nu een jaar

operationeel is. Binnen E3Car werken uiteenlopende partners samen, variërend van de automobiel

industrie (Think, Audi, Fiat), de elektronische industrie (Infineon, ST, Bosch, Siemens, Philips) tot (snel)

laadindustrie (Epyon). POLyZION is een Europees project waarin KEMA in een internationaal consortium

meewerkt aan de ontwikkeling van een nieuwe batterijtechnologie specifiek voor EV. Op het gebied van

netgekoppelde elektriciteitsopslag lopen er diverse initiatieven zoals onderzoek naar nieuwe materialen

voor redox flow- en NaS systemen. Verder is KEMA projectcoördinator van het EU-project GROWDERS

waarin verschillende opslagsystemen worden ontwikkeld en gedemonstreerd in veldtesten. Ook de

second-life toepassingen van batterijen worden momenteel onderzocht.

Het nationale batterijmaterialenonderzoek zal plaats gaan vinden binnen reeds bestaande nationale

consortia waaronder het Advanced Dutch Energy Materials Innovation Lab (ADEM), een samenwerking

tussen de 3TU-federatie en ECN. Binnen het batterijenthema is inmiddels een internationaal industri-

eel consortium geformeerd waarbij de batterijenindustrie een financiering van 1.6 M€ bij elkaar heeft

gebracht. Daarnaast worden batterijgerelateerde onderzoeken op het gebied van batterijtechnologieën

& BMS uitgevoerd binnen het Materials Innovation Instituut (M2i), Agentschap NL en STW-programme-

ringen. Binnen NWO is er momenteel een discussie gaande om de speerpunten van onderzoek in een

vijfjarenplan vast te leggen. Batterijenonderzoek wordt hierbij nadrukkelijk genoemd.

toekomstig onderzoek

Gezien het grote belang van elektriciteitsopslag in alle facetten en toepassingsgebieden, is het van het

grootste belang de bestaande expertise in Nederland verder gestalte te geven en de reeds bestaande

wetenschappelijke en industriële consortia te versterken langs de vier onderzoekslijnen zoals hierboven

geschetst:

i. Batterijmateriaalonderzoek

Op het gebied van nieuwe materialen zullen de vragen zich toespitsen op een verdere verhoging van

zowel de gravimetrische als de volumetrische energie- en vermogensdichtheid. Tegelijkertijd moet

de volume-expansie beperkt worden die tijdens het (ont)laden optreedt, zodat een lange levensduur

gegarandeerd is. Ook zullen nieuwe en dunne separatoren de stabiliteit van de batterijsystemen en

de energiedichtheid verder verhogen. Daarnaast hangt het succes van de introductie van batterijen in

bijvoorbeeld de vervoerssector in sterke mate af van hoe veilig en betrouwbaar batterijen gebruikt zullen

gaan worden tijdens de gehele levensduur. Ook is voor de grootschalige batterijtoepassingen verdere

kostprijsreductie en recyclebaarheid (met oog op materiaalbesparingen) essentieel. Zoals aangegeven

liggen er goede mogelijkheden in zowel het dunne film combinatorial- als bulk materialenonderzoek.

ii. Batterijtechnologieën

De technologie om batterijen voor grootschalige toepassingen te produceren is reeds goed uitontwik-

keld. Het is wenselijk gedetailleerde life-cycle analyses uit te voeren om een goed beeld te krijgen van

energie- en materialengebruik, en deze af te zetten tegen de energiebesparingen tijdens de gehele

levensduur. Tevens worden de materiaalstromen dan goed in beeld gebracht hetgeen een voorwaarde is

om een nieuwe recycle-industrie op te zetten. Hiervoor liggen goede kansen in Nederland.

iii. Batterijmodellering

Ab-initio berekeningen op atomistisch niveau zullen nodig zijn om het materiaalonderzoek richting

te geven. Hierbij zal de focus liggen op de onder (i) genoemde materiaaleigenschappen waaronder de

beperking van de volume-expansie tijdens opslag van waterstof en lithium. Macroscopische fysisch-

chemische batterijmodellen zullen verder worden verfijnd waardoor het bijvoorbeeld mogelijk wordt de

temperatuursopbouw tijdens het (snel)laden en ontladen nauwkeurig te simuleren. Gebruikmakend van

deze geavanceerde modellen zal ook het batterijenpackontwerp, één van de Nederlandse industriële

thema’s, verder verbeteren. Voor veel toepassingen is een nauwkeurige State-of-Charge (SoC) en State-

of-Health (SoH) bepaling cruciaal. Hiertoe zullen ook nauwkeurig adaptieve modellen moeten worden

ontwikkeld die verouderingsprocessen tijdens de levensduur meenemen.

iv. Batterij management systemen (Bms)

SoC en SoH software algoritmes zullen geïmplementeerd worden in BMS hardware IC’s. Hierin speelt

naast het nauwkeurig controleren van de batterijspanningen en stromen ook het controleren van de

temperatuur een belangrijke rol, met name om de beoogde lange levensduur te garanderen. In connectie

met het toekomstige smart grid zullen de energiestromen ook richting het netwerk goed moeten worden

gemeten en gecontroleerd, zeker als er snelladers gebruikt gaan worden.

40 41


Figuur 8 Toekomstige batterijtoepassingen gerelateerd aan de grootte van de opslagsystemen

gewenste aanpak toekomstig onderzoek

Het batterijenonderzoek in Nederland zou sterk gebaat zijn bij een door de overheid gestimuleerde

aanpak. Het meerjaren NWO ACTS Waterstofprogramma zou hier als goed voorbeeld kunnen dienen

voor het fundamenteel georiënteerde batterijprogramma, zoals het materialenonderzoek en batterij-

modelleringsonderzoek. Daarnaast zou het meer toegepaste technologie- en BMS-programma vooral door

Agentschap NL (STW, M2i, etc.) gestimuleerd dienen te worden. Binnen NWO is er momenteel een discus-

sie gaande om de speerpunten van onderzoek in een vijfjarenplan vast te leggen. Batterijenonderzoek

wordt hierbij nadrukkelijk genoemd. Vanzelfsprekend zullen deze programmalijnen in nauwe samenspraak

met de industrie plaats moeten vinden, die inmiddels ruimhartig van hun batterij-interesse blijk hebben

gegeven. Deze plannen vormen ook onderdeel van de nationale R&D agenda Energie zoals die momenteel

wordt opgesteld ten behoeve van het Regieorgaan Energietransitie.

onDerWijs

Bovenstaande beschrijft de nu lopende onderzoeksactiviteiten. Het moet echter benadrukt worden dat de

toekomstige onderwijscomponent op het gebied van elektriciteitsopslag cruciaal is voor het welslagen van

de elektrificatie van de samenleving. Dit impliceert dat het opleiden van ervaren mensen bij opleidings-

instituten, zoals het lager- en middelbaar beroepsonderwijs maar ook op hogescholen en universiteiten,

een belangrijke rol moet gaan spelen om toekomstige medewerkers in de maatschappij in bijvoorbeeld

onderzoeksinstellingen, garages en hulpverlenerdiensten gedegen voor te bereiden op de grote technische

en maatschappelijke veranderingen die elektrisch vervoer met zich gaat meebrengen.

inDustrie

Nederland biedt goede mogelijkheden voor uiteenlopende industriële activiteiten op het gebied van bat-

terijentechnologie. Bij het uitrollen van deze activiteiten zou het verstandig zijn de gehele waardeketen te

beschouwen (Figuur 7).

i. Productie en aanvoer van materialen

Nederland zal een belangrijke rol kunnen vervullen als in- en doorvoerland, met name via de havens van

Rotterdam en Amsterdam. Men moet hierbij denken aan het transport van grondstoffen voor herlaadbare

batterijen. Dit zijn niet alleen de elektrodematerialen maar ook elektrolyten, geleidingszouten en behui-

zingmaterialen (staal, gelamineerde polymeren). Er liggen wellicht ook interessante industriële kansen

voor de productie van halffabricaten (zie tevens ii) zoals separatoren/folies en nieuwe vormen van elektro-

lyten (ionic liquids).

ii. Productie van batterijen

Momenteel is er geen echte batterijfabrikant in Nederland aanwezig. Toch zou deze kunnen ontstaan,

bijvoorbeeld via Nederlandse investeerders die batterijfabrikanten elders in Europa en de wereld bezitten.

Daarnaast kan in Nederland ook bedrijvigheid gestart worden aangaande halffabricaten zoals custom-

made elektrodecoatings voor derden. Deze ontwikkelingen zijn met name interessant voor technologieën

die in Nederland gestart zijn en toegepast kunnen worden bij de productie van batterijen. Overigens, er is

in Nederland al wel een klein aantal bedrijven gestart dat zich bezighoudt met batterijontwikkeling. Door-

gaans zijn dit spin-off bedrijfjes vanuit de universiteiten.

iii. ontwerp en productie batterijenpacks

Het samenstellen van batterijen in batterijenpakketten is een interessante industriële activiteit, niet al-

leen wat betreft het ontwerp van deze pakketten (middels simulaties, etc.) maar ook de daadwerkelijke

assemblage. In de ontwerpfase speelt met name de temperatuurshuishouding een dominante rol. Het is

immers algemeen bekend dat batterijdegradatie sterk afhankelijk is van de temperatuur. Actief dan wel

passief koelen zijn van essentieel belang. Ook de grootte en de lay-out van de batterijenpakketten alsmede

de snelheid waarop deze geladen worden beïnvloeden de temperatuursopbouw. Een bedrijf dat momenteel

al te kennen heeft gegeven hierin een rol te willen spelen, is Philips Applied Technologies.

iv. ontwerp en productie Bms

Om de veiligheid en de levensduur te garanderen is het van cruciaal belang geavanceerde BMS te ontwik-

kelen. Dit vindt plaats middels de ontwikkeling van hardware IC’s en de daarbij benodigde software. Met

name op deze twee gebieden kan Nederland een significante industriële bijdrage leveren, aannemende dat

het kennisniveau van de voorgaande deelgebieden gegarandeerd is. Immers, zonder begrip van elektro-

chemische energieopslag en zonder de daarbij behorende (vereenvoudigde) modellen zal het niet mogelijk

zijn een rol van betekenis te spelen bij de productie van BMS. Potentieel geïnteresseerde bedrijven zijn NxP

en AGV.

v. onderhoud en hulpdiensten

Indien de elektrificatie van het vervoer in de komende decennia doorzet, zal dat ook van grote invloed

moeten zijn op het opleidingsaanbod. Bijvoorbeeld: het onderhoud dat in garages gepleegd wordt, zal gaan

veranderen. Naast het mechanische gedeelte zullen elektronica en software specialismen veel belang-

rijker worden. Verder zullen de hulpdiensten moeten worden voorbereid op een veranderende aard van

calamiteiten. Dit alles impliceert dat er nieuw onderwijs ontwikkeld zal moeten worden, vanaf het lagere-

en middelbare beroepsonderwijs tot het hoger- en wetenschappelijk onderwijs.

vi. second life

Een industriële toepassing van batterijen in een second-life applicatie is nog ver weg omdat de batterijen

uit de elektrische auto’s nog niet beschikbaar zijn - zeker niet op grote schaal. Maar dit kan binnen 10 jaar

wel het geval zijn. Het is daarom goed als de industrie zich daar nu al op voorbereidt. Dit kan voor Neder-

land een goede kennispositie opleveren op dit gebied, met extra werk voor transport van deze systemen,

toevoeging van nieuwe ‘powerelectronics’, opbouwen van de nieuwe systemen en waar nodig het toevoegen

van een energiemanagement systeem.

42 43


vii. recycling

Recycling van batterijen heeft de potentie een belangrijke industrie te worden, zeker nu de batterijen in

elektrische auto’s zo groot worden. Dit betekent dat hier een nieuwe industrie voor zou kunnen worden

opgezet. Technisch zijn er vele uitdagingen. Echter, recycling moet economisch aantrekkelijk zijn voor

de industrietak. Dit betekent waarschijnlijk dat het in de opstartfase gesteund zal moeten worden door

overheidsbeleid en mogelijk door subsidie, waarbij gestimuleerd wordt de recycling zo milieuvriendelijk

mogelijk te ontwikkelen en realiseren.

2.4 / laaD-, Betaal-, en energie-infrastructuur

Prof.dr.ir. Paul Bauer. Electrical Sustainable Energy, Electrical Power Processing, TU Delft

Met bijdragen van Peter van der Sluijs (Alliander), Han Slootweg (TU/e), Marjan Popov en Jan A. Fer-

reira (TU Delft), Evert Raaien (Exendis), Steef Pelgrom (Essent), Douwe Lycklama (Innopay) en Robert

Dekker (ING Bank)

2.4.1 / introDuctie en scoPe

Essentieel voor de snelle implementatie van elektrische mobiliteit is het voorhanden zijn van een laadin-

frastructuur met een voldoende dekking. Maar in hoeverre is de bestaande elektriciteitsinfrastructuur al

geschikt voor de grootschalige uitrol van elektrisch vervoer? Wat zijn de mogelijkheden en beperkingen

van de huidige infrastructuur? Wat zijn de verwachtingen ten aanzien van de eventuele doorbraak van

snellaadfaciliteiten, batterijwisselstations en andere laadmogelijkheden? Hoe zal de identificatie van

gebruiker/voertuig gaan plaatsvinden bij de afrekening van de gebruikte energie en hoe zal het laden

worden gestuurd? Deze vragen zullen centraal staan in deze paragraaf, die als volgt opgedeeld is:

• Laadsystemen en laadtechnologie

• Laadtechnologie versus batterijtechnologie

• Netwerkconsequenties van elektrisch vervoer

• Smart grids

• Betalingsinfrastructuur

Op basis van een gedetailleerde segmentering van de voertuigen en de daaruit voortkomende vraag naar

elektriciteit kan een zeer gevarieerd beeld ontstaan over de infrastructuur die nodig is voor het laden van

elektrische voertuigen. De in deze paragraaf behandelde basisconcepten gaan uit van een generalisatie

van alle segmenten.

2.4.2 / laaDsystemen en laaDtechnologie

huiDige stanD Van zaKen

De huidige elektrische voertuigen worden geladen via een snoeren stekkerverbinding. Dit is een vorm

van conductief laden. Het zorgt voor de verbinding van elektrische auto’s aan het bestaande elektrici-

teitsnetwerk met hoge efficiëntie, zonder de noodzaak van een complexe en kostbare infrastructuur. Een

andere methode van opladen is inductief opladen. Deze wordt later toegelicht. Verschillende snelheden

van opladen kunnen worden onderscheiden zoals standaard opladen, semi-snel en snel opladen (zie

Figuur 9)

Figuur 9 Benodigde laadcapaciteit en technologie voor verschillende snelheden van opladen

Twee basisconcepten voor het snel opladen van een batterij zijn in ontwikkeling: batterijwisselstations

of batterij (snel)laadstations. Oplossingen waarbij batterijen worden gewisseld vergen een netwerk

van wisselstations die min of meer automatisch de lege batterij omwisselen voor een geladen batterij

(bijvoorbeeld Better Place). Gegevens of berekeningen over de technische en economische voor- en

nadelen van (snel)opladen en batterijwisselen zijn niet voorhanden. Snelladen zal een grote toename in

de benodigde elektriciteitsproductie- en netwerkcapaciteit betekenen. Dit zal vooral knelpunten opleve-

ren tijdens het einde van de middag, wanneer mensen met hun elektrische voertuig thuiskomen en het

elektriciteitsverbruik in Nederland sowieso al een piek vertoont.

Figuur 10 geeft een indruk van het elektrisch vermogen dat nodig is voor het laden. Het benodigde

vermogen van de ideale AC (wisselspanning) bron voor het laden een 30kWh batterij is afgezet tegen de

laadtijd. Korte oplaadtijden vergen extreem hoge vermogens.

Niet alleen het vermogen maar ook het bijbehorend volume van de transformatoren kan een belem-

mering vormen. Figuur 11 geeft een schatting van het benodigde volume van de omzetters (laders) voor

de verschillende laadtijden. De gebruikte vermogensdichtheden geven de huidige status (1.7kW/L) en de

voorspelde trend (6kW/L en 10kW/L) weer.

De eisen die aan de oplaadpunten voor langzaam laden worden gesteld, zijn relatief simpel, vergeleken

bij de eisen die gesteld moeten worden aan de snellaadstations. Snelladen is nog een relatief onontgon-

nen gebied en vergt wetenschappelijk onderzoek om te komen tot goede technologische oplossingen.

44 45


Figuur 10 AC Benodigd laadvermogen om een 30kWh batterij op te laden.

Figuur 11 Benodigde laadvolumes bij verschillende vermogensdichtheden

Om het benodigde vermogen uit het elektriciteitsnet te kunnen halen, zullen de oplaadpunten met een

drie-fase 400 Volt AC-aansluiting moeten worden uitgerust. Voor grotere vermogens (>100kW) zullen

nog hogere spanningen nodig zijn. Een andere optie is een gelijkstroom (DC) net in plaats van een wis-

selstroom (AC) net.

Vehicle to grid

De laders kunnen op twee manieren werken. De eerste is de laadmodus, ook wel aangeduid als ‘grid-

to-vehicle’ (G2V). De tweede is de invertermodus. Deze draait de energierichting om en voert de energie

van de batterij terug naar het net en wordt daarom ook wel aangeduid als ‘vehicle-to-grid’ (V2G). Het

ontwerp, de complexiteit en natuurlijk de kosten van de oplader zijn afhankelijk of de V2G modus wel of

niet vereist is. Voor de V2G modus is een slimme lader (smart charger) als onderdeel van het smart grid

vereist.

Kabel en connectoren

Standaard stopcontacten en installatiedraad (kabel) zijn niet geschikt voor een continu vermogen bij

semi-snel of snel laden. Om snel laden te kunnen implementeren, moet er een veilige stekker komen en

snoer met een grotere diameter. De flexibiliteit van de huidige beschikbare kabels is beperkt. Dit kan een

belemmering vormen voor het bedieningsgemak bij snel laden. Thermisch beheer van de bekabeling kan

nodig zijn om verliezen tot een minimum te beperken. Het kiezen van een hogere accuspanning zal de

stroom die nodig is om hetzelfde vermogen te leveren, verminderen, maar er moet voor worden gezorgd

dat de hogere spanningen geen extra problemen gaan veroorzaken in verband met elektromagnetische

compatibiliteit (EMC).

slimme laders

Voor de uitvoering van een gecontroleerde (“smart”) oplaadinfrastructuur moet een betrouwbaar

tweeweg communicatiesysteem geïmplementeerd worden. Communicatie tussen de leveranciers van

elektriciteit en het batterijmanagement systeem (BMS) is noodzakelijk om de integratie met een smart

grid netwerk te kunnen realiseren.

toeKomstige ontWiKKelingen en KennisVragen

inductief laden tijdens het rijden

Het idee om wegen te voorzien van een inductieve laadinfrastructuur voor elektrische auto’s is al een

paar decennia oud, maar het tot op heden nooit geïmplementeerd. Redenen zijn o.a. het lage rende-

ment van de energieoverdracht en de hoge kosten. De belangrijkste technische vereiste om een hogere

efficiëntie te bereiken is een zo klein mogelijke afstand tussen de metalen geleider in de weg (die het

magnetisch veld genereert) en het ontvangende ‘power pick-up’ element van het voertuig. De energie-

overdracht kan ook worden verbeterd door het verhogen van de frequentie van de vermogensoverdracht.

De benodigde omvang van de lader neemt af met toenemende frequentie. Het probleem is echter dat

de verliezen ook evenredig zijn aan de frequentie. Dit betekent dat er een optimale frequentie voor het

systeem gevonden dient te worden.

Figuur 12 Vereenvoudigd schema voor inductief opladen op de (snel)weg

De efficiëntie van het gehele systeem kan worden verbeterd door enkel dat deel van de weg van spanning

te voorzien waar de auto rijdt. De positiebepaling van de auto ten opzichte van het wegdek kan worden

gecommuniceerd middels een optisch of radiofrequentie systeem. Een totale efficiëntie van ongeveer

90% moet technisch haalbaar zijn. Enerzijds zullen inductieve wegen leiden tot extra infrastructurele

kosten, anderzijds kan bij een voldoende omvang van het inductieve wegennet de omvang van de bat-

terijpakketten in de voertuigen worden verminderd. Nader onderzoek naar de kosten en baten van de

verschillende laadopties is essentieel. Daarnaast moeten maatschappelijke zorgen over het inductiecon-

cept, bijvoorbeeld over eventueel optredende elektromagnetische straling, in een vroegtijdig stadium

nader onderzocht te worden.

Onder andere in de VS wordt onderzoek overwogen naar de interessante combinatie van het inductief

laden en de automatische besturing van voertuigen.

inductieve laden tijdens parkeren

Het concept van inductief laden kan ook worden toegepast bij geparkeerde voertuigen. Dit heeft voor-

delen ten opzichte van laden tijdens het rijden: kabels en stekkers kunnen worden vermeden en de

energieoverdracht kan eenvoudiger en met hoge efficiency worden gerealiseerd. De uitdaging ligt in het

optimaal integreren van de inductieve laadtechnologie in onze openbare ruimte, op parkeerplaatsen,

parkeergarages en in de directe woonomgeving.

0 5 10 15 20 250

200

400

600

800

1000

Charge Time [mins]

Figuur 10 Figuur 11

0 5 10 15 20 250

200

400

600

800

1000

1200

Charge Time [mins]

Volu

me

(L)

P AC [k

VA]

1.7kW/L6kW/L10kW/L

Metalen geleiders in de weg wekkeneen magnetisch veld op

Power pick-up element in de auto

46 47


Figuur 13 Inductief laadsysteem geïntegreerd in bumper en rail (DIEMIGO-project Schiphol) [27]

Op basis van de voorgaande analyse zijn de volgende aspecten belangrijk om nader te onderzoeken:

• De technische, economische en maatschappelijke vergelijking van de twee concepten voor snel-

laden, te weten batterijwisselstations en (snel)laadstations

• De fysieke locatie van de oplader (omzetter) hetzij on-board hetzij off-board i.v.m. onderhoud, kos-

ten, rendementen en integratie met de andere functies

• Compacte oplaadpunten, geïntegreerd in gebouwen of in wegen, met een hoog rendement en hoge

vermogensdichtheid.

• Hoog-rendement opladers geschikt voor het bestaande AC- of DC-net met verschillende spanning-

sniveaus

• Kosten en baten van het vehicle-to-grid (V2G) concept

• Slimme laders (smart chargers) en de intelligente controle van het laadproces als onderdeel van

smart grid met tweeweg communicatie

• Oplaadpunten geschikt voor V2G

• Stopcontacten, stekkers en kabels geschikt voor continu vermogen bij semi-snel of snel laden

• Veilige (stralingsarme) inductieve oplaadtechnieken op parkeerplaatsen of bij stoplichten met lage

kosten en hoge rendementen.

• Veilige (stralingsarm) inductieve oplaadtechnieken geïntegreerd in de weg met lage kosten en hoge

rendementen. Kosten – baten analyse voor het inductieve wegen concept.

• Navigatie in combinatie met een inductief laadsysteem

2.4.3 / laaDtechnologie Versus Batterijtechnologie

De prestaties van de batterij en dus van het elektrische voertuig zijn sterk afhankelijk van de wijze waar-

op de batterij wordt geladen en ontladen. De batterijlader vult de energie van een elektrisch voertuig op

een vergelijkbare manier aan als het opnieuw vullen van de brandstoftank. Het verschil met tanken is dat

de lader verschillende mogelijkheden biedt om het voertuig te laden, zoals bijvoorbeeld ‘s nachts thuis.

De batterijlader is een apparaat dat de wisselstroom uit het net omzet in gelijkstroom die nodig is om de

batterij op te laden.

Er zijn vele methoden om batterijen op te laden afhankelijk van verschillende batterijlaad-karakteristie-

ken. De efficiëntie van een batterijcel is meestal gedefinieerd in termen van een ’cyclic efficiency’, dat wil

zeggen een complete cyclus van laden en ontladen. Bij snelladen met hoge inputstroom zal het rende-

ment dalen, de temperatuur van de batterij zal stijgen en het thermisch beheer wordt kritischer dan bij

langzaam laden met lagere inputstroom. Zowel de levensduur als de efficiëntie van de batterij zullen

verminderen. De levensduur van de batterij is daarnaast afhankelijk van de diepte van de ontlading, het

aantal cycli en de leeftijd. Diepere ontlading zal resulteren in een kortere levensduur.

Kennisvragen rond de afstemming van laadtechnologie en batterij:

• Ontwikkeling van oplaadmogelijkheden in nauwe samenhang met de ontwikkeling van afmetingen,

prestaties en kosten van batterijen. Wanneer batterijen veel capaciteit hebben, worden beschik-

baarheid en prestaties van oplaadpunten minder relevant.

• Bepaling van de laadtoestand van de batterij (state of charge) en deze eventueel mee laten wegen

bij het bepalen van het oplaadtempo.

• Slimme opladers moeten samen met het batterijmanagement systeem zorgen voor het hoogst

mogelijk rendement en lange levensduur van de batterij.

2.4.4 / netWerKconsequenties Van eleKtrisch VerVoer

huiDige stanD Van zaKen

Het is in Nederland op dit moment technisch niet mogelijk om op grote schaal elektriciteit op te slaan

in het elektriciteitsnetwerk. Daarom volgt de productie van elektriciteit het verbruik van elektriciteit.

De elektriciteitsvraag zelf is min of meer autonoom; deze wordt uiteraard bepaald door het jaargetijde,

het tijdstip op de dag, etc., maar vanuit het elektriciteitsvoorzieningsysteem worden aan het verbruik op

geen enkele wijze (technische) beperkingen opgelegd. Op precies te zijn, wordt de actuele balans tussen

vraag en aanbod gereflecteerd door de actuele elektriciteits- of APx-prijs5 terwijl de capaciteitssitu-

atie in het netwerk noch in de prijs, noch in de technische beperkingen gereflecteerd wordt. Daarnaast

worden de actuele prijssignalen op de elektriciteitsmarkt alleen aan grootverbruikers doorgegeven.

Vanwege technische beperkingen en transactiekosten worden ze niet of nauwelijks doorberekend aan

het midden- en kleinbedrijf of aan huishoudens.

Met het veronderstelde aantal van 200.000 tot een miljoen elektrische auto’s in 2020 is niet de beno-

digde energie maar het gevraagde piekvermogen een punt van aandacht.6 Een ongestuurd proces van

snelladen zou bij grootschalige implementatie het benodigd piekvermogen van het elektriciteitsnet in

Nederland kunnen verdubbelen. Daarom moet snelladen vanuit het oogpunt van de beheersbaarheid en

betaalbaarheid van de elektriciteitshuishouding in zekere mate een uitzondering blijven.

De volgende grafieken laten de groei van het piekvermogen zien voor het jaar 2020, gebaseerd op het mi-

nimale en maximale vermogen behorende bij de verschillende laadsnelheden. Uitgegaan is van 200.000

elektrische auto’s en een verdeling van 70% langzaam laden na 22:00, 28.8% vóór 22:00, 1% semi-snel

en 0,1% snel laden.

5 De Amsterdam Power Exchange

(APx Group) is een markt waar energie

verhandeld wordt. Er wordt gehandeld in

elektriciteit en aardgas

in Nederland, het Verenigd Koninkrijk

en België. De APx is een spot market: er

wordt gehandeld in uur-prijzen. Voor elk

uur van elke dag

wordt voor elk uur van de dag een aparte

prijs vast gesteld.

6 Verregaande segmentering van het

genoemde aantal elektrische voer-

tuigen kan grote invloed hebben op de

netwerkbelasting. Het

geschetste scenario is min of meer

‘worst case’.

48 49


Figuur 14 Netbelasting (charging load) veroorzaakt door voorziene elektrisch vervoer in Nederland in 2020[26] [28]

oplaadpunten

Er moeten oplaadpunten en ICT beschikbaar zijn voor het intelligent sturen van het laadproces. Deze

worden echter niet gerealiseerd zolang er slechts een gering aantal elektrische auto’s rijdt. Deze situ-

atie is ook het gevolg van het huidige reguleringskader, dat ertoe leidt dat deze maatschappelijk uiterst

relevante ontwikkeling voor netbeheerders een (financiële) bedreiging vormt, in plaats van kansen biedt.

Oorzaak hiervan is het feit dat in de huidige situatie alle investeringen die een regionale netbeheerder

doet zonder dat deze door andere regionale netbeheerders ook worden gedaan, worden aangemerkt

als “inefficiënt”. Daarom kunnen deze niet worden bekostigd uit de transporttarieven, die ook nog eens

gebaseerd zijn op de historische kosten en op geen enkele wijze rekening houden met toekomstige ont-

wikkelingen, waaronder de grootschalige introductie van elektrisch vervoer.

Een praktischer probleem is dat minder dan 20% auto op eigen terrein kan parkeren. In de vorige sectie

is aangenomen dat er een driefase aansluiting beschikbaar is. Het zou betekenen dat ongeveer 1,5 mil-

joen huizen van een verzwaarde driefase aansluiting moeten worden voorzien.

ac of Dc netwerk

De elektrische auto’s kunnen geladen worden uit een bestaand wisselspanning (AC) netwerk van ver-

schillend spanningsniveau of een (bestaand) gelijkspanning (DC) netwerk.

toeKomstige ontWiKKelingen en KennisVragen

Het elektriciteitsnetwerk zal een toename kennen van het aantal decentrale elektriciteitsproducenten

die verschillende hoeveelheden elektriciteit aan het nationale net leveren (windenergie, zonne-energie).

De integratie van deze decentrale producenten eist dat het elektriciteitsnet wordt geherstructureerd. Dit

biedt de unieke gelegenheid om gelijktijdig strategische maatregelen te nemen om het netwerk geschikt

te maken voor elektrische mobiliteit. Grootschalige invoering van hernieuwbare elektriciteitsbronnen

vereist ontkoppeling van de opwekking en de productie van elektriciteit, bijvoorbeeld via elektriciteitsop-

slag en/of flexibele belasting van het netwerk. De batterijen in elektrische auto’s zijn een zeer veelbelo-

vende manier om de gewenste ontkoppeling te faciliteren.

Op basis van de voorgaande analyse zijn de volgende aspecten belangrijk om nader te onderzoeken:

• Elektrische auto’s kunnen (snel)geladen worden uit een bestaand AC netwerk of een (bestaand) DC

netwerk. Welke optie biedt in welke situatie het meeste voordeel?

• Hoe zit een nieuw reguleringskader eruit dat ertoe leidt dat de opbouw van een laadinfrastructuur

wordt bevorderd?

• In welke mate zijn de bestaande huisaansluitingen te verzwaren naar een driefase aansluiting

geschikt voor elektrisch laden?

• Hoe kunnen decentrale energieproductie, energieopslag en netontkoppeling geïntegreerd worden?

2.4.5 / smart griDs

nut en nooDzaaK

Vanuit maatschappelijk oogpunt geldt als randvoorwaarde voor de grootschalige realisatie van elek-

trisch vervoer dat bestaande en nieuw te bouwen productie- en netcapaciteit optimaal dient te wor-

den benut. Met andere woorden: er moet maximale flexibiliteit zijn ten behoeve van de inpassing van

duurzame elektriciteitsproductiemiddelen, en het bestaande productiepark en elektriciteitsnet moet

optimaal benut worden. Vele onderzoeken tonen aan dat met behulp van het smart grid concept veel

meer elektrische voertuigen kunnen worden opgeladen tegen aanzienlijk lagere kosten dan wanneer de

intelligente controle van het laadproces niet wordt toegepast. Zoals gezegd, de grootschalige inpassing

van duurzame elektriciteitsproductie vergt echter een zekere mate van ontkoppeling van vraag naar en

aanbod van elektriciteit. Met flexibele, stuurbare belasting, bijvoorbeeld in de vorm van de batterijen van

elektrische auto’s, kan deze ontkoppeling worden gerealiseerd.

Door een grootschalige introductie van elektrisch wegtransport kunnen dus niet alleen grote hoeveel-

heden primaire energie worden bespaard maar wordt tevens de integratie van duurzame bronnen in het

elektriciteitsvoorzieningsysteem ondersteund. Vanwege de flexibiliteit van de belasting neemt de nood-

zaak om te voorzien in reservevermogen voor perioden waarin weinig duurzame elektriciteit beschik-

baar is immers af, terwijl overschotten aan duurzame elektriciteit in de batterijen van de auto’s kunnen

worden opgeslagen.

Het aansturen van het laadproces van de auto’s op een dusdanige wijze dat de beschikbare productie- en

netwerkcapaciteit optimaal wordt benut en er maximale flexibiliteit wordt gerealiseerd ten behoeve van

het handhaven van de balans tussen productie en verbruik, is een complexe aangelegenheid (zie Figuur

15). Hierbij speelt een groot aantal factoren een rol, zoals:

Figuur 15 Decentrale elektriciteitsproductie en ontkoppeling van de opwekking en productie van elektriciteit.

Total Charging Load in 2020 (MW)

-

500.0

1,000.0

1,500.0

2,000.0

2,500.0

3,000.0

3,500.0

4,000.0

MaximumMinimum MaximumMinimum

Cha

rgin

g Lo

ad (M

W)

Slow Charging Medium/Semi-fast Charging Fast Charging

Slow Charging Medium/Semi-fast Charging Fast Charging

Charging Load at Percentage of Peak Load in 2020

-

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

Perc

enta

ge o

f Pea

k Lo

ad (%

)

50 51


• De mobiliteitsbehoefte van de berijder van de auto

• De door de berijder gestelde randvoorwaarden aan de voor het opladen beschikbare tijd en eventu-

eel aan de te betalen prijs

• De actuele en voorziene beschikbare capaciteit van het elektriciteitsnet

• Het actuele en voorziene aanbod van conventioneel en duurzaam geproduceerde elektriciteit, dat

uiteraard in de elektriciteitsprijs wordt gereflecteerd

WerKing en BenoDigDe technologie

Het smart grid concept specificeert de uit te voeren optimalisaties op diverse niveaus en de daartoe

noodzakelijke informatiestromen. Het heeft als doel om met de beschikbare elektriciteitsproductiemid-

delen en de capaciteit van het elektriciteitsnet op optimale wijze aan de energievraag van elektrische

auto’s te voldoen. Dit gebeurt op basis van de voorkeuren van de berijder en binnen de technische en

financiële randvoorwaarden van het energieaanbod van duurzame bronnen. De kern van het smart grid

concept bestaat uit een aantal regellagen. Hierbij wordt allereerst lokale informatie geaggregeerd met

betrekking tot energievraag, aanbod en netcapaciteit. Op basis van deze informatie wordt een integrale

optimalisatie uitgevoerd. Daarna wordt het resultaat van de optimalisatie teruggecommuniceerd naar de

lagere regelniveaus om daar binnen de gegeven kaders verder geoptimaliseerd te worden.

De toepassing van intelligente sturing met het smart grid concept vergt de nodige ICT investeringen.

Deze lijken echter aanmerkelijk lager dan de investeringen in productie- en netcapaciteit die nodig zijn

wanneer het laadproces niet intelligent wordt aangestuurd. In het kader van de werkzaamheden van de

Taskforce Smart Grids is recent een discussie ontstaan over de mogelijke gevolgen van het toevoegen

van ICT met een levensduur van 5 tot 10 jaar (onderhavig aan storingen) op een systeem dat minstens

100 jaar moet meegaan. Is het toevoegen van intelligentie alleen voldoende of moet het netwerk (ook)

verzwaard worden? Wat betekent de toevoeging van intelligentie voor de leveringszekerheid van elektri-

citeit?

Om te voorkomen dat hoge kosten ontstaan door het onnodig verzwaren van infrastructuur en/of het

onnodig bijbouwen van elektriciteitsproductiemiddelen is nog veel onderzoek nodig. Tot nu toe zijn er

uitsluitend systematieken die recht doen aan de actuele vermogenssituatie binnen het systeem; ook de

netwerken zullen echter moeten worden ingebracht in de systematiek om zowel bestaande, als nieuw bij

te bouwen aanleg optimaal te benutten.

tariefsystematieK

Zoals eerder gezegd, biedt elektrificatie van wegtransport potentie voor het besparen van fossiele

brandstoffen, het verduurzamen van mobiliteit en het integreren van duurzame elektriciteitsproductie-

middelen in het elektriciteitsvoorzieningsysteem. Tegelijkertijd is het zo dat wanneer een netbeheerder

als enige in het faciliteren van elektrisch vervoer zou investeren, deze investeringen in de onderlinge

benchmark worden aangemerkt als “inefficiënt” en niet in de tarieven mogen worden verdisconteerd.

Dit alles leidt ertoe dat deze maatschappelijk en technologisch uiterst relevante ontwikkeling onder het

huidige regime voor netbeheerders een (financiële) bedreiging in plaats van een kans is.

Een tariefsystematiek die de gebruiker de juiste prikkels toedient door maximaal recht te doen aan de

kostenstructuur van netbeheerders en elektriciteitsproductiebedrijven, is nog nergens ontwikkeld. Ver-

volgens is dan de vraag welke ICT en welke juridische en regulatorische arrangementen daarbij zouden

horen. Naast de reguleringsproblematiek verdient de institutionele inrichting, waaronder bijvoorbeeld

eigendomsverhoudingen en stuurmogelijkheden, grote aandacht.

Figuur 16 Smart grids en elektrisch vervoer

onDerzoeKsVragen

Samenvattend zijn gezien vanuit de directe optiek van elektrisch rijden de volgende aspecten belangrijk

om nader te onderzoeken:7

• Het smart grid concept als intelligente controle van het laadproces met optimalisaties op diverse

niveaus en de daartoe noodzakelijke informatiestromen met als doel het energieaanbod van duur-

zame bronnen, de beschikbare elektriciteitsproductiemiddelen en de capaciteit van het elektrici-

teitsnet op optimale wijze aan de energievraag van elektrische auto’s te voldoen.

• Regellagen van smart grid, te beginnen met de aggregatie van lokale informatie over energievraag-

en aanbod en netcapaciteit ten behoeve van een integrale optimalisatie.

• ICT, juridische en regulatorische arrangementen en de institutionele inrichting voor het Smart Grid

concept.

• Ontwikkeling van een tariefsystematiek dat leidt tot minimale (maatschappelijke) kosten in de

waardeketen voor elektrisch vervoer en een gebalanceerde kosten/baten verhouding voor iedere

schakel in de keten; kosten niet alleen bij de netbeheerder en baten niet alleen bij de leverancier.

• Maatregelen om te voorkomen dat hoge kosten ontstaan door het onnodig verzwaren van infra-

structuur en/of het onnodig bijbouwen van elektriciteitsproductiemiddelen.

In 2009 heeft de Minister van Economische Zaken de Taskforce Smart Grids ingesteld. De prioritering en

programmering van de bovengenoemde onderzoeksvragen dient in nauwe samenspraak met de Task-

force Smart Grids plaats te vinden.

2.4.6 / Betalingsinfrastructuur

De betalingsinfrastructuur moet in een breder verband worden gezien, namelijk als onderdeel van

een compleet business model voor EV opladen. Dit model beschrijft welke partijen welke diensten en

producten leveren aan wie. Onderdeel hiervan is de betalingsinfrastructuur, waarvoor vele varianten

mogelijk zijn. De gebruikte betaalinfrastructuur moet voldoen aan de eisen zoals geformuleerd door de

partijen die samen het business model uitvoeren. Zoals al eerder benadrukt in deze verkenning, bestaat

7 In deze verkenning wordt er van uit

gegaan dat een aantal belangrijke

aspecten zoals de data- en informatie-

architectuur, datastandaardisatie,

data-opslag/eigendom/beheer en

privacy/security in het kader van ac-

tiviteiten van de Taskforce Smart Grids

zullen worden onderzocht. Nadere af-

stemming met de Taskforce zal hierover

plaatsvinden.

52 53


mogelijKe inVullingen Van het eV Business moDel

Het EV business ecosysteem voor berijders en oplaaddienstverleners kan op een drietal generieke wij-

zen worden ingevuld, met ieder hun eigen invulling van de bovengenoemde eisen.

i. tweerollenmodel

In het tweerollenmodel doen de twee partijen direct zaken met elkaar (Figuur 17).

Figuur 17 Tweerollen business model voor EV opladen

De betaling van de berijder aan de oplaaddienstverlener zal rechtstreeks zijn. Dat kan middels bekende

betaalinfrastructuur zoals OV-chipkaart of PIN-pas. Hiervoor is wel dure infrastructuur nodig bij de

oplaadpunten in de vorm van terminals en (mogelijk) telecom verbindingen. Skimming van pasgegevens

is een risico. De oplaaddienstverlener kan er ook voor kiezen om berijders middels een abonnement te

laten betalen dat vooraf of achteraf via online bankieren of incasso afgerekend kan worden. In dat geval

is er helemaal geen extra infrastructuur nodig maar moet de oplaaddienstverlener de toegang tot het

oplaadpunt beperken middels het herkennen van de berijders die een abonnement hebben (‘white list’).

Herkennen vereist wel technologie zoals RFID-chips en -lezers.

Nadeel van het tweerollenmodel is de zeer beperkte schaalbaarheid, als gevolg van mogelijk verschil-

lende hardware standaarden en betaalsystematieken. Berijders willen straks overal kunnen opladen en

dat kan met een tweerollenmodel niet vanzelfsprekend.

ii. Drierollenmodel

In het drierollenmodel is er een centrale partij (platform) die zich als dienstverlener opstelt richting de

berijder én oplaaddienstverlener. Beide partijen hebben een (klant) contractrelatie met het platform, dat

op deze wijze het oplaadnetwerk faciliteert. In de markt kunnen en zullen meerdere platforms actief zijn,

leidend tot keuze voor berijder en oplaaddienstverlener.

Figuur 18 Drierollen business model voor EV opladen

Concurrentie leidt tot meer standaardisatie voor berijder en oplaaddienstverlener. Betalen wordt door

het platform gefaciliteerd middels een verrekeningssystematiek aangezien beide partijen een relatie

�Betalen

Oplaadnetwerk(platform)

Verreke

ningVerrekening

Oplaaddienst-verlener

Dienst leverenBerijder

de mobiliteitsmarkt uit vele segmenten. De optimale betalingsstructuur zou wel eens per segment sterk

kunnen verschillen. Professionele gebruikers (zoals bijvoorbeeld taxibedrijven) met enkele oplaad-

punten hebben in principe geen behoefte aan betalingsinfrastructuur. In dit stuk zullen we eerst het

business model bespreken, waarbij ook een aantal mogelijke betalingsmechanismen behandeld zullen

worden.

Business moDel Voor het oPlaDen Van eleKtrische Voertuigen (eV oPlaDen)

EV opladen heeft de eigenschappen van een tweezijdige markt. In een tweezijdige markt zijn er twee

gebruikersgroepen met ieder hun eigen behoeften. Bij EV opladen zijn de twee gebruikersgroepen:

• de berijder: de afnemer van de oplaaddienst. Dit kan de berijder zelf zijn of de eigenaar van de auto.

• de oplaaddienstverlener: de aanbieder van de oplaaddienst. Dit is iedereen en iedere partij waarbij

een berijder de auto kan opladen. Dit kunnen onder andere zijn: openbare palen op straat, stopcon-

tact op kantoor, bij een restaurant of hotel, voor woningen aangeboden door particulieren etc.

Naast de gebruikers zijn de beheerders van de infrastructuur ook stakeholders. Zij zorgen ervoor dat

laadpunten tijdig aangesloten en storingsvrij beschikbaar zijn.

Het business model zal erop gericht moeten zijn dat de twee gebruikersgroepen hun eisen en wensen

optimaal ingevuld zien. Denk hierbij aan onder andere aan:

Tabel 1 Wensen, eisen en uitgangspunten voor een business model EV opladen

�

Berijder

Betalen


Dienst leveren

Wensen/Eisen Uitgangspunt

De berijder wil overal kunnen opladen Geen ‘range anxiety’

De oplaaddienstverlener wil alle auto’skunnen laten opladen

Maximale markt voor oplaaddienstverlening

Verschillende oplaadtechnologieën dienen ondersteund te worden

Geen technologische afhankelijkheid

Gebruik van standaarden: hardware,software, communicatie, processen

Minimale technische complexiteit, maximale inter-operabiliteit en maximale schaalbaarheid

Eenvoudig afrekenen: de drempels en kosten moet zo laag mogelijk

Optimaal gebruiksgemak versus kosten versus ‘financiële’ veiligheid

De veiligheid moet gewaarborgd zijn Fysieke veiligheid

Toetreding tot het ecosysteem moet open en eerlijk zijn

Waarborging van marktwerking en maximale groei van het netwerk

54 55


onderhouden met het platform. Ook hier kunnen diverse betaalmethoden een rol spelen zoals beschre-

ven bij het tweerollenmodel.

Schaalbaarheid is sterk verbeterd ten opzichte van het tweerollenmodel, maar ook hier is volledige

dekking moeilijk te realiseren, omdat dan alle berijders en alle oplaaddienstverleners zich bij hetzelfde

platform zouden moeten aansluiten. Dat is niet realistisch in een concurrerende markt met daardoor

verschillende aanbieders. Het gevolg is nog steeds versnippering voor zowel berijder als oplaaddienst-

verlener, die voor een volledige marktdekking met alle platforms een relatie zouden moeten hebben.

iii. Vierrollenmodel

Bij het vierrollenmodel is de rol van het platform opgesplitst in twee rollen: één die zich richt op dienst-

verlening voor berijders en één die zich richt op dienstverlening voor oplaadpartij (Figuur 19). Van iedere

rol zullen er meerdere in de markt actief zijn. Rollen kunnen door één of meerdere partijen worden

ingevuld.

Figuur 19 Vierrollen business model voor EVs

Essentieel is dat iedere service provider voor berijders een contractuele relatie heeft met iedere service

provider voor oplaaddienstverleners. Hierdoor is bereik gegarandeerd voor zowel berijder als oplaad-

dienstverlener. De berijder en oplaaddienstverlener hebben een relatie met de respectievelijke eigen

service providers. Voorbeelden van service providers voor berijders zijn onder andere energiebedrij-

ven, telecommunicatiebedrijven, banken, leaseorganisaties en belangengroepen (bijvoorbeeld ANWB).

Oplaaddienstverleners zijn partijen die fysiek oplaadpunten exploiteren. Dit zijn doorgaans partijen met

locaties waar veel berijders komen. Hierbij kan gedacht worden aan openbare oplaadpalen, kantoren,

woningen, luchthaven, pompstations, horeca of treinstations. Service providers voor deze partijen kun-

nen bijvoorbeeld netbedrijven, energiebedrijven, infrastructuurpartijen of transactieverwerkers zijn.

Het is dus mogelijk dat partijen meerdere rollen vervullen binnen het EV business model. Betaling van

berijder aan oplaaddienstverlener gebeurt middels verrekeningen via de service providers. De gele-

verde energie alsmede de identiteit van berijders en oplaadpunt wordt geregistreerd (door berijder en/of

oplaaddienstverlener), waarna de berijder (periodiek) afrekent met zijn service provider, die op zijn beurt

weer afrekent met de service provider van de oplaaddienstverlener. De huidige bancaire betaalinfra-

structuur zal hier een centrale rol in spelen, geheel vergelijkbaar met de huidige praktijk van ‘grote bil-

lers’ zoals energie en telecombedrijven. Wel kunnen nieuwe betaalaanbieders (zoals PayPal) ook service

provider worden, zodra deze voldoende berijders aan zich kunnen binden. Recente wetgeving rondom

Payment Service Providers gaat nieuwe betaalaanbieders mogelijk maken [29].

Voorwaarden voor een dergelijk vierrollenmodel zijn onder andere:

• Standaardisatie middels een afsprakenstelsel. Hierin worden afspraken gemaakt tussen service

providers op uitlopende voorwaardelijke gebieden, zoals techniek, functionaliteit, veiligheid, toe-

treding, handhaving, promotie etc. Dit stelsel wordt beheerd door alle relevante stakeholders voor

EV, waaronder de service providers zelf.

• Participatie van service providers. Aantrekkelijk marktbereik kan alleen worden gerealiseerd

wanneer voldoende service providers toetreden tot het netwerk, conform een afsprakenstelsel.

‘Voldoende’ heeft vooral betrekking op de kritieke massa die nodig is om een aansprekend netwerk

te vormen voor zowel berijder als oplaaddienstverlener.

Een vierrollenmodel gaat in essentie over samenwerking tussen in beginsel concurrerende service

providers, maar die elkaar weten te vinden op hun coöperatieve domein middels een afsprakenstelsel.

Daarmee leggen zij allen de basis voor hun concurrentiële rol in de markt. Dit is schematisch weergege-

ven in Figuur 20.

Figuur 20 Standaardisatie binnen het vierrollen business model voor EV opladen

Hierin is te zien dat service providers ‘in concurrentie coöperatief’ werken, volgens standaarden be-

schreven in een afsprakenstelsel. Het is een stelsel omdat er een drietal categorieën onderwerpen wor-

den gestandaardiseerd die een sterke samenhang met elkaar hebben. Op basis van deze standaarden

kan iedere service provider een eigen aanbod naar zijn doelgroep brengen, in concurrentie met andere

service providers. Hier volgt een toelichting op de drie categorieën van standaardisatie.

1. Infrastructuur: naast IT infrastructuur valt hieronder ook de fysieke elektrotechnische infrastruc-

tuur. Denk hierbij aan stekkers, laadspanning en laadstromen. Benodigde smart grid protocollen

kunnen ook hieronder worden geschaard.

2. Applicatie: dit betreft de functionaliteit van de basisdienst voor berijder en oplaaddienstverlener.

Ook de semantiek van berichten alsmede de feitelijke berichtenstandaarden vallen hieronder.

3. Business/governance: afspraken over de besturing van de samenwerking vallen in deze categorie.

�

Berijder

Service providerberijder

Service provideroplaaddienst-

verlener

Relatie

Relatie

Betalen

Afsprakenstelsel


Dienst leveren

Relatie

Verrekening

Berijder

Service providerberijder

Service provideroplaaddienst-

verlener

Betalen


Dienst leveren

Relatie

Verrekening

-

-

Business /governance

Applicatie

Infrastructuur

Gebruikers

Serviceproviders:- producten- diensten- proposities

Toel

ever

anci

ers

Afs

prak

enst

else

l

Coö

pera

tief

Com

petit

ief

Vraa

gAa

nbod- Rules & regulations

- Business model- Merk en licentiering- Specificatie & certificatie

- Functionaliteit- Semantiek- Berichtenstandaarden- …

- Protocollen- Connectiviteit- Beveiliging (logisch, fysiek)- …

Relatie

Relatie

56 57


Denk hierbij aan toetredingscriteria, kwaliteit en handhaving daarop. Ook het business model voor

alle deelnemers moet worden afgesproken alsmede gezamenlijke promotie.

In Figuur 20 is ook te zien dat het coöperatieve en het competitieve deel samen de vraag van berijders en

oplaaddienstverleners invullen. Beide doelgroepen zijn klant.

Een essentiële rol is weggelegd voor toeleveranciers aan een EV business ecosysteem. Zij leveren

producten en diensten conform een te maken afsprakenstelsel en worden hiervoor gecertificeerd.

Voorbeelden van leveranciers zijn energie-infrastructuurleveranciers, netbedrijven, energiebedrijven,

telecommunicatiebedrijven, processingleveranciers en stekkerleveranciers. Ook is het denkbaar dat

sommige toeleveranciers ervoor kiezen om ook een rol binnen het EV business model te spelen.

VergelijKing tussen De VerschillenDe Business moDellen

Wanneer we bovenstaande modellen toepassen op de eisen en wensen uit Tabel 1, ontstaat het volgende

beeld:

Tabel 2 Eisen/wensen in relatie tot verschillende business modellen EV opladen

De volgende zaken vallen op:

• De propositie voor berijders en oplaaddienstverleners wordt optimaal ingevuld in een vierrollen-

model

• Alle rollen kunnen technologieneutraal zijn

• Standaardisatie is het meest van belang in een vierrollenmodel. De kans op meerdere marktstan-

daarden (en strijd daartussen) is het grootst bij twee- en drierollenmodellen

• Afrekenen is het makkelijkst voor alle betrokkenen wanneer er een drie- of vierrollenmodel is,

omdat er verrekend kan worden met een platform of service provider

• Fysieke veiligheid is onafhankelijk van het gekozen business model. Dat zal in iedere standaardi-

satie geregeld moeten zijn en is per definitie iets coöperatiefs. Hierop mag niet worden geconcur-

reerd.

• Toetreding tot het ecosysteem is het meest open bij een tweerollen model. Bij een vierrollenmodel

zal aan toetredingscriteria voldaan moeten worden die door de collectieve aanbieders en overheid

worden gesteld. Bij een drierollenmodel is er geen sprake van toetreding. Iedereen kan een nieuw

platform beginnen om berijders en oplaaddienstverleners aan zich te binden.

Keuze tussen De VerschillenDe Business moDellen

De keuze voor een business model voor EV opladen laat zich niet eenduidig maken. In de praktijk zullen

we de diverse genoemde vormen gaan zien. Wel kan de ontwikkeling van een bepaald business model

worden bevorderd, omdat daarmee de gehele adoptie van EV versneld kan worden. Het helemaal aan

de markt overlaten in deze embryonale fase van de EV markt heeft een groot risico in zich, namelijk dat

allerlei spelers (drierollen-) posities gaan innemen en daar later moeilijk weer vanaf komen, wanneer

blijkt dat belangen van berijders en oplaaddienstverleners onvoldoende gediend zijn.

KennisVragen

Wij zien naast de klassieke aanbieders van energie (zoals Nuon, Essent, Shell) en de netwerk aanbieders

(zoals Tennet, Enexis, Liander) ook service providers voor EV ontstaan. Deze service providers (die overi-

gens ook klassieke aanbieders kunnen zijn) gaan het EV faciliteren en willen eraan verdienen. Hierboven

zijn mogelijke scenario’s geschetst, met het vierrollenmodel als meest uitgebreide variant. De exacte

invulling van de drie service provider-rollen (voor berijder, oplaaddienstverlener en oplaaddienstverle-

ner zelf) is nog te bezien. Aspecten en vragen die bekeken moeten worden zijn onder andere:

• Kopen service providers zelf energie in? Is dat dan de service provider voor de berijder of voor

de oplaaddienstverlener. Of koopt de oplaaddienstverlener zelf zijn energie in? Zijn er meerdere

modellen mogelijk?

• Hoe wordt de fysieke infrastructuur gestandaardiseerd? Is smart grid een designprincipe vanaf

het begin? Of zien we een evolutionair pad voor ons? Gebruiken service providers allemaal dezelfde

fysieke infrastructuur of kunnen providers ook zelf (delen van) infrastructuur aanleggen?

• Hoe slim wordt de auto? Kan een accu communiceren met een oplaadpunt? Vanaf het begin? Wor-

den accu’s centraal bestuurd door een CPU (Central Processing Unit)?

• Is de huidige energiewetgeving nog adequaat? Wordt energieverkoop alleen voorbehouden aan

energiebedrijven, of krijgen ook andere partijen de mogelijkheid om energie door te verkopen? Is

‘gastgebruik’ op stopcontacten een vorm van doorverkopen of oplaaddienstverlening?

• Wat zijn de internationale benaderingen van EV infrastructuur? Zijn we op weg naar een internatio-

naal inter-operabele infrastructuur, vergelijkbaar met het huidige benzinestationnetwerk?

• Wat voor soort partijen kunnen service provider worden? Hoe meer partijen kunnen deelnemen,

hoe meer dynamiek is te verwachten. Tegelijkertijd moet de kwaliteit en veiligheid gewaarborgd

kunnen worden.

• Ontwikkeling van een betaalsysteem dat ertoe leidt dat alle voertuigen op elk oplaadpunt kunnen

laden. Zo wordt onnodige duplicering van oplaadinfrastructuur voorkomen en wordt maximale

marktwerking met bijbehorende minimale kosten bereikt.

Het ontwerp van service provider-rollen en benodigde standaardisatie voor EV-infrastructuur moet ook

worden bezien tegen het licht van de marktontwikkeling van elektrische auto’s. Hoe snel komen er welk

Eisen / wensen Twee rollen Drie rollen Vier rollen

1 De berijder wil overal kunnen opladen - - - +

2 De oplaaddienstverlener wil alle auto’s kunnen laten opladen -- - +

3 Verschillende oplaadtechnologieen dienen ondersteund te worden 0 0 0

4 Gebruik van standaarden: hardware, software, communicatie, processen - + ++

5 Eenvoudig afrekenen: de drempels en kosten moeten zo laag mogelijk - + +

6 De veiligheid moet gewaarborgd zijn 0 0 0

7 Toetreding tot het ecosysteem moet open en eerlijk zijn ++ 0 +

58 59


type auto’s op de markt? Plug-in hybride auto’s (PHEV) die het eerst op de markt zullen komen, vereisen

een andere infrastructuurbenadering dan volledig elektrische auto’s (EV). Zal de markt voor EV-infra-

structuur daardoor geleidelijk op gang komen? De ontwikkeling van een gefaseerd voor de EV infrastruc-

tuur is van groot belang, om zo alle verwachtingen van stakeholders te managen en ook de benodigde

investeringen gefaseerd te kunnen doen.

2.5 / VeiligheiD en milieu

Ir. Frank Rieck. Lector Kenniskring Innovatie en Productrealisatie, Hogeschool Rotterdam

Delphi experts: Ben Ale, Isabel Ruiz Almeyda (TUD), Patrick van der Bijl, Arjan van Vliet (RDW), Petra

de Boer, Kees van de Ende (KEMA), Mark Bolech, Richard Smokers (TNO), Roeland Hogt, Frank Rieck,

Eelco Rietveld (HR), Cees Huijskens, Chris Schoon (SWOV), Bettina Kampman (CE), Wil Kling, Henk

Nijmeijer, Petter Notten (TUE), Joost Laarakkers (ECN), Bram Veenhuizen, Peter ypma (HAN), Marcel

Weeda (ECN), Kasper Zom (ARN)

2.5.1 / inleiDing

Omdat de aspecten veiligheid en milieu controversiële thema’s zijn, is voor een breed opgezette verken-

ning gekozen. Gebruikmakend van de Delphi methode is door een twintigtal internationaal georiënteerde

deskundigen bij verschillende Nederlandse kennisinstellingen zoveel mogelijk feitelijke informatie

verzameld [30]. Om op de kern te focussen, ligt in dit hoofdstuk de nadruk op (minimaal vierwielige)

wegvoertuigen met elektrische aandrijving op de wielen, energieoplag in accu’s en eventueel uitgerust

met een generatorset (range extender). Het is voor de deskundigen niet de vraag geweest óf deze vorm

van elektrificatie van het wegverkeer er komt, maar wanneer, hoe en waarom. Daarnaast worden diverse

aanbevelingen gedaan, zowel voor direct uitvoerbare zaken als voor gewenst vervolgonderzoek.

Figuur 21 Beeldmateriaal van elektrische voertuigen uit het verleden, heden en voor de toekomst

Veilige elektrische mobiliteit is niet nieuw: in 1909 startte ATAx met elektrische taxi’s in Amsterdam

en tegenwoordig rijden er dagelijks treinen, trams, trolleys en metro’s zonder dat dit onacceptabele

veiligheidsrisico’s met zich meebrengt. Ook elektrische auto’s, volgens de definitie van zelfbewegende

rijtuigen, zijn er al in vele vormen geweest (zie Figuur 21). Sommige zijn voor specifieke toepassingen

vandaag de dag zelfs ‘state-of-the-art’. Denk bijvoorbeeld aan de in Nederland gebouwde shuttlebusjes

en de unieke Binkie vuilniswagen van Spijkstaal. Veiligheid is voor deze elektrische voertuigen geen

onoverkomelijk probleem. Er kan dus veel van deze eerdere en bestaande toepassingen geleerd worden.

Waarom moeten we ons dan toch zorgen maken? Is dit vooral vanwege de huidige voorspelde grote snel-

heid van introductie van een grote diversiteit aan nieuwe elektrische auto’s? Het antwoord is ja, want

iedere grootschalige doorbraak brengt weer nieuwe onbekende risico’s met zich mee en een ongeluk

zit hier letterlijk in een klein hoekje. Er heerst bovendien bij iedere vernieuwing een latente angst die bij

het geringste ongeluk met hulp van kritiek uit de hoek van het gevestigde belang of door massamedia

kan omslaan in aversie. De regelgeving is op veel punten nog niet aanwezig of niet adequaat. Men is nog

niet gewend om met de nieuwe techniek om te gaan. Dat geldt zowel nog voor de consument als voor de

onderhoudsmonteur en de hulpverlener. De veiligheidsgevaren beperken zich niet alleen tot de bots-

veiligheid maar betreffen ook voertuigdynamica, elektrocutie, elektromagnetische straling, brand- en

explosiegevaar. Dus in het belang van elektrische mobiliteit in z’n geheel moet het credo zijn ‘better

safe than sorry’. Tenslotte mogen we niet vergeten dat ook de bestaande verbrandingsmotortechniek

inherent gevaren met zich meebrengt. Mochten we deze explosietechniek vandaag de dag voor het eerst

willen invoeren dan zou het volgens Top Gear presentator James May ‘be killed by paperwork’.

Elektrische voertuigen worden van oudsher geassocieerd met milieuvriendelijkheid. Goed voorbeeld is

de elektrische taxi in het verder autovrije centrum van Zermatt in Zwitserland. Van Nederlandse bodem

kennen we al jaren industriële trekkers van Spijkstaal voor transport op luchthavens en in fabriekshal-

len. De nadruk ligt bij deze toepassingen op het uitstootvrije en mogelijk ook stille karakter voor de

directe omgeving: iets wat met de verbrandingsmotor niet mogelijk is. In de jaren ‘90 van de vorige eeuw

is vooral door de ‘Zero Emission’ politiek van Californië de elektrische auto een serieuze optie geweest.

Veel concepten zijn toen tot marktrijpheid uitgewerkt, waarvan wel de bekendste de EV1 van GM was.

Hoewel de productie van dit model door GM werd stopgezet en bestaande modellen werden vernietigd, is

uit deze periode wel de Toyota Prius voortgekomen, de eerste commercieel succesvolle elektrificatie van

de personenauto.

Is dit inderdaad de milieuvriendelijke weg? De meningen hierover zijn nog sterk verdeeld en de vraag is

of we de feiten al kennen of overzien. Het is een complex probleem dat bovendien slecht gedefinieerd is.

Impliceert ‘milieuvriendelijk’ weinig uitstoot van giftige gassen, weinig fijnstof, weinig CO2 over de ener-

gieketen, weinig geluid, minimaal verbruik van grondstoffen of alles tegelijk? Een complete en vooral al-

gemeen geldende vergelijking zal moeilijk of zelfs onmogelijk zijn. Temeer omdat ook lokale omstandig-

heden en verschillende toepassingen een grote invloed hebben op de uitkomst. Het is daarom verstandig

in eerste instantie de milieuprestaties van toepassingen en elektrische voertuigen te onderzoeken die

om verschillende redenen behapbaar zijn. Dat zal waarschijnlijk niet in eerste instantie de gezinsauto

zijn maar wel bijvoorbeeld een elektrische leenauto, stadsbus of vuilniswagen of een snelle sportwagen

voor de liefhebber. Ook dan zal er nog aanzienlijke variatie zijn in de uitkomst, vooral afhankelijk van de

gekozen uitgangspunten ten aanzien van gebruik, productieketen en energieketen. Het blijft waarschijn-

lijk een kwestie van de beste keuze voor het uiteindelijke doel.

60 61


Figuur 22 Vier configuraties van een AC/DC-laadsysteem volgens NEN 61851-1

Elektrische veiligheid speelt een niet te onderschatten rol bij reparatie, onderhoud en noodhulp omdat

men daar onherroepelijk met de meest gevaarlijke delen te maken krijgt. De veiligheidskennis van de

producent moet beschikbaar zijn voor hulpdiensten zoals politie en brandweer. Hulpverleners moeten

in bezit zijn van de calamiteitenkaart waarop plaats van het hoogspanningssysteem (kabels) en de scha-

kelaars zijn weergegeven [36, 37]. Er moet een spanningsmeting worden uitgevoerd voor ingrijpen (met

name bij reparaties). Voor onderhoud en hulpdiensten wordt door KEMA, RDW en TNO een mechanische

stroomonderbreker aanbevolen. Er valt op dit gebied veel te leren van andere elektrische wegvoertuigen

zoals trolleybussen en trams [33]. Zo beveelt de RET voor noodgevallen een van binnenuit en buitenaf

bedienbare mechanische onderbreker van de stoombron aan (bij de tram de pantograaf). Voorzieningen

als een automatische uitschakeling van het elektrische systeem en eventueel een serviceplug verhogen

de veiligheid tijdens onderhoud of noodhulp aanzienlijk. In ieder geval moet ook nog enige tijd gewacht

worden of is een kortsluitvoorziening nodig is voor de elektrische ontlading. Een serieuze wens is dat het

stroomcircuit automatisch afgesloten en ontladen wordt als er iets mis gaat [38]. Deze zorg speelt ook

in het geval van het te water geraken [39]. Er is nog te weinig bekend over dit wel zeer typisch Neder-

landse risico. Tenslotte moet bij het optreden bij een incident/ongeval ook informatie en kennis over de

accu’s aanwezig zijn bijvoorbeeld voor het gebruik van de juiste blusmiddelen. Kennis van demontage en

veiligheid is zeer goed toepasbaar voor hulpdiensten. Hierover voert Auto Recycling Nederland (ARN)

momenteel ook een aantal gesprekken. De Hogeschool Rotterdam voert in het kader van eMobility-Lab

samen met e-Traction en RET een praktijkproject uit voor overdracht van kennis in handleidingen voor

onderhoud en gebruik van elektrische stadsbussen [33].

Aan het eind van de levensduur zijn er nog de veiligheidsissues tijdens recycling, demontage en herge-

bruik [40]. ARN heeft de afgelopen maanden uitgebreid onderzoek verricht naar de recycleerbaarheid

van elektrische voertuigen, met een speciale focus op de accu’s. De resultaten zijn begin maart gepre-

senteerd op het International Automobile Recycling Congres in Basel, Zwitserland. Het huidige recy-

clingsysteem voor loodzuur startaccu’s is veilig, economisch en een voorbeeld van gesloten kringloop.

Accu’s voor tractie zijn echter zeer zwaar en daarom in fabrieksmodellen vooral verwerkt in vloer en

chassis, wat uitneembaarheid niet ten goede komt. Analogie met de loodzuur startaccu is lastig omdat

deze goed bereikbaar is, een laag voltage heeft en bovendien geld waard is. Voor Li-ion accu’s is veilig-

heid bij recycling een belangrijk issue, zeker als het voertuig betrokken is geweest bij een ongeluk.

Belangrijk is te realiseren dat een accu niet spanningsvrij gemaakt kan worden tenzij de accu buiten de

2.5.2 / VeiligheiDsasPecten eleKtrisch rijDen

TNO, KEMA en de Rijksdienst voor het Wegverkeer (RDW) leggen op het moment van schrijven van dit

rapport (juni 2010) de laatste hand aan een veiligheidsverkenning voor elektrische voertuigen die in het

kader van de proeftuinen eveneens is uitgevoerd in opdracht van het Ministerie van Verkeer en Water-

staat (V&W). Enkele resultaten van deze studie zijn na fiat van V&W in de verdere tekst verwerkt. In het

kader van eMobility-Lab vooronderzoek worden door de Hogeschool Rotterdam (HR) samen met KEMA

en Innosys thans risicoscripts uitgewerkt [31]. Deze betreffen particulier gebruik, bedrijfsmatig gebruik,

overig verkeer, hulpverleners en professionals (tijdens bouw, onderhoud, reparatie, demontage en recy-

cling). Aanbevolen praktijkonderzoeksthema’s na het vooronderzoek zijn: Ervaringen van gebruikers met

elektrische voertuigen bij opladen, gebruik en onderhoud verzamelen; straling bij elektrische voertuigen

en de daaraan gerelateerd elektromagnetische compatibiliteit meten, en verdere uitwerking voor edu-

catie en communicatie ten aanzien van elektrisch aangedreven voertuigen [32].

2.5.3 / eleKtrische VeiligheiD

Elektrocutie is waarschijnlijk het eerste gevaar waar men bij elektrische voertuigen aan denkt. In de

auto-industrie wordt (veiligheidshalve) accuspanning boven 60 Volt gelijkstroom (VDC) al als levensge-

vaarlijk beschouwd (norm ECE R10025). In de industrie hanteert men daarvoor de grens van 96 VDC. De

eerder genoemde industriële voertuigen zoals die van Spijkstaal blijven bewust onder de industrienorm

[33]. Echter de meeste elektrische bussen, bestelauto’s en personenauto’s werken vanwege de hogere

gewenste vermogens met gevaarlijk hoge accuspanningen van 300 tot 600 VDC. Goede ‘automotive’ infor-

matie hierover is te vinden in [34]. Veel problemen zijn te voorkomen door het deugdelijk monteren en

goede isolatie van elektrische componenten in het algemeen en bedrading in het bijzonder. Hoogspan-

ningskabels moeten vooruitlopend op de ECE R100 norm herkenbaar zijn door de oranje kleur [35].

Een mogelijk risico van ondeugdelijke batterijen kan ontstaan bij onjuist laden, bijvoorbeeld met een te

hoog vermogen of bij een te lage temperatuur [36]. Ook het overladen of te snel laden door regeneratief

remmen valt onder dit risico. De meeste laadaccu’s zoals de NiMH accu zijn relatief veilig, Li-ion is in po-

tentie gevaarlijk. Een goed accumanagement systeem in combinatie met selectie van de juiste chemie en

een automatische afschakeling bij overladen of bij kortsluiting lost een hoop problemen op. De norm EN

61851-127 beschrijft onder andere 4 AC/DC laadsystemen (zie Figuur 22). Deze norm beschrijft ook thuis-

laden en wordt dit jaar geactualiseerd. Hierbij wordt onderscheid gemaakt in verschillende veiligheids-

maatregelen waarmee de meeste (elektrische) veiligheidsrisico’s zo goed mogelijk beperkt worden. Een

ander risico van vooral het thuis of op straat laden is dat mensen zelf met verlengsnoeren gaan werken

of laadstations maken die niet voldoen aan de norm. Naast het stopcontact zelf is er een risico doordat

er veel snoeren worden gebruikt voor auto naar stopcontact (struikelen of wegrijden). Netbelasting is

vooralsnog geen probleem bij de nog sporadisch voorkomende laadpunten. Echter als er bij elk huis

een elektrische auto wordt geladen, zal vraagsturing nodig zijn. Dus zonder automatische vraagsturing

is voorlopig overleg tussen autobezitters en de netbeheerders gewenst [36]. Tenslotte moet op straat

rekening gehouden worden met het reële gevaar van diefstal van waardevolle elektrische componenten

zoals bijvoorbeeld de kabels en accu’s.

62 63


grenzen van het accumanagement systeem (BMS) wordt ontladen. Het werken met hogere spanningen

brengt dus altijd extra risico’s met zich mee voor de betrokkenen bij ontmanteling en vereist daarvoor

een bepaald kennisniveau bij de betrokken medewerkers.

Elektrische onveiligheid ontstaat niet alleen door toedoen van de mens maar ook door externe invloe-

den of door interactie met omgeving (vocht, water, sneeuw, pekel, hitte, elektromagnetische straling,

deformatie). De hoge energie-inhoud van de chemische componenten van accu’s geven risico op brand

ten gevolge van kortsluiting of botsingen, omdat er dan in kort tijd hele grote hoeveelheden energie kun-

nen vrijkomen [36]. Bovendien kunnen de chemische componenten zelf vrij komen bij breuk of brand van

een accupakket. Lithium reageert agressief op (blus)water en sommige Li-ion accu’s bevatten fluor wat

de kans op vormen het giftige waterstof fluoride gas inhoudt [40]. Het compartimentering van accupak-

ketten is een in de praktijk beproefde oplossingen, per compartiment is de spanning lager en ook de

gewichtsverdeling en temperatuurhuishouding is beter in de hand te houden [33]. Net als bij brandstof-

aangedreven auto’s kunnen sensoren met slimme regelingen zorgen voor voldoende redundante veilig-

heidssystemen [41]. In de studie voor V&W adviseren TNO, RDW en KEMA op z’n minst een schakelaar op

de accu zodat het elektrische systeem in uitgeschakelde toestand alleen nog in het accupakket spanning

heeft.

2.5.4 / VerKeersVeiligheiD

Over het algemeen is de totale massa van elektrische voertuigen vanwege het zware accupakket hoog.

Dit is nadelig voor zowel het rijgedrag (actieve veiligheid) als het botsgedrag (passieve veiligheid). Boven-

dien ‘gedragen’ zwaardere voertuigen zich op de weg doorgaans anders dan lichtere voertuigen [42]. Ze

zijn volgens onderzoek van SWOV vaker betrokken bij zware ongelukken. Het gedrag van chauffeurs kan

veranderen door een overstap naar elektrische voertuigen al was het maar door nog conflicterende ver-

wachting van gebruiker, mede door onbekendheid met het rijeigenschappen van het elektrische voertuig

[43]. Bij de introductie van de omgebouwde Lotus van ECE op het circuit Assen bleek deze vele seconden

sneller per ronde dan de snelste fabrieksversie. De testcoureur vertelde dat hij door de zeer directe res-

pons, het enorme koppel en snelle acceleratie anders moest leren rijden. Door het toegenomen gewicht

worden ook bijvoorbeeld remmen, banden, besturing en vering extra belast.

Botstesten en VeiligheiDsinsPecties

Er zijn vanwege de kleine series nog maar weinig elektrische auto’s of dito voertuigen op de markt die

op botsveiligheid zijn getest. Dit is bij de meeste ombouwvoertuigen of voertuigen in die in kleine oplage

zijn gebouwd ook geen verplichting [37]. Op het gebied van accubevestiging wordt er niets anders geëist

dan dat deze deugdelijk dient te zijn. TNO Automotive is specialist op het gebied van de botsveiligheid.

Nederlandse wapenfeiten zijn dat de Think, de eerste in serie geproduceerde Europese elektrische

personenauto, bij TNO op botsveiligheid getest is en de fameuze Amerikaanse Tesla Roadster door de

RDW Europees gekeurd is. Verschillende simulaties en rijtests tonen aan dat zware accupakketten in

onaangepaste voertuigen een negatief effect hebben op zowel actieve als passieve veiligheid [44]. Tijdens

de themabijeenkomst bij het Ministerie voor Economische Zaken voor de presentatie van de Veiligheids-

verkenning op 27 april jl. werd een oproep gedaan om met financiële hulp van de overheid enkele voor

alle bij de ontwikkeling betrokken partijen leerzame crashtests uit te laten voeren.

Een toenemende voertuigmassa (bij gelijkblijvend platform) kan invloed hebben op de goede werking van

bijvoorbeeld Electronic Braking Systems (EBS) en Electronic Stability Control (ESC) systemen. Bij het

ombouwen verandert de lay-out (packaging) van de auto, waardoor tevens het gedrag van passieve vei-

ligheid verandert. Uit botssimulaties van omgebouwde voertuigen komen twee belangrijke aandachts-

punten naar voren: het wegnemen van de verbrandingsmotor verzwakt de structuur en het toevoegen

van de batterijpakketten verhoogt de botsenergie. Vooral bij kleine en middelgrote automodellen kan

dit leiden tot grotere belasting (en mogelijk vervorming) van het inzittendencompartiment [37]. Er is

op dit gebied nog weinig adequate regelgeving voor elektrische voertuigen. Wel wordt op korte termijn

gestreefd naar een vrijwillige veiligheidsinspectie op basis van algemeen gedeelde ‘good practice’. Dit

lijkt in eerste instantie van belang voor de verschillende in kleine serie gebouwde en ombouwvoertuigen

(retro-fit) maar ook bij en met de autofabrikanten is de ervaring nog gering. Bij All Green Vehicles komen

fabrikanten regelmatig de kunst afkijken.

VeiligheiD in De steDelijKe omgeVing

Dat elektrische voertuigen stil zijn, is in stedelijke gebieden een voordeel maar ook zonder maatregelen

een potentieel risico op meer aanrijdingen met voetgangers en fietsers. In de praktijk worden er om

die reden al extra waarschuwingssignalen toegepast. De e-Traction Whisper bussen die sinds kort in

Apeldoorn in dienst genomen zijn hebben een trambel. Dit laatste leidt in Rotterdam voor de soortgelijke

NEMS (e-Busz) bussen echter weer tot verwarring met de trams. Boven de 50 km/u neemt het banden-

geluid toe tot de luidste geluidsbron van voertuigen. Om meer te kunnen zeggen over de effecten van

stille elektrische auto’s in stedelijke gebieden bij lage rijsnelheden (< 50 km/u) is de SWOV begonnen met

een literatuuronderzoek [42]. Optrekken met een verbrandingsmotor is luider dan het bandengeluid. Dit

valt bij elektrische voertuigen weg, wat kan resulteren in een andere dynamiek in het staatbeeld. Daar

komt nog bij dat sommige elektrische auto’s sneller accelereren dan vergelijkbare brandstofauto’s, wat

voor fietsers en voetgangers een nieuw probleem kan vormen. Buitenlands onderzoek van het NHTSA

[45] toont die effecten al aan en het is aannemelijk is er ook voor Nederland dergelijke veranderingen in

het verkeerssysteem optreden die invloed kunnen hebben op de verkeersveiligheid. Dit zal in het ver-

volgonderzoek extra aandacht moeten krijgen [42]. Omdat het thema in Europa als aandachtspunt gezien

wordt en gelet op discussies binnen de EARPA is het waarschijnlijk dat er aan dit onderwerp in de nabije

toekomst ook vanuit de TU Eindhoven een bijdrage geleverd zal worden [38].

Afhankelijk van het aanschafgedrag en het gebruik van elektrische voertuigen door zowel bedrijven als

particulieren zal elektrische mobiliteit het straatbeeld in vooral stedelijk gebieden gaan veranderen

[42]. In de komende jaren is de energiedichtheid van de huidige generatie accu’s zodanig beperkt dat

alleen het afleggen van ‘dagafstanden’ tot de mogelijkheid behoort. Voorwaarden voor bijvoorbeeld het

kunnen parkeren en opladen zullen daarom invloed hebben op het verplaatsingsgedrag van elektrische

voertuigen en daarmee tevens ook op het verkeerssysteem. Als de laadtoestand lager dan 30% wordt,

dan wordt het vermogen dat afgegeven wordt gereduceerd om beschadiging aan het batterijpakket te

voorkomen en kan er niet harder gereden worden dan 50 km/u. Voertuigen kunnen zonder elektriciteit

langs de (snel)weg komen te staan. De range extender lijkt voor deze uitdagingen een oplossing. De

SWOV zal onderzoeken of dergelijke beperkingen als bijvoorbeeld een kortere actieradius niet tot extra

verkeersongevallen gaan leiden [42]. De TU Delft kan voor systeemveiligheid een bijdrage leveren aan

risicoanalyse van verandering in rijgedrag en mobiliteit [43]. Binnen eMobility-Lab onderzoek van de

Hogeschool Rotterdam wordt mogelijk een praktijkproef opgezet naar de verwachtingen en het gedrag

met EVs van willekeurige proefpersonen [41].

2.5.5 / eleKtromagnetische comPatiBiliteit (emc)

Elektromagnetische straling beïnvloedt zowel veiligheid, betrouwbaarheid, gezondheid, goede wer-

king van elektrische of elektronische systemen, prestaties, ontwerp en kosten [46]. Een goede oplos-

64 65


sing is slechts te realiseren in de ontwerpfase maar er is vaak geen kennis en bewustzijn hierover op

managementsniveau. Het doen van metingen omtrent elektromagnetische compatibiliteit (EMC) wordt

bemoeilijkt door de strenge eisen van autofabrikanten die ver onder de gebruikelijke eisen voor consu-

mentenproducten liggen. Het ligt voor de hand dat ook alternatieve voertuigen daaraan zullen moeten

voldoen. EMC aandachtspunten bij elektrische voertuigen zijn: complexe elektronica, lange geleiders en

hoge rendementen. Scherpe schakelflanken bij hoge stoomsterkte leidt zeker tot meer elektromagne-

tische emissie. Ombouw van een bestaand voertuig leidt vaak tot herkeuring voor het gehele voertuig.

Een kunststof carrosserie geeft minder afscherming dan metalen carrosserieën. Elektromagnetische

afscherming leidt tot extra kosten, gewicht en ruimte voor filters en veel vertraging. Er is wel veel regel-

geving maar er zijn weinig praktische ontwerprichtlijnen. De Hogeschool Arnhem Nijmegen stel daarom

systematisch onderzoek voor naar onder andere storingsbronnen, verstoringeneffecten, ontwerprichtlij-

nen en praktische meetmethoden [39].

2.5.6 / regelgeVing en normen

Regelgeving en normen zijn belangrijk voor de veiligheid. Naast overheden zijn hier ook consumen-

tenorganisaties bij betrokken (zoals Euro NCAP). RDW, TNO en KEMA hebben gezamenlijk in opdracht

van V&W een veiligheidsverkenning uitgevoerd en hebben gekeken of de bestaande eisen voldoen. Ze

gebruiken daarvoor onder andere de FMEA methode. Er blijkt nog weinig adequate regelgeving voor

elektrische auto’s te zijn. Een ombouwauto mag, zolang deze het maximaal toelaatbare gewicht en wiel-

last van het origineel niet overschrijdt [37]. Fabrikanten kunnen vooruitlopend op de regels geadviseerd

worden, zoals: bevestig de batterijen en kabels deugdelijk, voorkom brand en kortsluiting door goede

isolatie en slimme plaatsing van kabels, houd de accu’s buiten kreukelzones, houd voor de rijveiligheid

in de gaten dat regeneratief remmen en een andere gewichtsverdeling de balans van het voertuig niet

ernstig verstoren, componenten mogen los van het voertuig EMC getest worden maar test toch voor de

zekerheid het complete voertuig. Kortom, voorkomen is beter dan genezen.

Samenvattend: de Nederlandse regelgeving rond de veiligheid van elektrische auto’s is nog verre van

ontwikkeld. Op dit moment zijn er slechts de meest basale eisen, maar omtrent de echte veiligheid is er

nog een hele weg te gaan richting Europa en samenwerking met naburige landen [38].

internationale normen

Internationaal zijn er nieuwe eisen opgesteld (ECE R10025) die nog niet formeel van toepassing zijn

verklaard binnen de EU. In de praktijk worden de R100 eisen wel door de RDW gebruikt bij een EV toe-

latingsbeoordeling. R100 bepaalt voor boven 60 VDC een isolatiewaarde, stickers, oranje bekabeling en

een testvinger. Andere relevante normen zijn:

• ISO 6469-2:200928 (specifies requirements for operational safety means and protection against fai-

lures related to hazards specific to electrically propelled road vehicles, including battery-electric

vehicles (BEVs), fuel-cell vehicles (FCVs) and hybrid electric vehicles (HEVs), for the protection of

persons inside and outside the vehicle and the vehicle environment);

• EN 198729 (Elektrisch angetriebene Fahrzeuge. Teil 1: Bordeigene Energiespeicher Teil 2: Funktio-

nelle Sicherheitsvorkehrungen Teil 3: Schutz der Benutzer gegen elektrische Gefahren);

• 95/54/EG EMC30 Elektromagnetische afscherming voor voertuigen en andere EMC normen 95/94/

EC, 2004/40/EC (Health , EMF) en diverse CISPR, ISO, SAE normen [46];

• EN 6185127 (beschrijft laadsystemen/palen);

• LS-directive van de EU en NEN/EN/IEC normen voor apparatuur aan elektrische netten [47];

Tenslotte is er weten regelgeving in ontwikkeling zoals onder andere ECE/R.10132 (All Electric Range)

over de meting van verbruik en emissie, de lopende nieuwe EU standaardisatie van laadstekers en stro-

men voor elektrische voertuigen en door platforms zoals de UNECE33 Informal Group on Electric Safety

[48].

Met de Ministeries van Economische Zaken en Verkeer en Waterstaat is in mei 2010 afgesproken dat de

overheid zal helpen in het opzetten van proeven en bij de kennisdeling op het gebied van botsveiligheid en

waterveiligheid van niet-OEM-voertuigen.

2.5.7 / milieuasPecten eleKtrisch rijDen

Elektriciteit zoals wij die gebruiken, is geen natuurlijke energiebron maar slechts een energiedrager. De

milieuaspecten van elektrisch rijden zijn dus niet te bepalen zonder te weten welke brandstofmix wordt

gebruikt voor het produceren van de elektriciteit en welke invloed dit heeft op bijvoorbeeld de CO2 emis-

sies. Over de efficiencyverbetering wordt daarom hevig gediscussieerd. Schattingen variëren van 0 tot

circa een factor 4 verbetering. De CO2-uitstoot daalt afhankelijk van de energiebron met 0 tot 100%.

De belangrijkste stap is de elektrische aandrijfunit in de voertuigen, dit stelt namelijk de weg open voor

een pluriform aanbod van energiedragers en dus ook bronnen, waarbij deze stap voor stap verduur-

zaamd kunnen worden. Een grootschalige overgang naar hernieuwbare en klimaatneutrale elektriciteit

is eenvoudiger (en goedkoper) te realiseren dan vergroening van de conventionele transportbrandstof-

fen [49]. Het is daarom te verwachten dat de CO2-winst in de toekomst nog aanzienlijk groter wordt. Het

energieverbruik kan zo uiteindelijk dalen door elektrisch te rijden omdat de efficiency hiervan 4 maal

beter kan zijn dan conventioneel rijden. Ook kan het milieu grootschalig worden ontzien omdat de lokale

CO2, NOx en roetdeeltjesuitstoot op basis van duurzame elektriciteit tot nul dalen.

Het recente onderzoek ‘Green Power for Electric Cars’ van CE [50] beschrijft de mogelijke gevolgen

van elektrische en plug-in auto’s op de elektriciteitssector. Ook worden beleidsaanbevelingen gedaan

die erop zijn gericht om de auto’s zoveel mogelijk te laten bijdragen aan de verdere verduurzaming van

de energievoorziening. Het onderzoek beschrijft in detail de mogelijkheden om met elektrische auto’s

die op hernieuwbare elektriciteit rijden deels te voldoen aan de 10% doelstelling voor hernieuwbare

energie in het verkeer in 2020. Één van de conclusies is dat dit mogelijk is als er een sterke groei van het

aantal elektrische auto’s wordt gerealiseerd en als deze zoveel mogelijk (liefst volledig) rijden op groene

stroom. CE leidt een internationaal consortium dat onderzoek uitvoert naar elektrische auto’s voor de

Europese Commissie, DG Environment. Hierin wordt de verwachtte marktontwikkeling van elektrische

en plug-in voertuigen binnen Europa in kaart gebracht inclusief de mogelijke effecten op kosten en

milieu. Dit stimulerende kennis en beleidsproject is net gestart, met een looptijd van ruim een jaar [49].

De ECN Beleidsstudie ‘Duurzame innovatie in het wegverkeer’ [51]; Een evaluatie van vier transitiepaden

voor het thema ‘Duurzame Mobiliteit’ [52] en het ‘EC Well-to-Wheels report’ [53] zijn andere aan te beve-

len en relatief onpartijdige referenties voor de milieuprestaties van elektrische voertuigen [33, 54, 55].

2.5.8 / co2-emissies en smart griDs

Een koppeling tussen elektrische voertuigen en investeringen in duurzame elektriciteitsopwekking ligt

voor de hand, maar er moet meer inzicht worden verkregen in wat de netto effecten zijn, gegeven de

Europese duurzame energiedoelstellingen [44]. Grootschalige elektriciteitsproductie in Nederland valt

onder het Europese CO2-handelssysteem EU-ETS. Er is nog onvoldoende inzicht in de relatie tussen

extra elektriciteitsverbruik door elektrische voertuigen en de prijs van CO2-rechten onder EU-ETS en

waar welke CO2-reducties worden gerealiseerd om de totale emissies onder het plafond te houden (in

66 67


de EU industrie of elektriciteitsproductie). De waardering van indirecte CO2-emissies van elektrische

voertuigen (en andere alternatieven) is ook relevant voor de definitie van Europese CO2-normen voor

wegvoertuigen voor 2020 zoals de invulling van de 95 gram/km doelstelling voor personenauto’s. TNO

is projectleider van een raamcontract voor de Europese Commissie waarin studies worden uitgevoerd

t.b.v. de verdere ontwikkeling van CO2-normen voor personen- en bestelwagens. Ook is TNO betrokken

bij een voorbereidende studie voor de Europese Commissie t.b.v. CO2-normstelling voor vrachtwagens

en bussen [44].

In het Intelligent E-Transport Management (ITM) project [51] is uitgebreid gekeken naar de brandstofmix

die wordt gebruikt voor het laden van de auto’s. Met name op de langere termijn zal deze brandstofmix

voor een groot deel uit windenergie kunnen bestaan, als de auto’s ‘s nachts worden geladen wanneer er

veel windenergie van offshore windparken beschikbaar is [36]. Uit berekeningen is onder andere naar

voren gekomen dat intelligent laden de optie is met de laagste CO2-belasting vanwege de besparing

van benzine als gevolg van de hoge efficiëntie van elektrisch rijden. Dit wordt ondersteund door andere

bevindingen zoals in ‘The Smart Grid: An Estimation of the Energy and CO2 Benefits’ [52]. De brandstof-

mix en bijbehorende CO2 uitstoot hangen af van het tijdstip van laden: tijdens daluren (‘s nachts) zullen

in Nederland vooral kolencentrales de benodigde stroom produceren, tijdens piekuren (overdag) zijn het

vooral gascentrales die iets harder gaan draaien [49]. In het eerste geval is de CO2-uitstoot van elek-

trisch rijden vergelijkbaar of iets beter dan die van vergelijkbare conventionele auto’s, in het tweede ge-

val (en bij de gemiddelde elektriciteitsmix) zijn de emissies duidelijk lager. Als het aandeel hernieuwbare

elektriciteitsproductie in de toekomst toeneemt, zal het steeds vaker voorkomen dat de productie tijde-

lijk hoger is dan de vraag. Een smart grid of ‘electricity demand management’ kan er dan voor zorgen dat

de op dat moment overtollig elektriciteit wordt opgeslagen in de voertuigaccu’s. Een dergelijk systeem

heeft derhalve twee voordelen die van groter belang worden naarmate het aandeel hernieuwbare stroom

toeneemt, het kan de toekomstige fluctuaties in het elektriciteitsnet opvangen en bovendien zorgen voor

een zeker mate van ontkoppeling tussen verbruik en productie. De elektrische auto kan dan helpen bij de

verdere verduurzaming van onze energiehuishouding.

2.5.9 / alternatieVen Voor eleKtriciteitscentrales

Behalve naar de mix van grootschalige elektriciteitsproductie moet er ook beter worden gekeken naar

interactie tussen elektrische voertuigen en decentrale (duurzame) elektriciteitsproductie. In deze situ-

atie speelt het smart grid een rol voor economische en energetische optimalisatie op lokale en regio-

nale schaal [44]. ECN heeft praktische kennis over de efficiency van de verschillende energieketens en

infrastructuren.

range extenDers

Steeds meer elektrische voertuigen kunnen naast de accu’s ook zelf voor elektriciteitsopwekking zorgen

door een ingebouwde generatorset [33]. Deze zogenaamde range extenders kunnen brandstofmotoren

zijn die slechts draaien als het nodig is om de accu’s bij te laden. Bij voorkeur zijn dit kleinere brand-

stofmotoren die passen bij het gemiddeld gevraagde vermogen van het voertuig en die voor maximale

zuinigheid en minimale uitstoot op een optimaal toerental draaien. De keuze van de brandstof is relatief

vrij: het kan diesel zijn maar ook biogas. Een waterstof (of direct methanol) brandstofcel kan ook dienen

als primaire elektriciteitsbron of als range extender.

Waterstof als BranDstof

Opvallend in dit verband is dat de zuinigheidsrecords van de jaarlijkse internationale studentenwedstrijd

de Shell eco-marathon al vele jaren stevig in handen zijn van teams die met elektrische voertuigen rijden

uitgerust met een waterstofbrandstofcel. Dit jaar zijn zowel in de Prototype en UrbanConcept klassen de

records weer scherper gesteld, respectievelijk op 4896 km/liter en 747 km/liter. Dit verbruik is omge-

rekend naar 1 liter Euro 95 [33]. Het UrbanConcept record is gevestigd door het team van de Haagse

Hogeschool.

Het Europese project HyWays [53] schetst een roadmap voor de introductie en implementatie van wa-

terstof in Europa. In het kader van de studie zijn veel ‘well-to-wheel’ analyses uitgevoerd aan waterstof-

ketens, vanaf winning van primaire bronnen tot eindgebruik van waterstof in brandstofcelvoertuigen.

Daarnaast zijn ook analyses gedaan van het geïntegreerde energiesysteem om zodoende inzicht te

krijgen in de mogelijke toekomstige productiemixen voor waterstof. Hierbij was de randvoorwaarde een

overall CO2-emissiereductie voor het gehele systeem (zie ook Figuur 23).

ECN heeft actuele kennis over de verschillende productieroutes van waterstof. Ontkoppeling van vraag

en aanbod van energie door combinatie van elektrisch vervoer op waterstof en grootschalige inpassing

van niet-stuurbare bronnen zoals wind en zon, kan een belangrijke bijdrage leveren voor het realiseren

van een flexibele duurzame energiehuishouding [46].

Figuur 23 Energieketens fossiel versus hernieuwbaar

2.5.10 / renDement Van eleKtrische Voertuigen

Elektrische auto’s zijn auto’s die worden aangedreven door een elektromotor. Traditionele elektriciteits-

centrales en netwerken hebben een energetisch rendement van circa 40%, Dit getal stijgt door modernere

technieken en ‘co-siting’. Het rendement van de productie en distributie van fossiele brandstof wordt

geschat op circa 80% maar daalt naarmate de olie en gasbronnen uitgeput raken [33, 50]. De zogenaamde

‘Energy Return on Investment’ (EROI) is een indicatie hoeveel eenheden energie gewonnen kunnen worden

met één eenheid energie die nodig is voor de winning. In de VS is de EROI sinds de jaren ‘30 gedaald van

100:1 naar 17:1 nu. Voor teerzanden is het waarschijnlijk lager dan 5:1. Het hoge energetische rendement

van de elektromotor en de mogelijkheid deze motor te gebruiken voor regeneratief remmen zijn echter de

meest doorslaggevende energievoordelen van elektrisch rijden. In de praktijk gemeten ‘tank-to-wheel’

rendementen van 65 tot 80% zijn voor elektrische voertuigen zeer gebruikelijk, terwijl bij verbrandingmoto-

ren in de praktijk maar 15 tot 20% van de energie daadwerkelijk de wielen bereikt [50].

68 69


fossiel versus duurzaam

Bij de huidige stand van de techniek is het elektrisch voertuig met een well-to-wheel efficiency van circa

30% al bijna dubbel zo efficiënt als conventionele voertuigen. Hoewel er tussen de vele typen elektromo-

toren zeker rendementsverschillen zijn, is in de elektrische auto’s de elektromotor niet de uitdaging maar

wel de elektriciteitsvoorziening daarvan. Opties voor de elektriciteitsvoorziening van de elektromotor zijn

accu’s (BEV), een brandstofcel die via een elektrochemische reactie elektriciteit produceert uit waterstof

(FCEV) en een combinatie van verbrandingsmotor en generator (hybride deel uit een PHEV). De actieradius

van EVs op accu’s vormt een beperking en een mogelijk probleem voor introductie van deze voertuigen bij

een breed publiek. Combinatie met een range extender is een mogelijke oplossing. Ook deze elektrisch

aangedreven voertuigen zijn in de praktijk efficiënter dan (de huidige) voertuigen met een verbrandings-

motor. Deze hogere efficiency leidt tot een aanzienlijke well-to-wheel CO2-reductie per gereden kilometer,

zelfs bij inzet van elektriciteit uit de huidige Nederlandse productiemix en bij productie van waterstof uit

aardgas [55].

De CO2-reductie wordt groter naarmate de primaire bronnen voor productie van de energiedragers scho-

ner en groener worden. Naast van de energie en milieu efficiëntie zijn in de praktijk de kosten van groot

belang. Dit is geen onderdeel van deze verkenning maar er moet wel gemeld worden dat er op dit punt nog

maar weinig concurrerende elektrische voertuigen op de markt zijn. In het eMobility-Lab onderzoek wordt

door de Hogeschool Rotterdam, Spijkstaal, Van Gansewinkel en de TUD een eerste positieve Nederlandse

business case geanalyseerd [56]. Daarbij wordt uitgegaan van ‘Life Cycle Cost’ en ‘Eco Cost Value’ [57].

regeneratief remmen

Op het gebied van terugwinning van remenergie is er nog een groot verschil tussen wat theoretisch mo-

gelijk is en wat in de praktijk gerealiseerd wordt [41]. Op dit ogenblik wordt in het kader van het eMobili-

ty-Lab door de Hogeschool Rotterdam en de Hogeschool Arnhem Nijmegen aan de hand van bestaande

voertuigen praktijkgericht onderzoek uitgevoerd om de volgende basale vragen te kunnen beantwoor-

den: wat is de rijcyclus voor verschillende bestaande elektrische voertuigen in de praktijk (zie Figuur 24);

wat bepaalt de effectiviteit van het regeneratief remmen (bestuurder, soort elektromotor, controller);

hoe goed zijn verschillende opslagmedia in het opslaan van de remenergie; welke mogelijke negatieve

effecten op het batterijpakket heeft regeneratief remmen met hoge piekstromen en wat is uiteindelijk

de actieradius of gewichtswinst in een optimale ontwerp voor verschillende toepassingen. Het eerste

voertuig wordt inmiddels doorgemeten en geanalyseerd. Dit is de met Spijkstaal gebouwde parkshuttle

op het Rivium in Rotterdam. Regeneratief remmen wordt ook toegepast in de huidige hybride auto’s en in

een groeiend aantal conventionele modellen.

Figuur 24 Typische rijcyclus (snelheid tegen rijduur) gemeten door de Universiteit van Californië

2.5.11 / Voertuig- en accutests

TNO in Delft richt zich op energie- en milieuaspecten van bestaande en alternatieve aandrijfconcepten

en is onder andere actief op het gebied van technologieverkenning, evaluatie van beleid, testprocedures

voor elektrisch rijden en strategische advisering. TNO beschikt over laboratoriumfaciliteiten voor het

testen van elektrische en plug-in hybride voertuigen en over faciliteiten voor ‘monitoring’ van voertuigen

in praktijkomstandigheden. Er worden evenals bij de ANWB verschillende rijtest uitgevoerd. ECN heeft

actuele kennis over en ervaring met elektrische voertuigen met waterstofbrandstofcel als voeding.

Voor de vergelijking tussen elektrische en conventionele voertuigen op milieu-impacts is meer inzicht

nodig in het energiegebruik van elektrische voertuigen in afhankelijkheid van onder andere voertuig-

type, gebruikte technologie, toepassing en bijbehorende gebruiksprofielen en klimaat. Zo worden door

de Hogeschool Arnhem Nijmegen en Hogeschool Rotterdam in het kader van de innovatieconcessie de

komende twee jaar in zowel Apeldoorn als in Rotterdam de elektrische Whisper en e-Busz stadsbussen

met e-Traction techniek in de praktijk gevolgd.

Ook voor conventionele referentievoertuigen waarmee wordt vergeleken, moet rekening worden gehou-

den met technische ontwikkelingen voor het halen van Europese CO2-normen. Er is nog onvoldoende

bekend over de effecten in de praktijk van CO2-reducerende maatregelen op conventionele voertuigen

[44]. De concept regelgeving ECE/R.10132 (All Electric Range) geeft aan hoe verbruik en emissie van

elektrische ten opzichte van conventionele voertuigen gemeten moet worden. Het zou goed zijn om een

‘Nederlandse’ studie uit te voeren naar de verschillende elektrische voertuigvarianten en hun toepas-

singsmogelijkheden; te weten Battery-Electric Vehicles (BEVs), Plug-in Hybrid Electric Vehicles (PHEVs,

ofwel BEVs met een verbrandingsmotor als range extender) en Fuel Cell Electric Vehicles (FCEV) [55].

Het energetisch rendement van langzaam en snel laden (inclusief regeneratief remmen) moet beter in

kaart worden gebracht [33, 36, 39]. KEMA heeft een laboratorium waar het gedrag van de accu tijdens

een rijcyclus kan worden getest. De veroudering van de verschillende accutypen tijdens het rijden ver-

schilt sterk, dit is bijvoorbeeld afhankelijk van het type accu maar ook van de diepte van de ontlading en

de temperatuur tijdens laden en ontladen tijden het regeneratief remmen. Op de RDM Campus heeft de

Hogeschool Rotterdam een unieke doorvoor geschikte vermogensrollenbank waarop regeneratief rem-

men in het kader van eMobility-Lab getest zal worden.

2.5.12 / inVloeD oP luchtKWaliteit en geluiDsoVerlast

Dat elektrisch vervoer een gunstige lokale impact op de luchtkwaliteit heeft, is evident. Industriële

elektrische voertuigen zoals vorkheftrucks worden om die redenen toegepast in fabrieken, magazijnen

en bloemenveilingen. Het wordt echter niet verwacht dat de elektrische auto op korte termijn veel bij kan

dragen aan het verminderen van lokale knelpunten en normoverschrijdingen van de luchtkwaliteit. Hier-

voor moet het aandeel e-voertuigen eerst nog flink groeien [49]. Bovendien worden ook conventionele

voertuigen minder vervuilend in de toekomst. Chronologische tijdsreferentie is een belangrijke dimensie

in de berekening van de impact van elektrisch rijden op lokale luchtkwaliteit. TNO beschikt over het vol-

ledige modelinstrumentarium om effecten van elektrische voertuigen op overall emissies en op lokale

luchtkwaliteit door te rekenen. KEMA kan met behulp van het Stacks-model de invloed van verkeer op

de luchtkwaliteit bepalen [36]. Hierbij kan dus ook worden gekeken naar de invloed van EV op de lokale

luchtkwaliteit. In het ITM project is dit reeds gedaan voor één straat in Amsterdam. Hieruit blijkt dat de

uitstoot van NOx naar nul wordt teruggebracht. Voor fijnstof is de uitstoot niet nul, omdat de stofuitstoot

niet alleen door verbranding wordt veroorzaakt, maar ook door (banden)slijtage. Deze emissie wordt

sowieso relatief belangrijker nu auto’s schoner worden en zou door hogere koppels en regeneratief rem-

70 71


men bij elektrische auto’s hoger kunnen zijn dan bij conventionele. Wel verdwijnt bij de overgang naar EV

de fijnste fractie. Dat is erg gunstig voor de volksgezondheid.

Een ander “milieuvoordeel” is de geluidsreductie van een distributie voertuig, zodat er ook ‘s avonds en

‘s nachts mee gewerkt kan worden. Het ‘s nachts aanleveren van goederen aan grote supermarkten is

nu nog een probleem vanwege de geluidsoverlast. Hier is met EVs zowel economisch- als milieuvoordeel

te behalen. Door de stille en schone Binkie vuilniswagen van Spijkstaal mag Van Gansewinkel ‘s nachts

in de woonwijken van Rotterdam zijn werk doen, hierbij echter nog wel gehinderd door hoge loonkosten

’s nachts. De vuilnismannen roemen de elektrische wagen vanwege de nul uitstoot ter plekke. Door de

dominantie van banden- en windgeruis bij hoge snelheden, zijn elektrische voertuigen alleen stiller in

(binnen)stedelijk verkeer. Er is in Nederland echter nog niet gerekend aan effecten van elektrische voer-

tuigen op geluidemissies en overlast [44].

2.5.13 / Belang Van recycling

De relatie tussen batterijen en milieu staan van oudsher op gespannen voet met elkaar omdat accu’s als

chemisch afval beschouwd worden en als zodanig behandeld moeten worden om na gebruik milieuver-

ontreiniging te voorkomen [58]. Recycling is van groot belang, enerzijds voor de milieubelasting van de

elektrische auto, maar ook voor het imago van de elektrische auto. Bij dit laatste speelt ook de beperkte

wereldwijde beschikbaarheid van grondstoffen zoals lithium mee. Recycling van de batterijen kan der-

halve zorgen voor minder milieuschade bij winning van de grondstoffen en vermindert tegelijkertijd de

afhankelijkheid van een beperkt aantal leveranciers (en landen).

Voor de levenscyclus van de EV is vooral van belang dat accu’s geen schade toebrengen. De kans dat bat-

terijen niet in een speciale keten terecht komen, hangt niet alleen af van de verwerkingskosten maar ook

van het eigenaarschap van de batterij. Er wordt door autofabrikanten, banken/leasemaatschappijen en

service providers nog verschillend gedacht over het eigendom gedurende de levenscyclus.

Het is van belang dat de grondstoffen behouden blijven. In de Li-ion accu zitten behalve ijzer, aluminium

en koper niet veel stoffen die kunnen worden teruggewonnen. Lithium is op dit moment, met de huidige

recyclingtechnieken niet opnieuw te gebruiken voor accutoepassingen. Een inzamelpercentage van 100%

en een zo hoog mogelijk recyclepercentage zijn voorwaarden voor succesvolle grootschalige inzet van

elektrische voertuigen. Het recyclen van accu’s van EVs op een milieuverantwoorde manier zal goed ge-

organiseerd moeten worden. De recycling van de klassieke lood-zuur startaccu is een schoolvoorbeeld

van ‘Cradle to Cradle.’ Nederland heeft hier een pioniersrol in gehad. Voordeel is dat de distributiekana-

len via garages en sloopbedrijven al goed georganiseerd zijn. Verder biedt een nieuw op te zetten recy-

clingindustrie nieuwe economische kansen voor de BV Nederland. Momenteel worden er reeds serieuze

initiatieven genomen om dit vorm te geven [33, 40, 58].

2.5.14 / accuProDuctie en BeschiKBaarheiD materialen

Vanzelfsprekend is ook de grootschalige productie van accu’s belastend voor het milieu. Gedegen ‘Life

Cycle Analyses’ voor de verschillende accusystemen in relatie tot hun levensduur en besparingsmoge-

lijkheden zijn essentieel om de voordelen van elektrisch rijden beter te kwantificeren [58]. Aannemende

dat bovenstaande analyses positief uitvallen en batterijen op grote schaal geproduceerd zullen gaan

worden ten behoeve van elektrisch vervoer dan moet ook na einde levensduur het vervolgtraject goed

worden vormgegeven. Ook de beschikbaarheid van diverse materialen moet in ogenschouw worden

genomen. De mogelijkheid moet onderzocht worden van economisch rendabele recycling van zeldzame

aardelementen. Dit is voornamelijk van belang voor NiMH batterijen en van terugwinning van lithium

voor accu toepassingen. Er moet echter niet alleen gefocusseerd worden op NiMH en Li-ion. Nieuwe

technieken zijn in de maak zoals silicium-lucht en lood-carbon. Met dit in het achterhoofd lijkt het de

TU/e en Auto Recycling Nederland wenselijk niet op één maar op meerdere batterijsystemen te vertrou-

wen [40, 58].

Afgezien van batterijen wordt ook in de elektronica en in de permanente magneten van de elektromoto-

ren gebruik gemaakt van zeldzame aardelementen. Het gaat echter om zeer geringe hoeveelheden en er

zijn vaak alternatieven. De TU/e, TUD en de Universiteit Leiden bezitten expertise op het gebied van het

gebruik en de (terug)winning van deze zeldzame delfstoffen.

2.5.15 / seconD Battery life

Second battery life is een cascade van applicaties, afgestemd op de specificaties en beïnvloed door aan-

tal laadcycli [58]. Hergebruik van de voor het vervoer afgeschreven batterijen in bijvoorbeeld bebouwde

omgeving kan onderdeel zijn van het toekomstige smart grid. Hergebruik is niet alleen belangrijk vanuit

milieuoogpunt maar vooral ook voor de business case van elektrische voertuigen. De restwaarde van

accu’s is naar verwachting zeer laag of negatief, aangezien recycling veel geld kost (1 à 2 euro per kg

accu exclusief logistieke kosten) [40]. Hergebruik is vanuit economisch oogpunt wel beperkt mogelijk: de

accu’s voor mobiliteitstoepassingen zijn vele malen duurder dan ‘statische’ batterijen. Uiteraard is her-

gebruik van het product altijd beter dan recycling als dit zoveel geld gaat kosten als nu wordt verwacht.

KEMA voert momenteel een studie uit naar dit proces en de technische en economische haalbaarheid er-

van [36]. Ook een goed gebruik van een accu is van groot belang. Dit verlengt de economische levensduur

van de accu. Daarna is een goede recycling natuurlijk nog steeds noodzakelijk.

72 73


2.6 / geBruiKersPersPectief

Prof.dr. Jan Schoormans. Product Innovation Management, Marketing and Consumer Research,

TU Delft

2.6.1 / introDuctie en scoPe

In dit deel van de verkenning staat het gebruikersperspectief en meer bijzonder de kans dat de consu-

ment op redelijk korte termijn het elektrisch rijden zal accepteren centraal. Het succes van de elektri-

sche auto wordt pas dan bereikt wanneer dit product door de eindgebruiker, de consument, geaccep-

teerd wordt. Bij de bestudering van de kansen op acceptatie van de elektrische auto door de Nederlandse

consument is gekeken naar de theorie waarin beschreven wordt op basis van welke factoren gebruikers

nieuwe technologie c.q. nieuwe producten accepteren. Bij die theoretische verkenning is uitgegaan

van het idee dat de aanschaf en het gebruik van een product in het algemeen en daarmee ook van een

elektrische auto een keuzeproces is: de consument kan voor een elektrische auto kiezen maar kan er

ook voor kiezen om een auto te kopen die rijdt op benzine of diesel. In een dergelijk keuzeproces worden

door de consumenten een aantal producten vergeleken en op basis van een aantal belangrijk geachte

productfactoren tegen elkaar afgewogen. Deze analyse leidt tot een uiteindelijke keuze. De product-

factoren die de consument meeneemt in zijn keuze worden in de praktijk onder andere bepaald door de

eigenschappen van het product (snelheid van de auto, actieradius), maar ook door de context waarin het

product wordt gebruikt (woon-werk verkeer, tweede auto). In het geval van nieuwe producten is de rele-

vantie van deze context vaak relatief belangrijk. Daarnaast geldt vaak dat consumenten een natuurlijke

weerstand hebben voor nieuwe producten. Deze weerstand leidt er dan toe dat men uiteindelijk vaak

toch kiest voor het al bestaande product.

Op basis van een literatuurstudie is een inventarisatie gemaakt van de factoren die de acceptatie van

de elektrische auto blokkeren dan wel mogelijk maken. Bij deze studie is gekeken naar de literatuur die

aanwezig is op het gebied van de acceptatie van nieuwe producten en nieuwe technologie. Hierbij is veel

aandacht geweest voor die literatuur die acceptatie van nieuwe vormen van vervoer en speciaal elek-

trisch vervoer tot onderwerp heeft. De belangrijkste bronnen zijn samengevat in de referentielijst. De

resultaten van de literatuuranalyse, zover het relevantie heeft voor de acceptatie van de elektrische auto,

zijn beschreven in de volgende paragraaf. Een eerste belangrijk resultaat is dat specifieke literatuur met

betrekking tot de acceptatie van de elektrische auto (vervoer) bijna geheel ontbreekt. Hierna hebben we

noodgedwongen de resultaten van onderzoek naar acceptatie van andere technologie geprojecteerd op

de acceptatie van de elektrische auto. Om te controleren of deze aanpak validiteit heeft, zijn de factoren

die uit dit literatuuronderzoek naar voren komen, getoetst door interviews met experts op het gebied van

de acceptatie van nieuwe technologie. Deze experts is gevraagd in hoeverre zij denken dat de acceptatie

van elektrische voertuigen anders zal verlopen dan de acceptatie van andere technologie in het verleden.

Daarna is er in dit onderzoek ingezoomd op een aantal specifieke gebruikersfactoren die de acceptatie

zullen versnellen dan wel vertragen volgens de theorie en gesprekken met experts. Hierbij kan gedacht

worden aan factoren die op te vatten zijn als productfactoren zoals het “waargenomen voordeel van

het elektrische rijden” en aan meer contextgerelateerde variabelen zoals de factor “thuisladen”. Door

aandacht te besteden aan deze factoren en door de negatieve aspecten die mogelijk verbonden zijn aan

deze factoren weg te nemen, kan de kans op een succesvolle acceptatie van de elektrische auto door de

consument aanzienlijk worden verhoogd.

2.6.2 / huiDige stanD Van zaKen

De accePtatie Van het eleKtrische rijDen: het VerKennen Van aDoPtie Barrières

De acceptatie van nieuwe technologieën en/of producten en vooral de vaak teleurstellende acceptatie

in de markt van vele nieuwe producten is onderwerp van veel studie geweest. Op basis van de literatuur

wordt duidelijk dat er een aantal zogenaamde barrières zijn die de acceptatie van nieuwe producten te-

genhouden of vertragen. Deze barrières zorgen er allereerst voor dat in het keuzeproces de vergelijking

van het nieuwe product met bestaande alternatieven negatief uitvalt voor het nieuwe product en daar-

naast dat de aanschaf van een nieuw product niet eens wordt overwogen. Om de kans op acceptatie van

een nieuwe product te verhogen, moeten de barrières eerst geslecht worden. Zal dit ook het geval zijn bij

de elektrische auto? Op basis van de ervaring met vele andere productintroducties is er weinig reden te

veronderstellen dat de introductie van de elektrische auto anders zal verlopen. We hebben in onze inter-

views met experts op het terrein van de acceptatie van nieuwe producten gesproken over de kans dat de

bekende barrières ook op zullen treden bij de elektrische auto. Uit alle gesprekken kwam naar voren dat

men geen enkele reden zag te veronderstellen dat deze effecten niet gaan optreden. In tegendeel, men

gaf aan dat gezien de relevantie van de auto voor de consument (zowel door de functionaliteit van de auto

als door de status die men er vaak aan ontleent) deze barrières in sterke mate zullen gelden.

We bespreken nu allereerst vier belangrijke barrières en hun betekenis voor de acceptatie van producten

die we hebben geprojecteerd op de elektrische auto. Deze barrières zijn vooral gebaseerd op het werk

van Rogers [59], Sheth en Ram [60] en Cooper [61]. De belangrijkste factoren zijn de ervaren complexi-

teit van de auto, het relatieve productvoordeel dat de consument ervaart, het bestaande gedrag van de

consument en het waargenomen risico dat optreedt bij de aankoop van een elektrische auto.

i. complexiteit

Consumenten zijn gehecht aan bestaande producten. Dit conservatisme is vaak te verklaren uit het feit

de consumenten geleerd hebben hoe met bestaande producten om te gaan en wat de risico’s (econo-

misch, gebruik) zijn die aan die producten verbonden zijn. Zo betekent de aanschaf van de nieuwste

telefoon ook meteen het aanleren van allerlei nieuwe handelingen. Dit aan productkennis gebonden

conservatisme is sterker als het product en het productgebruik complex is. Wat betekent dit voor de

elektrische auto?

Het is duidelijk dat een auto – en zeker één die gebruikt maakt van een totaal nieuwe technologie – een

complex product is voor de meeste consumenten. Voor consumenten zijn op dit moment heel veel aspec-

ten van de elektrische auto onduidelijk. Zo is het bijvoorbeeld onduidelijk wat de praktische betekenis

van batterijen als energiebron is. Betekent het feit dat men gebruikmaakt van batterijen dat de auto even

betrouwbaar is als een conventionele auto? Kan deze auto overal worden opgeladen? Is de auto veilig?

Deze en vele andere vragen hangen samen met de complexiteit van de elektrische auto.

Door ervaringen van andere consumenten wordt meer bekend over een nieuw product. Hiervoor is het

nodig dat er eerst ervaring wordt opgedaan met elektrisch vervoer in brede zin. Daar gaat echter veel

tijd (jaren) overheen. Vaak wordt de ervaren complexiteit van een nieuw product weggenomen doordat

producten geprobeerd kunnen worden. De auto is echter zo verweven met de dagelijkse leven dat een

simpele proefrit niet voldoende is om de ervaren complexiteit weg te nemen.

74 75


ii. relatief productvoordeel

Het succes van een nieuw product hangt voor een groot deel af van de aanwezigheid van een functioneel

of financieel voordeel: het nieuwe product biedt een nieuw voordeel. Het is de grote vraag wat op dit mo-

ment het relatieve voordeel van de elektrische auto is. Voordelen die genoemd worden door mensen die

in een elektrische auto gereden hebben, zoals het ontbreken van het motorgeluid en het rustige rijden,

zijn mogelijk niet het allerbelangrijkst bij het kiezen van een auto. Mogelijke andere voordelen van de

elektrische auto die vaak genoemd worden, zijn algemene en lange-termijn voordelen. Zo wordt gesteld

dat de elektrische auto ideaal is in steden omdat de actieradius gering en de uitstoot minimaal is en dat

de kosten van het rijden op de lange termijn lager zijn dan met een conventionele auto.

Het is goed hier onderscheid te maken tussen de professionele beslissers en de particuliere beslisser.

Bij de professionele beslisser (circa 50% van de nieuwe registraties) kiest in principe voor de laagste

‘total cost of ownership’. Bij de particuliere beslisser leggen deze algemene en lange-termijn overwe-

gingen veel minder gewicht in de schaal dan korte-termijn persoonlijk voor- en nadelen. Daarnaast zijn

gebruikskosten vaak minder relevant voor hen dan hoge aanschafkosten.

iii. gewoonte

Eén van de belangrijke factoren die innovatie remt, is het gewoontegedrag van consumenten. Vanuit de

zogenaamde status-quo-bias bestaat er bij consumenten een tendens om bestaand gedrag te hand-

haven. Het gedrag van consumenten zal op veel punten moeten worden aangepast als ze gebruik gaan

maken van een elektrische auto. Ze zullen nieuwe gewoontes moeten aanleren. In plaats van af en toe

tanken, moet elke avond de batterij worden opgeladen. Eén van de punten waar mensen hun gedrag echt

zullen moeten aanpassen, is dus het laden van de auto. Er zullen ook veranderingen in het reisgedrag

moeten plaatsvinden. Zo zal men mogelijk meer gepland moeten reizen dan nu.

iv. risico perceptie

De aanschaf van een auto zal door de meeste consumenten niet makkelijk genomen worden omdat

aan de beslissing zowel functionele, economische als sociale risico’s vastzitten. Dit geldt ook voor de

elektrische auto. De functionele risico’s hebben vooral te maken met de inschatting van de kwaliteit van

de auto. De inschatting van de kwaliteit van een product is voor de consument moeilijk goed te maken.

Ervaringen van anderen en van derden, zoals de consumentenbond, kunnen dan helpen. De risico’s die

men ervaart bij elektrische auto’s zijn door de geringe ervaringen bij anderen moeilijk in te schatten.

Daarvoor is er te weinig ervaring in de markt. Ook is het niet mogelijk om een groot aantal risico’s snel

uit te sluiten. Zo zijn er risico’s die samenhangen met de zogenaamde experience-producteigenschap-

pen. Dit zijn producteigenschappen die men alleen kan ervaren bij het gebruik van het product, zoals

de mate waarin een elektrische auto start en daarna warm wordt in extreem koude winters. Credence-

producteigenschappen zijn eigenschappen die pas na langere tijd (enkele jaren) getoetst kunnen worden

door de consument, zoals de lange-termijn kwaliteit van de batterijen.

Op dit moment zijn de risico’s die samenhangen met dit soort producteigenschappen pas in te schat-

ten indien er door een grotere groep consumenten gedurende langere tijd ervaring is opgedaan met

elektrische auto’s. Tot die tijd zullen vele consumenten veel risico ervaren bij de mogelijke aanschaf van

de elektrische auto.

2.6.3 / huiDige staat Van het onDerzoeK

Op dit moment is er een beperkt aantal testen geweest met elektrische auto’s waarin soms een aantal

van de genoemde factoren aan de orde is gekomen. Zo bleek uit een onderzoek in Berlijn dat consu-

menten vooral gebruik maken van de mogelijkheid om hun auto thuis op te laden en dat laden onderweg

meestal niet nodig is. Bij deze testen is er aan consumenten een auto ter beschikking gesteld. Hierdoor

is het eigenlijk nog vrijwel onbekend hoe de consument straks gaat reageren op de elektrische auto als

deze op de markt komt en hoe zowel de elektrische auto als de context geoptimaliseerd moeten worden.

De optimalisatie van de auto is vooral een zaak van de auto-industrie.

Daarnaast zijn er echter vooral in de context zaken die voor de Nederlandse overheid of industrie inte-

ressant kunnen zijn. Hierbij kan gedacht worden aan het bouwen van een zo groot mogelijk functioneel

(actieradius) en/of economisch (subsidies) voordeel van de elektrische auto. Er kan ook gedacht worden

aan alle aspecten die de consument tegenkomt bij het dagelijks laden van de batterijen, zowel thuis als

onderweg. De kennis op dit punt ontbreekt bijna geheel.

Het eerste kennisprobleem dat we als zeer belangrijk onderscheiden, is het laden van de batterij door

de consument. Het laden zal zoveel mogelijk moeten aansluiten bij de gewoontes van de consument. Het

zal daarom van belang zijn om de wensen en verwachtingen die de consument heeft met betrekking tot

het laden in kaart te brengen om met de verkregen kennis laadsystemen te ontwikkelen die er zo goed

mogelijk op aansluiten. Het tweede kennisprobleem heeft betrekking op het voordeel van de elektrische

auto. In hoeverre is dit voordeel aanwezig? Wat kan er gedaan worden om het voordeel zo groot te maken

dat de consument voor de elektrische auto gaat kiezen? Dit kennisprobleem heeft zoals aangegeven een

economische en een functionele kant.

KennisProBleem 1.

hoe Wil De consument straKs De eleKtrische auto oPlaDen?

Bij het gebruik van elektrische auto’s is het opladen van de auto van de accu’s een punt van aandacht. Er

wordt veel geschreven over de mogelijkheid om accu’s onderweg (snel) op te laden tijdens lange ritten.

In een aantal marktsegmenten kan volstaan worden met laden in de kantoor-/bedrijfsomgeving. Aan-

dacht zal met name nodig zijn voor het opladen van de accu’s op het moment dat de auto, waarschijnlijk

meestal in de nacht, door de consument bij huis is geparkeerd.

Het is duidelijk dat er infrastructuur moet worden ontwikkeld die het opladen van de auto door de

consument bij huis mogelijk maakt. Infrastructuur zowel in de elektriciteitsvoorziening maar ook op-

laadsystemen bij huis en in de openbare ruimte, zoals op parkeerterreinen bij flats. Er zal een systeem

moeten worden ontworpen waardoor het bij huis opladen niet als een overwegende negatieve belastende

handeling wordt gezien. Er moet met andere woorden een gebruiken consumentvriendelijk bij-huis op-

laadsysteem worden ontwikkeld dat aansluit bij de wensen en verwachtingen van de consument. De om-

standigheden waarin consumenten een auto bij huis parkeren (‘s nachts als de auto niet gebruikt wordt),

verschillen enorm. Een groep consumenten zal de beschikking hebben over een eigen garage of oprit

waar een oplaadsysteem kan worden geplaatst. In de gevallen waar consumenten wonen in hoogbouw of

in een druk stadscentrum zal men meestal niet de beschikking hebben over een eigen parkeerplaats.

Om oplaadsystemen te ontwikkelen die aansluiten bij de wensen en verwachtingen van de consument

is van belang informatie van consumenten te verzamelen waarin naar voren komt welke wensen en

verwachtingen ze hebben over het bij huis opladen (moeite, veiligheid, zekerheid van een plek, gemak,

76 77


feedback). Omdat er veel verschil zit in de wijze waarop auto’s bij huis worden geparkeerd is het van be-

lang dit onderzoek uit te voeren bij groepen consumenten die verschillen in de wijze waarop ze hun auto

parkeren: op privéterrein of op de openbare weg. Gezien de nog weinig aanwezige kennis op dit gebied

is het logisch en wetenschappelijk verantwoord om te kiezen voor een consumentenonderzoek waarin

onder andere gebruik wordt gemaakt van productscenario’s.

KennisProBleem 2.

Wanneer heeft De eleKtrische auto VolDoenDe functioneel VoorDeel?

Zoals eerder gesteld, ligt aan de aanschaf een auto een consumentenkeuzeproces ten grondslag. In een

dergelijk keuzeproces wordt door de consument een aantal producten met hun producteigenschappen

tegen elkaar afgewogen om te bepalen welk product de hoogste ‘utiliteit’ heeft. Er wordt vervolgens

verondersteld dat de auto die de consument de meeste utiliteit brengt, wordt gekozen.

De producteigenschappen die de consument meeneemt in een keuze worden in de praktijk bepaald door

de aanwezige eigenschappen van producten in de markt en door de context waarin het product wordt

gebruikt. Via ‘stated preference’ onderzoek kan worden bekeken wat de functionele utiliteit van een

elektrische auto voor de consument is in vergelijking met andere auto’s waarbij wordt uitgegaan van een

aantal producteigenschappen zoals actieradius, prijs, veiligheid en imago. Zo kunnen in dit onderzoek

de eigenschappen van de elektrische auto af worden gezet zetten tegen de eigenschappen van de in de

markt meest verkochte (benzine/diesel) auto’s. Om een valide vergelijking te kunnen maken, zullen bij

de beschrijving van de eigenschappen van de concurrerende auto’s ook de toekomstige ontwikkelingen

in de conventionele auto’s moeten worden meegewogen. In dit onderzoek is het verstandig onderscheid

te maken tussen consumenten die de elektrische auto als eerste of tweede auto gaan aanschaffen. Dit

omdat er grote verschillen zijn in de factoren die bepalend zijn bij het beslissen over de aankoop van

een eerste of tweede auto. Op deze wijze kunnen de functionele voor- en nadelen worden bepaald die de

elektrische auto heeft in de ogen van de consument.

KennisProBleem 3.

economische afWeging Van De consument: is een eleKtrische auto een VerstanDige

inVestering?

De aanschaf van een nieuwe auto is voor vele consumenten een belangrijke economische beslissing.

Zoals het er nu uitziet zijn zullen de aanschafkosten van de elektrische auto hoger liggen dan die van een

conventionele auto vanwege de hoge kosten van de batterijen. Daarentegen zal de total cost of ownership

(TCO) door de lagere brandstofkosten wel eens positiever uit kunnen vallen voor de elektrische auto. (In

de TCO zitten naast de aanschafkosten, ook de kosten van onderhoud en reparatie en de gebruikskosten

(brandstof) vervat). Bij het kopen van auto zullen consumenten –anders dan de professionele beslis-

sers– zich echter vermoedelijk meer laten leiden door de directe aanschafkosten dan door de TCO. In

de perceptie van de consument die denkt in termen van aanschafkosten, is de elektrische auto daar-

door duurder dan een benzine/diesel auto. In dit onderzoek zal worden bekeken hoe de consument zal

reageren indien er verschillende economische uitgangspunten voor de aanschaf van een elektrische auto

worden geboden. Hierbij zal het bijvoorbeeld van belang zijn om te onderzoeken wat de waarde kan zijn

van verschillende betalingssystemen (zoals van het leasen van accu’s, eventuele subsidies) en wat het

belang is van het onder de aandacht brengen van een betalingssysteem dat nadruk legt op de TCO.

Wat leVert het VoorgestelDe onDerzoeK oP?

We zijn ervan uitgegaan dat de consument zal gaan kiezen tussen een elektrische en een benzine/diesel

auto. Er kan op basis van ons onderzoek van worden uitgegaan dat deze keuze alleen in het voordeel van

de elektrische auto uitvalt als de elektrische auto weinig gedragsaanpassingen vergt van de consument

en als deze auto’s de consument voldoende voordelen biedt in vergelijking met benzine/diesel auto’s.

Hoe kan de gedragsaanpassing zo gering mogelijk worden gehouden? De voorgestelde onderzoekslijn 1

zal antwoord geven op de vraag hoe het laden bij huis kan aansluiten bij de wensen en verwachtingen van

de consument. Deze kennis kan gebruikt worden om bij-huis oplaadsystemen te ontwikkelen die, omdat

ze aansluiten bij de wensen en verwachtingen van de consument, goed passen bij het gedrag van de

consument. In de voorgestelde onderzoekslijnen 2 en 3 wordt onderzocht hoe de consument het voordeel

van de elektrische auto inschat en meer belangrijk welk gewicht verschillende producteigenschappen

en eigenschappen van de context in deze inschatting hebben. Met de resultaten van deze onderzoeken

kan sturing worden gegeven aan de verdere ontwikkeling van de functionaliteit van de elektrische auto,

maar ook aan de ontwikkeling van financiële systemen die de aankoop van de elektrische auto voor de

consument interessant maken.

78 79


2.7 / De ruimtelijKe en VerVoersKunDige inPassing Van

eleKtrische Voertuigen

Prof.dr.ir. Bart van Arem. Civil Engineering and Geosciences, Transport and Planning, TU Delft

Met bijdragen van Dr.ir Arjan van Binsbergen (TU Delft), Drs. Kees van Goeverden (TU Delft), Dr.ir.

Frank van der Hoeven (TU Delft), Dr.ir. Rob van Nes, Dr.ir Sacha Silvester (TU Delft), en Dr.ir Arjan van

Timmeren (TU Delft).

2.7.1 / inleiDing

De mate waarin elektrische voertuigen in de toekomst worden gebruikt, hangt sterk af van de gebruiks-

waarde in vergelijking met andere voertuigen (benzine, diesel, LPG, hybride, …). De gebruikswaarde is

afhankelijk van actieradius, kosten, rijprestaties, imago, parkeermogelijkheden, oplaadmogelijkheden

en bereikbaarheid. Wanneer het opladen gebeurt door het wisselen van accu’s of door snelladen op

‘tankstations’, dan zal de wijze van gebruik van het elektrische voertuig sterk lijken op die van brand-

stofaangedreven voertuigen. Wanneer het opladen conductief of inductief gebeurt bij parkeerplaatsen

dient speciale infrastructuur te worden aangelegd. De lange oplaadtijd vergeleken met snelladen en

de beperkte actieradius leggen beperkingen op aan de mogelijke verplaatsingen. Een mogelijkheid is

stroomtoevoer tijdens het rijden. Dit gebeurt al conductief via een bovenleiding bij treinen, trams en trol-

leybussen, maar dit zou bijvoorbeeld ook inductief kunnen via een systeem in het wegdek.

De komende jaren zal het elektrische voertuig het qua actieradius en kosten moeten afleggen tegen de

conventionele auto. Strategieën voor het bevorderen van het gebruik van de elektrische auto’s zullen

daarom – naast de verdere ontwikkeling van de techniek en financiële prikkels– moeten worden geba-

seerd op:

• het bieden van specifieke voordelen voor elektrische auto’s zoals parkeer- en oplaadmogelijkheden

en toegang tot milieuzones

• toepassing voor vervoersfuncties waarvoor de actieradius geen beperking is, bijvoorbeeld bij ste-

delijke distributie of deelauto’s

Voor een grootschalige invoering van elektrische auto’s en een substantiële bijdrage aan milieudoelstel-

lingen zal ook de ‘gewone’ automobilist moeten worden bereikt. Daarbij gaat het niet alleen om de vraag

of de consument een elektrische auto koopt, maar ook om de vraag hoe de consument het elektrische

voertuig gaat gebruiken. Het gebruik van het elektrische voertuig zal alleen bijdragen aan milieudoel-

stellingen wanneer het minder belastend is dan het alternatief. Hier kunnen de volgende mechanismes

optreden:

80 81


Deze paragraaf gaat in op de ruimtelijke en vervoerskundige inpassing van elektrische voertuigen aan de

hand van de volgende kennisvragen:

1. Welke kansen biedt de gebouwde omgeving aan elektrische voertuigen en welke beperkingen legt

deze elektrische voertuigen op?

2. Welke nieuwe inrichtingsvarianten worden bij uitstek ondersteund door elektrische voertuigen?

3. Voor welke vervoersfuncties zijn elektrische voertuigen geschikt en welke beperkingen kennen

elektrische voertuigen voor andere vervoersfuncties?

4. Hoe worden elektrische voertuigen gebruikt en wat is de uiteindelijke bijdrage aan milieudoelstel-

lingen?

2.7.2 / Kansen en BePerKingen Van eleKtrische auto’s in De geBouWDe omgeVing

De transitie van interne verbrandingsmotoren naar elektrische aandrijving zullen de interacties tussen

de gebruiker en het voertuig en die tussen het voertuig en de omgeving veranderen. Sommige verande-

ringen in de interacties zullen een voorwaarde zijn voor de transitie, andere zullen een gevolg hiervan

zijn. Er is vrijwel geen wetenschappelijke literatuur beschikbaar die nader ingaat op de interactie tussen

elektrische mobiliteitsconcepten en de gebouwde omgeving. De studie van Hatton [62] en het DIEMIGO

programma vormen uitzonderingen. Hatton heeft eisen geformuleerd voor de stedelijke infrastructuur

voor het laden van elektrische voertuigen. Binnen het DIEMIGO-programma van de TU Delft staat de

integratie van elektrische mobiliteit in de gebouwde omgeving centraal. Een uitvoerige analyse en een

toepassing van de methodiek is recent afgerond voor Schiphol [27].

interactie PersoonlijK transPort en Wonen

Gebouwen zijn, net als transport, in belangrijke mate verantwoordelijk voor het gebruik van energie en

de uitstoot van CO2. Om deze reden is een ontwikkeling ingezet in de richting van nul-energie huizen:

woningen die geen netto energie meer gebruiken. Zulke woningen zijn anno 2010 reeds haalbaar en

maakbaar. De trend zet zich echter door in de richting van energie-plus huizen: huizen die niet langer

energie gebruiken maar energie opwekken. Op de conferentie van het EU Zevende Kaderprogramma

FP7 in Valencia (april 2010) die in het teken stond van economisch herstel en duurzaamheid, voorspelde

Gerd Hauser van het Duitse Fraunhofer Institut [63] dat woningen in de toekomst kleine krachtcentrales

worden die voorzien in de energiebehoefte van auto’s. Deze ontwikkeling wordt ondersteund door het

feit dat de prijs van door zonnecellen opgewekte elektriciteit in 2015 reeds gelijk zal zijn aan de prijs van

op conventionele manier opgewekte elektriciteit. Mocht dit inderdaad bewaarheid worden dan ontstaat

in combinatie met het vermogen van de autobatterij om energie te bufferen een bijzonder interessante

interactie waarbij persoonlijk transport en wonen hecht met elkaar verbonden worden.

VoorDelen Voor steDelijKe geBieDen

Op een hoger schaalniveau kan de introductie van elektrisch rijden de beleidswens ondersteunen om

steden verder te verdichten. De geluidsoverlast van autoverkeer zal met name in het binnenstedelijk

gebied afnemen (beneden 50 km/uur overheerst het motorgeluid over het rijgeluid). Elektrisch rijden zal

er tevens toe leiden dat de grote hoeveelheden brandstoffen die vervoerd worden om het hele autopark

van energie te voorzien significant afnemen. Daarmee verdwijnen tal van risicosituaties bovengronds

langs autosnelwegen en ondergronds in tunnels die momenteel nog restricties opleggen aan het ruimte-

gebruik langs belangrijke verbindingen, bijvoorbeeld door omleidingsroutes door woongebieden om tun-

nels te vermijden. De kwaliteit van het wonen en werken in de stad neemt toe door verminderd geluid en

uitstoot van CO2, NOx en fijnstof. Hierdoor kunnen bijvoorbeeld geluidshindermaatregelen, milieuzones

Elektrisch voertuig wordt gebruikt voor: Verwachte bijdrage aan milieudoelstellingen

Verplaatsingen die anders met een conventionele auto zouden worden gemaakt

Positief

Verplaatsingen die anders met een ander vervo-ermiddel zouden worden gemaakt(zoals lopen, fiets, OV)

Overwegend negatief, afhankelijk van vervo-ermiddel

Verplaatsingen die anders niet zouden worden gemaakt.

Negatief

82 83


tig oogpunt lijkt stedelijke distributie een interessante markt voor elektrische voertuigen door de korte

afstanden, het intensieve gebruik en de beschikbaarheid van laadfaciliteiten bij het distributiecentrum.

Sinds eind jaren ’90 is er een aantal pilots en demonstratieprojecten geweest rond elektrische stedelijke

distributie:

Het ging in deze projecten om voertuigvloten (bijvoorbeeld post- en koeriersbedrijven); voertuigen als

onderdeel van een stedelijk distributieconcept en speciale services (afval, recycling). Het doel van de

projecten was in alle gevallen het verbeteren van het stedelijke leefklimaat. Daarom zijn in verschillende

projecten naast elektrische voertuigen ook hybride, LNG, schone dieselvoertuigen, trams en elektrische

fietsen ingezet. In een aantal projecten was er sprake van de introductie van een stadsdistributie-con-

cept, een logistiek concept waarbij goederen aan de rand van een stad in een distributiecentrum worden

overgeladen in elektrische voertuigen.

Alle pilots waren van tijdelijke aard en werden gesteund door de overheid, hetzij door directe financiële

steun voor het proefproject, hetzij door gunstige regelgeving of bijdragen in natura (om niet of voor wei-

nig geld beschikbaar stellen van faciliteiten). Voor zover bekend is geen van de projecten na de subsidie-

periode voortgezet. De belangrijkste beperkingen werden gevormd door de hoge kosten, de beperkte

laadcapaciteit (volume, gewicht), beperkingen in het aanbod van weinig geschikte voertuigen, technische

onbetrouwbaarheid en de significant lagere batterijcapaciteit bij lage temperaturen. Het is interessant

om te onderzoeken hoe de verhouding tussen de kosten enerzijds en de prestatie en betrouwbaarheid

anderzijds in de recent gestart proeftuinprojecten is verbeterd.

VerVoersfunctie 2: moBility ProViDers

Een tweede interessante vervoersfunctie is vervoer aangeboden door zogenaamde mobility providers.

Hieronder valt het verhuur of leasen van elektrische voertuigen, bijvoorbeeld als deelauto of als voor/

natransport bij transferia. Qua milieuvriendelijk imago sluit dit goed aan bij het openbaar vervoer. Ook bij

deze vervoersfunctie kunnen de voertuigen collectief worden beheerd en is een intensief gebruik moge-

lijk. Mogelijke beperkingen zijn de beperkte beschikbaarheid qua aantal maar ook wanneer voertuigen

stil staan bij de bestemming. Ook bedrijven kunnen als mobility providers worden gezien wanneer ze

of venstertijden worden verminderd of achterwege gelaten.

infrastructuur Voor oPlaDen of BatterijWisselen

De eerste generatie laadinfrastructuur is conductief en bestaat veelal uit palen in de openbare ruimte

waar middels kabels en stekkers wordt geladen. Meer en meer wordt gewezen op de veiligheidsrisico’s

ervan en de ‘rommel’ door losse kabels in de publieke ruimte. Interessante ontwikkelingen vinden plaats

in Masdar City in Abu Dhabi, waar PRTs (Personal Rapid Transits) worden geladen middels contactpun-

ten die uit het wegdek naar boven komen op het moment dat een voertuig bij een halteplaats stil staat

[64].

De opties van batterijwisselen (bijv. Betterplace.com) en snelladen (bijv. Epyon.nl en Aker-Wade.com)

krijgen veel aandacht vanwege het feit dat het qua snelheid van opladen vergelijkbaar zou kunnen zijn

met dat van het tanken van de huidige voertuigen met verbrandingsmotoren. Het ontwerp en de inpas-

sing in de gebouwde omgeving van deze snellaad/wisselstations kan in hoge mate vergelijkbaar zijn met

de huidige tankstations (zie bijvoorbeeld [65]). Het snelladen en batterijwisselen zijn dus aantrekkelijk

vanwege de hoge mate van compatibiliteit met het huidige automobiliteitparadigma.

Inductief laden is aantrekkelijk vanwege het ontbreken van kabels, contactpunten en dergelijke. In Korea

worden experimenten uitgevoerd met inductie laden via het wegdek [66]. Al rijdend kunnen voertuigen

contactloos geladen worden. In het bovengenoemde onderzoek van de TU Delft voor de Schiphol Groep

[27] is de ruimtelijke inpassing van dit ‘dynamisch’ laden nader uitgewerkt. Elders in dit rapport wordt

ingegaan op de voor- en nadelen van de verschillende vormen van laden vanuit oogpunt van energie-

efficiency en technologische complexiteit.

2.7.3 / Kansen en BePerKingen Van eleKtrische auto’s Voor VerVoersfuncties

Elektrische auto’s worden kansrijk geacht voor het verminderen van effecten van het autoverkeer op de

lokale luchtkwaliteit en de uitstoot van CO2, maar kennen beperkingen in prestatie, kosten en afhanke-

lijkheid van een laadinfrastructuur.

Er is geen wetenschappelijke onderbouwing aangetroffen voor welke vervoersfuncties zich het best

zouden lenen voor elektrisch vervoer. Gegeven de stand van de techniek kan worden verondersteld dat

de eerste generatie toepassingen zal worden gebaseerd op accu’s en vaste laadpunten, die leiden tot een

actieradius van zo’n 100-150 km. Elektrisch vervoer is daarom in eerste instantie het meest kansrijk bij

vervoersfuncties met kleine, voorspelbare verplaatsingsafstanden met een collectief beheerd wagen-

park. Dit biedt de mogelijkheid om door een uitgekiende plaatsing van laadpunten de investeringskosten

te beperken en door een intensief gebruik de kosten per kilometer te beperken. Om enige schaalgrootte

te kunnen bereiken en (financiële) risico’s te spreiden, liggen de beroepsmatig aangeboden diensten het

meest voor de hand. In Nederland zijn recent subsidies verleend aan 9 proeftuinprojecten voor elektri-

sche mobiliteit. Deze projecten hebben gemeenschappelijk dat ze gaan over een wagenpark dat collectief

wordt beheerd. Voorbeelden zijn elektrische taxi’s en deelauto’s voor het personenvervoer enerzijds en

verschillende projecten voor stedelijke distributie anderzijds.

VerVoersfunctie 1: steDelijKe DistriButie

Een specifieke vervoersfunctie die zich mogelijk leent voor elektrische mobiliteit is stedelijke distributie.

Met elektrische voertuigen wordt overlast in stedelijke centra door emissies en geluid vermeden en kun-

nen de toegangsbeperkingen, de zogenaamde venstertijden, worden opgeheven. Ook vanuit bedrijfsma-

Projectnaam Land Voertuig Start Eind

ELCIDIS-programma EU37 bestelauto’s1 personenauto1 vrachtauto

1998 2002

New distribution system, Osaka JP 8 bestelauto’s 1999 2001

Postdistributie FI 3 bestelauto’s 1999 >

TADIRAM IT Tram en bestelauto’s 2001 2006

Grogetto MERCi Genoa IT 5 vrachtauto’s 2003 2004

La Petite Reine, Parijs FR 16 transportfietsen 2004

MIRACLES UK 1 vrachtauto 2006 2006

Binnenstadservice NL 1 bestelfiets 2008 >

84 85


2.7.4 / toeKomstige ontWiKKelingen en onDerzoeKsuitDagingen

Voortbouwend op de resultaten uit de recent gestart proeftuinprojecten, zal het gebruik van elektrische

auto’s in de eerste fase van de transitie naar elektrische mobiliteit plaatsvinden op beperkte schaal,

bijvoorbeeld in bedrijfswagenparken, stedelijke distributie en via mobility providers. Er wordt in deze

fase gebruik gemaakt van accu’s en een beperkt aantal oplaadpunten. Op basis van de ervaringen uit

deze eerste fase kan het gebruik van elektrische voertuigen als een inktvlek uitbreiden naar andere

bedrijven en gebieden. Tevens zal in de eerste fase verder onderzoek en ontwikkeling plaatsvinden naar

betere accu’s, (snel-) laadsystemen en laadinfrastructuur. De resultaten hiervan staan aan de basis van

de tweede fase waarin ook de consument elektrische voertuigen gaan gebruiken.

uitDagingen Voor De geBouWDe omgeVing

i. Koppeling elektrische voertuigen aan elektriciteitsnetwerken

Elektrische mobiliteit vergt de integratie van een laadinfrastructuur binnen de gebouwde omgeving.

Dat heeft tevens gevolgen voor het elektriciteitsnet. Eén van de belangrijkste uitdagingen vormt het

realiseren van de buffercapaciteit in het elektriciteitsnet middels de aan het net gekoppelde EVs. Om

de buffercapaciteit te maximaliseren is het gewenst dat de niet in gebruik zijnde elektrische voertuigen

gekoppeld zijn aan het net.

> Het vormgeven van een laadinfrastructuur die geparkeerde auto’s permanent en draadloos

verbindt met het elektriciteitsnet is een belangrijke onderzoeks- en ontwerpuitdaging.

De combinatie van gedecentraliseerde –veelal duurzame– elektriciteitsproductie met elektrische

voertuigen wordt gezien als een optie om de energievoorziening in Nederland te verduurzamen. De

inzet van elektrische mobiliteit kan zorgen voor een betere afstemming c.q. overbrugging in tijd van de

verschillende pieken van duurzame opwekking zoals door zon en wind. Het kosteneffectief bereiken van

energieneutraliteit of zelfs het energieleverend maken van de gebouwde omgeving is daarbij van groot

belang. Vanuit huidige ruimtelijke ontwikkelingen op zowel kleine schaal (appartementencomplex, kan-

toorgebouwen) als ook op (zeer) grote schaal (grootschalige kantoorlocaties en woonwijken, zoals bij de

Westflank en Act-locaties in de Haarlemmermeer, Erasmusveld Den Haag en Stadshavens Rotterdam)

is er een dringende vraag naar kennis over elektrische mobiliteit. Deze kennis is nodig om elektrische

mobiliteit strategisch in te zetten voor het realiseren van de op lokaal niveau daartoe reeds aangenomen

vergaande beleidsdoelstellingen, veelal neerkomend op gedeeltelijke/volledige klimaatneutraliteit van

de nieuwe ontwikkelingen dan wel de gehele gebouwde omgeving op korte/middellange termijn.

Het is hierbij van belang om de afstanden tussen de opwekking, het opslaan van de energie en een slim-

me ‘mix’ van functies en bronnen (zgn. polygeneratie) kort te houden om transport en omzettingsverlie-

zen te beperken. Bij een dergelijke veranderde uitwerking van de gebouwde omgeving is het mede van

belang om transitiepaden en daarbij mogelijke dan wel noodzakelijke deeltechnieken te benoemen. Zo

kunnen het batterij wisselen en snelladen binnen een dergelijke uiteindelijke doelstelling (slechts) ver-

worden tot ‘stepping stones’ richting een volledig duurzame en in de gebouwde omgeving geïntegreerde

mobiliteit. Voor de specifieke Schiphol-locatie is in het eerder genoemde onderzoek [27] een zogenaamd

Park&Charge garageontwerp voorgesteld waar circa 9000 voertuigen gekoppeld zijn aan het elektrici-

teitsnet. Een deel van de benodigde elektriciteit wordt opgewekt met zonnecellen die geïntegreerd zijn in

het ontwerp van de automatische parkeergarage.

elektrische voertuigen voor hun werknemers ter beschikking stellen. Een randvoorwaarde is een goede

technische betrouwbaarheid en een ‘wegenwacht’ voor stilgevallen voertuigen.

VerVoersfunctie 3: Particuliere auto’s

Een derde interessante vervoersfunctie is het gebruik van particuliere auto’s. Deze vervoersfunctie is

interessant omdat het 77% van de vervoersprestatie in Nederland voor haar rekening neemt (Tabel 3).

Grootschalige toepassing van elektrische mobiliteit voor het particuliere autoverkeer kan daarom een

belangrijke bijdrage leveren aan het verbeteren van de lokale luchtkwaliteit en het verminderen van de

uitstoot van CO2.

Tabel 3 Aandeel vervoersprestatie reizigerskilometers via landgebonden transport in Nederland, per afstandsklasse

en modaliteit (2007)

Interessant is ook dat 40% van de reizigerskilometers wordt afgelegd met auto/motorfiets op afstanden

minder dan 100 km. Daarmee zou de elektrische auto voor de meeste ritten qua actieradius volstaan.

Voor langere ritten (denk aan vakanties of familiebezoek) is de elektrische auto niet geschikt. Autobezit-

ters met een garage/carport kunnen wellicht het voertuig gemakkelijk opladen (dit betreft zo’n 20% van

de huizen in Nederland [67]). Voor het parkeren op de openbare weg is een apart laadpunt nodig. Voor het

particuliere autoverkeer is de optie inductief laden tijdens het rijden interessant. Hierdoor kan worden

volstaan met een beperkte accu voor het rijden naar de geëquipeerde weg. Eenmaal op de geëquipeerde

weg, is de actieradius onbeperkt ([68, 69]). Omdat met een beperkte accu wordt gereden, is de massa van

het voertuig aanzienlijk lager en daarmee ook het energiegebruik.

VerVoerWijze

Lopen FietsBromfiets

Auto Motorfiets Trein

Bus Taxi

Metro Anders

totaal

afstanDKlasse

< 5 km 2% 3% 4% 0% 0% 9%

5 -< 10 km 0% 2% 6% 0% 1% 9%

10 -< 20 km 0% 1% 10% 0% 1% 13%

20 -< 30 km 0% 0% 8% 1% 1% 10%

30 -< 50 km 0% 0% 12% 1% 1% 15%

50 -< 100 km 0% 0% 16% 3% 1% 20%

100 -< 200 km 0% 0% 13% 2% 1% 16%

200 -< 500 km 0% 0% 4% 0% 0% 5%

> = 500 km 0% 0% 3% 0% 0% 4%

totaal 2% 8% 77% 8% 5% 100%

86 87


VerVoersKunDige functies

i. ontwerp van stedelijke distributiesystemen op basis van lokale ervaringen

Voor de komende jaren wordt een verdere groei in de mobiliteit voorzien. Aangezien er zeer beperkt zal

worden voorzien in nieuwe wegen blijft het mobiliteitssysteem onder druk staan. De problemen ten aan-

zien van files, bereikbaarheid en lokale luchtkwaliteit concentreren zich rond stedelijke en economische

centra. Nationaal en internationaal neemt hierdoor de behoefte aan duurzame oplossingen toe. Een re-

cente studie door Perujo & Ciuffo [70] berekent een CO2-reductie van 3,5% wanneer 5% van de voertuigen

elektrisch zouden zijn, maar geeft geen enkele onderbouwing welke verplaatsingen dit zou betreffen.

Ook meer algemeen is geconstateerd dat wetenschappelijke kennis over de kansrijke vervoersmarkten

zowel op de korte als langere termijn ontbreekt. Verkennend onderzoek naar kansrijke vervoersmark-

ten is daarom nodig door regionale elektrische vervoerssystemen te ontwerpen en door te rekenen. Het

onderzoek dient inzicht te geven in de verbetering van de leefbaarheid en de vermindering van de CO2-

uitstoot, rekening houdend met rebound effecten zoals het genereren van nieuwe verplaatsingen of het

gebruik van EVs in plaats van het OV of de fiets.

Goederenvervoer over de weg is belangrijk voor de bevoorrading van stedelijke en economische centra.

Venstertijden zijn ingesteld vanwege de uitstoot van het goederenvervoer qua emissies en geluid. Elek-

trische mobiliteit biedt een perspectief op stiller en schoner goederenvervoer. Gegeven de beperkingen

in laadvermogen en actieradius is elektrisch vervoer vooral kansrijk bij kleinere laadeenheden. In Ne-

derland zijn verschillende lokale proeftuinprojecten gestart op het gebied van stedelijke distributie.

> Nader onderzoek is gewenst naar het ontwerp van een stedelijk distributiesysteem voor elek-

trische voertuigen, gebaseerd op een opschaling van de lokale projecten naar stedelijke schaal. Het

onderzoek dient in te gaan op de eisen met betrekking tot de prestatie en kosten van de EVs en de

laadinfrastructuur, de planning en routering van EVs, de plaatsing van laadstations en de mogeli-

jkheden om binnen supply chains rekening te houden met het gebruik van EVs.

ii. nieuwe vervoersdiensten

Nieuwe vervoersdiensten zoals deelauto’s, elektrische taxi’s en voor- en natransport bij het openbaar

vervoer onderstrepen het toenemende belang van ‘vervoer-op-maat’. Met relatief korte verplaatsings-

afstanden, mogelijkheden voor oplaadstations op een beperkt aantal plaatsen en een intensief gebruik

lijken deze diensten geschikt voor elektrische voertuigen. Deze nieuwe vervoersdiensten kunnen tevens

een alternatief zijn voor particulier autobezit en autogebruik.

> Nader onderzoek is gewenst naar de opschaling van het aanbieden van vervoersdiensten op basis

van (innovatieve) elektrische voertuigen. In dit onderzoek dient te worden ingegaan op analyse van

de omvang, wensen en eisen van doelgroepen ten aanzien van EVs, waarbij niet alleen wordt in-

gegaan op rationele aspecten zoals beschikbaarheid, nabijheid, kosten en voertuigkarakteristieken

maar ook op niet-rationele aspecten zoals imago, beleving en milieubewustzijn. Tot slot dient te

worden ingegaan op de uitwerking van de dienst in termen van voertuigconcept, vloot, plaatsing van

voertuigen, beheer, gebruik en financiering.

iii. mogelijkheden voor particulier vervoer

Het gebruik van de particuliere auto zal de komende jaren een dominante rol houden binnen de per-

sonenmobiliteit. Onder andere door invloed van EU wetgeving zullen nieuwe auto’s de komende jaren

schoner worden, door schonere verbrandingsmotoren en het gebruik van hybride voertuigen. Elders in

ii. Koppeling duurzame lokale energieopwekking en elektrisch vervoer; aanpassing ePc methodiek

Het energieverbruik in de gebouwde omgeving, en met name de borging van een duurzame invulling

daarvan, wordt momenteel in Nederland berekend door middel van de zogenoemde (en verplicht ge-

stelde) Energie Prestatie Coëfficiënt (EPC) berekening. Binnen de EPC berekening wordt alleen gekeken

naar klimaatinstallaties en maar naar een zeer beperkt deel van de gebruikersenergie. Dit betekent dat

een belangrijk deel van de energie voor de openbare voorzieningen en huishoudelijke apparaten ont-

breekt. Hierdoor, en door aannames in de rekenmethodiek, zijn er maatregelen die het energieverbruik

terugdringen, maar die niet gehonoreerd worden in de EPC. Bij recente vooruitstrevende projecten blijkt

dat naarmate de EPC-waarde daalt, de rekenmethode niet meer toereikend is en dat het beter is te kijken

naar de werkelijke energiestromen.

> Vanuit ruimtelijke ordening is nader onderzoek gewenst naar een mogelijke combinatie van du-

urzame lokale energieopwekking, parkeren en laden van elektrische voertuigen en de hiervoor

noodzakelijke aanpassing van de EPC rekenmethodiek. Hierbij is onderzoek naar de optimale

schaal en lokalisering van dergelijke voorzieningen in zowel nieuw als bestaande stedelijke ge-

bieden van belang. De inzet van elektrische mobiliteit bij ‘energie renovatie’ (ook wel ‘e-novation’

genoemd) van bestaande gebouwen zal zich met name moeten richten op de concrete mogeli-

jkheden van koppeling aan c.q. integratie in de gebouwschil en infrastructuur; een mogelijke

samenhang van gevelvervanging c.q. upgrading aan e-mobiliteit (duurzame energie, laden en

parkeren).

De transitie naar elektrische mobiliteit heeft in vergelijking met de interne verbrandingsmotoren minder

emissies van CO2, NOx, fijnstof en geluid tot gevolg. Maatregelen zijn van kracht om de overlast en ge-

zondheidsrisico’s van deze emissies te beperken. Daarnaast worden er met name rondom het transport

en opslag van de brandstoffen (LPG, benzine en diesel) allerlei maatregelen genomen om de risico’s te

beperken. Deze maatregelen hebben veelal grote invloed op de inrichting van onze gebouwde omge-

ving. Grootschalige introductie van elektrische voertuigen kan in dat opzicht de mogelijkheid bieden om

onze ruimte anders en mogelijk efficiënter in te richten. Bij deze mogelijkheden moet men denken aan

meervoudig ruimtegebruik, het combineren en verdichten van vervoerstromen, het compact parkeren

(variërend van parkeergarages met een lagere verdiepingshoogte als gevolg van gereduceerde lucht-

behandeling installaties tot verdergaande systemen zoals geautomatiseerd parkeren), combinaties van

individueel- en collectief vervoer, combinaties tussen personen- en vrachtvervoer, etc.

Met name binnen nieuwe ontwikkelingslocaties speelt de mogelijke omkering van het nu gangbare

streven om gemotoriseerde mobiliteitsvormen zoveel mogelijk uit ‘bezond’ c.q. daglichtrijke gebieden in

stedelijke gebieden te halen naar het weer terugbrengen of stallen van juist deze elektrisch gemotori-

seerde mobiliteitsvormen in/nabij locaties die optimaal gelegen zijn vanuit het perspectief van duurzame

bronnen (zoals wind en zon) of vanuit gebruiksperspectief. Deze ‘omkering’ van zowel de uitwerking van

stedelijke typologieën als huidige archetypes in relatie tot (deze) mobiliteitsvormen dient onderzocht te

worden voor zowel nieuw te realiseren alsmede bestaand stedelijk gebied.

> Nader onderzoek is gewenst naar mogelijkheden die er op het gebied van de ruimtelijke ordening

ontstaan door het wegvallen van maatregelen verbonden met de risico’s rondom de interne ver-

brandingsmotor en zijn brandstoffen. Uiteraard dient hierbij tegelijkertijd onderzocht te worden

welke ruimtelijke ordeningsmaatregelen zouden kunnen voortvloeien uit de risico’s verbonden aan de

introductie van elektrische mobiliteit zoals die elders in dit rapport zijn omschreven.

88 89


2.8 / samenVatting stanD Van zaKen

In de vorige paragrafen is een breed overzicht gegeven van de kritische factoren, onzekerheden en

kansen die de transitie naar elektrisch wegvervoer omgeven. Onderstaand wordt per paragraaf een sa-

menvatting gegeven. In Hoofdstuk 3 worden de ontwikkelingen en gerelateerde kennisvragen gekoppeld

aan het transitieproces en samengevat in een kennisagenda.

2.8.1 / eleKtrische Voertuigtechnologie

Grote autofabrikanten lijken momenteel vooral voor een geleidelijke omschakeling van hybride via

plug-in hybrides naar volledig elektrisch aangedreven voertuigen te kiezen. Het eerste in massa gepro-

duceerde (volledig) elektrische voertuig gaat in Nederland geleverd worden tegen een verkoopprijs van

ongeveer 33.000 euro (Nissan Leaf).

De (deels) elektrisch aangedreven voertuigen die nu op de markt verschijnen, zijn veelal gebaseerd

op bestaande modellen (chassis en body). Met de komst van elektrische aandrijflijnen zijn radicale

herzieningen van de opbouw van de constructie mogelijk en noodzakelijk om tot efficiëntere voertuigen

te komen met voldoende bergruimte en een verbeterde veiligheid. Gewichts- en volumereductie van de

honderden kilogrammen wegende batterijpakketten vraagt om aandacht. Tegelijkertijd kan het gewicht

van de totale constructie verkleind worden door de inzet van nieuwe, sterke lichtgewicht materialen.

Verlaging van de luchtweerstand garandeert een grotere actieradius voor de batterijen. Ook de eventu-

ele opkomst van elektrische wielmotoren kunnen voor radicale veranderingen zorgen bij het chassis-

ontwerp. De komst van compacte range extenders kan ertoe leiden dat de huidige vrij complexe parallel

hybride aandrijvingen (zowel mechanisch als elektrisch) vervangen kunnen worden door enkelvoudige

elektrische aandrijvingen, waarbij de batterij gevoed wordt door de range extender (serieel hybride).

Slimme routeplanners en driver guidance systemen kunnen een bijdrage leveren aan de het succesvol

introduceren van elektrisch vervoer.

2.8.2 / Batterijtechnologie

De snelheid waarmee de grote batterijpakketten of ‘battery packs’ in grote aantallen op de markt gaan

komen en die daarbij betaalbaar en veilig zijn en een flinke actieradius mogelijk maken, is in belangrijke

mate bepalend voor de toekomstige ontwikkelingen. Niet alleen beïnvloedt het de introductiesnelheid

van elektrische vervoer maar ook de richting van nieuwe ontwikkelingen, zoals de verhouding tussen

(nieuwe) hybride vormen en volledig elektrisch aangedreven voertuigen. Onze aanbevelingen met het

oog op een nationale kennisagenda zijn in drie categorieën in te delen: onderzoek/ontwikkeling, industrie

en onderwijs.

onDerzoeK en ontWiKKeling

Wereldwijd vindt er zowel in de publieke als in de private sector veel ontwikkelingswerk plaats. De auto-

industrie heeft zichzelf scherpe doelstellingen opgelegd voor de verbetering van de batterijeigenschap-

pen. Naast sleuteleigenschappen als prijs, energiedichtheid en leverbaar vermogen spelen veiligheid

en levensduur een belangrijke rol. Een ander belangrijk aandachtspunt is het gebruik van duurzame,

milieuvriendelijke en ruim beschikbare materialen. Naast het huidige hoofdspoor van de Li-ion techno-

logie zal ook ingezet moeten worden op andere technologieën en materialen zoals bijv. NiMH of magne-

siumbatterijen. Voor al deze onderdelen liggen er nog vele onderzoeks- en ontwikkelingsuitdagingen.

Nederland zou sterk gebaat zijn met een door de overheid gestimuleerde aanpak teneinde de onder-

dit hoofdstuk wordt ingegaan op de acceptatie van EVs door consumenten. Er bestaat onzekerheid over

de wijze waarop EVs gebruikt gaan worden afhankelijk van de prestaties en oplaadwijze. Dit heeft niet

alleen betrekking op het feit of een verplaatsing met een EV wordt gemaakt. Het gebruik van een EV kan

ook tot veranderingen leiden in routekeuzegedrag (denk aan de afhankelijkheid van laadpunten), en op

het rijgedrag (rijstrookwisselen, snelheid en afstandhouden, mate van anticiperen hebben een directe

relatie met de capaciteit van wegen).

> Nader onderzoek is gewenst naar het mogelijke gebruik van EVs als voertuig voor particulieren.

Dit onderzoek dient zich enerzijds te richten op het gebruik van EVs in stedelijke regio’s als functie

van de prestaties en oplaadwijze (thuisladen versus snelladen/accu’s wisselen). Hierbij moeten de

te verwachten vervoersstromen van verschillende modaliteiten, waaronder EVs, in kaart gebracht

worden. Anderzijds dient het onderzoek zich te richten op het gebruik van EVs met inductieve ener-

gieoverdracht op het hoofdwegennet en de effecten hiervan op de verkeersstromen in termen van

congestie en uitstoot van CO2. In het bijzonder dient aandacht te worden besteed aan de veranderin-

gen in het routekeuze- en rijgedrag en de effecten hiervan op de capaciteit van het wegennetwerk.

2.7.5 / KennisagenDa Voor neDerlanD

Het meeste internationale wetenschappelijke onderzoek naar elektrische auto’s richt zich op de

techniek. Zolang de elektrische auto fundamenteel verschillend is van ‘gewone’ auto’s met betrekking

tot actieradius, wijze van opladen, prijs en dynamisch gedrag, is de ruimtelijke en vervoerskundige

inpassing van elektrische auto’s echter van doorslaggevend belang voor de succesvolle invoering. In de

wetenschappelijke literatuur blijkt dit een nauwelijks ontgonnen onderwerp en ook de diverse proeven

blijken nauwelijks op de ruimtelijke en vervoerskundige aspecten te zijn geëvalueerd. Een start met het

onderzoek naar inpassing in de gebouwde omgeving is gemaakt in het TRANSUMO project DIEMIGO. Een

andere positieve uitzondering is het recent gehonoreerde NWO project “Electric vehicles: early stages

of adoption processes”, dat door de TU Delft wordt geleid en waarin ‘early adopters’ worden bestudeerd

vanuit een economisch, psychologisch en actoren perspectief. Positief is eveneens het subsidieprogram-

ma “Proeftuin Hybride en Elektrisch rijden,” waaruit verschillende bedrijven subsidie hebben ontvangen.

Geadviseerd wordt om bij de evaluatie van dit programma nadrukkelijk ook aandacht te schenken aan de

ruimtelijke en vervoerskundige implicaties.

De kennisontwikkeling over de ruimtelijke en vervoerskundige inpassing van elektrische auto’s staat in

de kinderschoenen. In deze paragraaf is ingegaan op kansen en beperkingen van elektrische voertuigen

vanuit de gebouwde omgeving en vanuit vervoerskundige functies. Op basis van deze kansen en beper-

kingen zijn 6 onderwerpen geïdentificeerd voor nader onderzoek:

• Laadinfrastructuur voor geparkeerde EVs

• Combinatie EVs met duurzame lokale energieopwekking

• EVs en nieuwe ruimtelijke concepten

• EVs en stedelijke distributie

• EVs en nieuwe vervoersdiensten

• EVs en de particuliere vervoersconcepten

Deze onderwerpen kunnen worden uitgewerkt via het opstellen en doorrekenen van ontwerpen in

samenwerking met de al lopende projecten. Op basis van deze resultaten kan de onderzoeksagenda in

meer detail worden uitgewerkt en geprioriteerd.

90 91


de levensduur van de batterijen afhankelijk is van de wijze van laden. Maar ook met het elektriciteits-

netwerk is informatie-uitwisseling nodig. De laadstromen zijn groot, zeker bij snelladen. De vraag naar

laadcapaciteit zal moeten worden afgestemd op de netwerkcapaciteit teneinde overbelasting te voorko-

men of grote investeringen te vermijden in versterking van het netwerk en in vergroting van de elektrici-

teitsopwekkingscapaciteit in verband met piekbelasting.

Netwerkintelligentie is verder nodig om de batterijen in auto’s voor elektriciteitsopslag en -teruglevering

(Vehicle-to-Grid of V2G) te kunnen gebruiken. De ontwikkeling van smart grids is daarom sterk verbon-

den met de (grootschalige) introductie van elektrisch vervoer. De regulering van elektriciteitsstromen tot

in de haarvaten van het netwerk vraagt naast belangrijke ICT ontwikkelingen ook nieuwe economische

modellen, juridische en regulatorische arrangementen.

Een nieuwe tariefsystematiek moet de consument de juiste prijsprikkels geven. Ook de bijbehorende

betaalinfrastructuur vergt aandacht. Technisch gaat het om elektronische betaalfaciliteiten en orga-

nisatorisch om een structuur waarbij de klanten en de oplaaddienstverleners met elkaar verbonden

worden zodat de klant overal toegang heeft tot laadsystemen. Een business model met intermediaire

service providers lijkt een veelbelovende optie.

2.8.4 / VeiligheiD en milieu

Het veiligheidsaspect concentreert zich in belangrijke mate op de batterijtechnologie. Het omgaan met

de hoge spanningen vergt speciale aandacht bij (de)montage en bij het ingrijpen van hulpdiensten. De

grote massa van de batterijpakketten vormt een extra risico bij botsingen en bij blussen kunnen onge-

wenste chemische reacties ontstaan. Voorts dreigt brandgevaar bij onjuiste laadprocedures. Er is meer

onderzoek nodig naar de elektromagnetische compatibiliteit: het terugdringen van storingsgevaar (voor

voertuig en omgeving) kan namelijk tot bijzondere ontwerpeisen gaan leiden. Daarnaast zijn er gevaren

voor andere weggebruikers bij lage snelheden als gevolg van het ontbreken van motorgeluid.

Ten aanzien van de milieuvraagstukken zijn ketenanalyses van groot belang. Naast CO2 gaat het ook

om andere emissies als fijnstof en NOx. Hierbij zijn niet alleen “gemiddelden” van belang –bijvoorbeeld

het jaargemiddelde verschil tussen opladen met de huidige elektriciteitsmix en bij de inzet van nieuwe

elektriciteitsopwekkingssystemen– maar ook de dynamiek in het optreden van de energievraag. Een

grote extra elektriciteitsvraag op piektijden geeft een ander milieubeeld dan wanneer meer spreiding

van de opname in elektrische voertuigen mogelijk wordt met behulp van smart grids. Verder kan elektri-

citeitsbuffering van batterijenpakketten in auto’s een significant effect hebben op de nationale emissies,

waar nog betrekkelijk weinig over bekend is. Een rol speelt daarbij de betrekkelijke onduidelijkheid over

het energetisch rendement van elektrisch vervoer in relatie tot de verschillende laadtechnologieën en

het regeneratief remmen. Voorts is op Europees niveau aandacht nodig voor de verhouding tussen een

toenemende elektriciteitsvraag als gevolg van elektrisch vervoer en de CO2-handel (EU-ETS) en de in-

corporatie van CO2-emissies elders in de keten bij de normering van CO2-emissies voor het wegvervoer.

2.8.5 / geBruiKersPersPectief

De belangrijkste voorwaarde voor de adoptie van elektrisch wegvervoer is ongetwijfeld of de consumen-

tenmarkt in de breedte elektrisch vervoer zal gaan accepteren. Het wordt aannemelijk geacht dat de

aanschaf van een elektrische auto een keuzeproces is dat vergelijkbaar is met dat van de huidige traditi-

onele auto’s. De productfactoren die de consument in zijn of haar overwegingen zal meenemen worden

bepaald door de eigenschappen van het product en de context waarin de auto gebruikt moet gaan wor-

zoeksexpertise uit te bouwen op de veelbelovende gebieden van batterijmaterialen, batterijtechnologie,

modellering en batterijmanagement systemen.

inDustrie

Het is waarschijnlijk dat er belangrijke nieuwe industriële activiteiten rond batterijen zullen gaan

ontstaan. Daarbij gaat het niet alleen om de productie van batterijcellen en de assemblage van grote

packs, maar gaat het ook om grondstoffenproductie, doorvoer van materiaalstromen, soft- en hardware

voor batterijbesturings systemen, een recycling industrie, enzovoort. De wereldwijde omzet van deze

sector kan honderden miljarden euro’s per jaar gaan bedragen in de toekomstige vervangingsmarkt.8

Om Nederlandse kansen te identificeren is het dus essentieel om de hele waardeketen te beschouwen.

Belangrijk is bijvoorbeeld dat de kostprijs van een batterijpakket voor ongeveer de helft bepaald wordt

door de batterijen zelf. Het pakketontwerp en -productie, en het batterijmanagement systeem (hard- en

software) vormen de andere helft. Hier liggen nadrukkelijk kansen voor Nederland. Naast mogelijk-

heden voor het ontwerp en productie van batterijpakketten en batterijmanagement systemen kan een

Europese doorvoerfunctie ontstaan, liggen er mogelijkheden voor de productie van halffabricaten, en er

ontstaat een nieuwe markt voor second life toepassingen en recycling. Op de deelonderwerpen (materi-

alenonderzoek, technologieën, modellering en batterijmanagement systemen) liggen nog veel high-tech

ontwerpuitdagingen waar in Nederland topexpertise voor beschikbaar is.

onDerWijs

Ook is aandacht nodig voor voldoende aandacht voor batterijtechnologie in het onderwijs op alle niveaus,

omdat veel van de huidige professionals (denk ook aan hulpdiensten en onderhoudsmonteurs) in contact

met batterijen zullen komen en in de toekomst veel expertise nodig zal zijn bij een grootschalige imple-

mentatie van EVs in de Nederlandse samenleving.

2.8.3 / laaD-, Betaal- en energieinfrastructuur

Essentieel voor de snelle implementatie van elektrische mobiliteit is het voorhanden zijn van een laadin-

frastructuur met een voldoende dekking. De ontwikkeling hiervan vraagt nog veel aandacht op meerdere

niveaus.

laadconcepten: Hoewel de meningen nog verschillen over de vraag of batterijwisselstations dan wel

snellaadsystemen de beste optie zijn, concentreren de huidige technologische uitdagingen voor het

laden zich op het snelladen. Aansluitingen voor snelladen vragen een verzwaard lokaal elektriciteitsnet

(met driefase aansluitingen), zware kabelsystemen en veilige, gestandaardiseerde aansluitsystemen.

Naarmate sneller geladen wordt, stijgen overigens de energieverliezen. Inductief (draadloos) opladen is

een derde mogelijkheid. Technisch zijn de ontwikkelingen hierbij al ver, maar er is nog onvoldoende zicht

op de economische en veiligheidsaspecten. Draadloos opladen kan in principe op parkeerplaatsen maar

ook tijdens het rijden, middels inductiespoelen in het wegdek. Infrastructurele aanlegkosten staan dan

tegenover de kleinere batterijpakketten die in de auto’s nodig zijn.

De prestaties van de batterij en dus van het elektrische voertuig zijn sterk afhankelijk van de wijze

waarop de batterij wordt geladen en ontladen. Batterijontwikkeling moet daarom hand in hand gaan met

de ontwikkeling van (slimme) laadtechnologie.

In zijn algemeenheid vergt het laden van de batterijen nog de nodige hard- en software-ontwikkeling.

Voor het laden is een nauwkeurige communicatie met het batterijmanagement systeem nodig, omdat

8 De afzet van nieuwe personenauto’s

is erg conjunctuurafhankelijk maar

beweegt zich momenteel rond de 50

miljoen voertuigen per jaar.

Wereldwijd zijn er 800 miljoen automo-

bielen op de weg en de verwachting is

dat dit aantal zich tot 2030 kan verdub-

belen, en in 2050 zelfs

2,5 miljard kan bedragen. Bij een prijs

van enkele duizenden euro’s voor een

batterijenpakket (nu nog meer dan

tienduizend euro) zal de

toekomstige batterijenmarkt voor mo-

biele toepassingen dus vele honderden

miljoenen euro’s per jaar kunnen

bedragen.

92 93


supply chains

• Opschaling van vervoersdiensten op basis van (innovatieve) elektrische voertuigen: omvang, wen-

sen en eisen van doelgroepen (rationele en niet-rationele aspecten), uitwerking van de dienstver-

lening

• Gebruik van EVs voor particulieren: gebruik in stedelijke regio’s, te verwachten vervoersstromen,

inductieve energieoverdracht, effecten hiervan op de verkeersstromen en rijgedrag.

den. De bij gangbare adoptietheorieën genoemde aspecten zullen ook bij de adoptie van de elektrische

auto een rol spelen. Aspecten die van belang zijn, zijn o.a. relatief voordeel, complexiteit, risicoperceptie

en de mate waarin het past in het huidige gewoontegedrag. Belangrijke vragen die beantwoord moeten

worden om mogelijke barrières te slechten, zijn:

• Wat is de meerwaarde van een elektrische auto ten opzichte van het traditionele alternatief voor

verschillende gebruikerscategorieën?

• Hoe zwaar wegen hierin de diverse aspecten (geluid, kracht, snelheid, de rijervaring, actieradius,

maatschappelijke effecten als CO2- en fijnstof-emissiereducties, aanschafprijs, kilometerprijs,

uitstraling, laadgemak, veiligheid, enzovoort)?

In de wetenschappelijke literatuur is hier nog zeer weinig over te vinden. Het sporadisch beschikbare

consumentenonderzoek is uitgevoerd door adviesbureaus in het buitenland en geven slechts indicaties.

Onderzoek wordt onder andere voorgesteld naar de vanuit gebruikersperspectief wenselijke infrastruc-

tuur voor het ’s avonds en ’s nachts laden van de EVs bij de woning.

2.8.6 / ruimtelijKe en VerVoersKunDige inPassing Van eleKtrische auto’s

Het meeste internationale wetenschappelijke onderzoek naar elektrische auto’s richt zich op de tech-

niek. Zolang de elektrische auto fundamenteel verschillend is van ‘gewone’ auto’s met betrekking tot ac-

tieradius, wijze van opladen, prijs en dynamisch gedrag, is de ruimtelijke en vervoerskundige inpassing

van elektrische auto’s echter van doorslaggevend belang voor de succesvolle invoering. In de weten-

schappelijke literatuur blijkt dit een nauwelijks ontgonnen onderwerp en ook de diverse proeven blijken

nauwelijks op de ruimtelijke en vervoerskundige aspecten te zijn geëvalueerd.

Een start met het onderzoek naar inpassing in de gebouwde omgeving is gemaakt in het TRANSUMO

project DIEMIGO. Een andere positieve uitzondering is het recent gehonoreerde NWO project ‘Elec-

tric vehicles: early stages of adoption processes’, dat door de TU Delft wordt geleid en waarin ‘early

adopters’ worden bestudeerd vanuit een economisch, psychologisch en actoren perspectief. Positief is

eveneens het subsidieprogramma Proeftuin Hybride en Elektrisch rijden, waarin verschillende bedrijven

subsidie hebben ontvangen. Geadviseerd wordt om bij de evaluatie van dit programma nadrukkelijk ook

aandacht te schenken aan de ruimtelijke en vervoerskundige implicaties.

Op basis van de kansen en beperkingen zijn de volgende onderwerpen geïdentificeerd voor nadere on-

derzoek:

• Vormgeving van een laadinfrastructuur die geparkeerde auto’s permanent en draadloos verbindt

met het elektriciteitsnet

• Combinatie van duurzame lokale energieopwekking, parkeren en laden van elektrische voertuigen

en de hiervoor noodzakelijke aanpassing van de EPC rekenmethodiek: optimale schaal, lokalisering

en energierenovatie van bestaande gebouwen

• Mogelijkheden op het gebied van de ruimtelijke ordening door het wegvallen van maatregelen ver-

bonden met de risico’s rondom de interne verbrandingsmotor en zijn brandstoffen

• Ontwerp van een stedelijk distributiesysteem voor elektrische voertuigen, gebaseerd op een

opschaling van de lokale projecten naar stedelijke schaal: prestatie en kosten van de EVs en de

laadinfrastructuur, planning en routering van EVs, plaatsing van laadstations en opname van EVs in

3. /naar een KennisagenDa eleKtrisch rijDen

3.1 / inleiDing

De hoge energie-effi ciënte van elektrische aandrijving is een belangrijk gegeven voor het vertrouwen in

de doorbraak van elektrisch vervoer. In combinatie met de verduurzaming van de elektriciteitsopwek-

king kan elektrisch vervoer voor een systeemdoorbraak in de vervoerssector zorgen, die de CO2-emis-

siereductie van de wegvervoerssector op termijn sterk kan verminderen. Technologische ontwikkelingen

bevinden zich in een stroomversnelling en veel grote automobielfabrikanten ontwikkelen momenteel

elektrische aandrijfl ijnen. Ook andere spelers en marktpartijen zijn zich aan het positioneren.

Met welke snelheid de ontwikkelingen zich zullen voltrekken is evenwel nog ongewis, al is wel duidelijk

dat een eventueel volledige omschakeling enkele decennia zal vragen. Voor het jaar 2020 variëren de

verwachtingen over aantallen elektrisch aangedreven voertuigen op de Nederlandse wegen zich tus-

sen de 1 en 10%. De snelheid waarmee de adoptie zich zal voltrekken hangt in belangrijke mate af van

(internationale) maatregelen die prikkels vormen voor investeringen in elektrisch vervoer, (batterij)

technologieontwikkeling en de ontwikkeling van de energieprijzen. In een recente analyse van McKinsey

(zie Figuur 25) is sprake van een bandbreedte van ca. 10 jaar tot grootschalige marktadoptie.

Figuur 25 De verwachte marktpenetratie van elektrische voertuigen [71]. In groen een snelle adoptie, in geel een

langzamer scenario.

Het is daarmee nog te vroeg om uitspraken te kunnen doen over de termijn waarop er bijvoorbeeld

behoefte zal zijn aan een landelijke dekking van oplaadpunten. Het is een kwestie van voorsorteren en

posities innemen die de transitie voldoende faciliteren en daarbij uitzicht bieden op nieuwe economische

kansen. Het is dus van belang de ontwikkelingen in een internationale context te monitoren en tijdig

relevante acties te ondernemen.

Een indeling naar aantallen voertuigen op de weg geeft meer houvast in het denken over benodigde

maatregelen en het beantwoorden van openstaande kennisvragen dan het hanteren van een strikte tijd-

lijn. Afhankelijk van de (internationale) ontwikkelingen kunnen aan de hand van een dergelijke indeling

acties versneld of vertraagd worden doorgevoerd. In de volgende paragrafen wordt per fase in het tran-

sitieproces aangegeven welke elementen van het elektrisch vervoersysteem moeten zijn gerealiseerd en

worden de daarmee samenhangende kennisvragen vastgesteld. Op deze manier kan worden aangegeven

in welke fase welke kennisvragen beantwoord moeten zijn en wanneer gestart moet worden met kennis-

ontwikkeling en innovatie. We onderscheiden vier fases, gebaseerd op het standaard adoptieproces van

nieuwe technologieën: (1) introductie, (2) groei, (3) rijpheid en (4) verzadiging. In Figuur 26 is het verloop

van het adoptieproces weergegeven met de belangrijkste kenmerken van elke fase.

Figuur 26 Transitie- en adoptieproces elektrisch vervoer met de belangrijkste kenmerken per adoptiefase.

De uiteindelijke penetratiegraad zal mede afhangen van het gevoerde fl ankerend overheidsbeleid.

3.2 / introDuctiefase

Wij bevinden ons op dit moment aan het begin van de introductiefase. Deze fase, met nog dure batte-

rypacks en beperkte productievolumina van plug-in hybrides of volledig elektrische voertuigen, wordt

verondersteld te leiden tot maximaal enkele tienduizenden voertuigen, vooral in nichemarkten met hoge

kilometrages en toegang tot een eigen (private) oplaadinfrastructuur. De elektriciteitsbehoefte voor

elektrisch vervoer blijft dan beperkt tot enkele tienden van procenten van de jaarlijkse elektriciteits-

vraag in Nederland. Het laden zal voornamelijk langzaam gebeuren. De eerste kleinere series voertui-

gen zijn in deze periode gebaseerd op bestaande platformen. Er zullen verschillende type aandrijfl ijnen

naast elkaar worden ontwikkeld voor specifi eke contexten. De implementatie van de laadinfrastructuur

wordt gedoseerd en zal gekoppeld zijn aan het aantal elektrische voertuigen. Kleinschalige experimen-

ten en demonstratieprojecten worden gestart waarin de synergie tussen duurzame energieopwekking

en elektrische voertuigen worden onderzocht (Grid-to-Vehicle en Vehicle-to-Grid).

97


96


In deze periode is onderzoek naar de randvoorwaarden voor de introductie van groot belang. De vragen

die er nog bestaan rondom de veiligheid van de elektrische auto en de laadinfrastructuur moeten in deze

periode worden beantwoord. Standaardisering van de verschillende componenten en de interfaces zal

in deze aanloopperiode moeten worden gerealiseerd. In deze fase zal veel aandacht besteed moeten

worden aan het ontwikkelen van voor de consument aantrekkelijke proposities en business modellen ter

voorbereiding van de groeifase. Middels deze proposities dient het consumentenvertrouwen voor EVs te

worden gewonnen.

Gecoördineerde kennisontwikkeling is in deze precompetitieve fase van belang. Niet alleen op nationaal,

maar ook op internationaal is deze coördinatie van belang om de vele onzekerheden die nog bestaan

rondom elektrisch rijden voortvarend te kunnen reduceren. Ook is het van belang hoogwaardige nieuwe

opleidingen te starten voor mensen die professioneel in contact komen met elektrische voertuigen. Met

name hulpdiensten zullen al in een vroeg stadium voldoende expertise in huis moeten hebben.

Gezien de doorlooptijd die nodig is voor gebiedsontwikkeling, moet in deze fase reeds goed nagedacht

worden over de mogelijke implicaties van EVs voor de ruimtelijke inrichting, de elektrische infrastruc-

tuur en de koppeling aan lokale duurzame energieopwekking.

Nederland kent reeds een hoge organisatiegraad van partijen die betrokken zijn bij de transitie naar

geëlektrificeerd wegvervoer (zoals het Formule E-team, HTAS, D-incert, E-laad). Ook speelt Nederland

een voorhoederol bij de eerste elektrische voertuigcertificaties (RDW) en behoort gegevensverzameling

van bijvoorbeeld vervoerspatronen tot de beste ter wereld (CBS). Onderzoek naar veiligheidsaspecten

kan worden gedekt door ondermeer TNO, Hogeschool Rotterdam en Stichting Wetenschappelijk Onder-

zoek Verkeersveiligheid (SWOV). Het ontbreken van een significante eigen automobielindustrie is wellicht

een voordeel om tot objectieve beeldvorming en kennisuitwisseling te komen.

3.3 / groeifase

In deze fase zullen de prijzen van de eerste generatie Li-ion batterijpakketten door opschaling naar mas-

saproductie gehalveerd zijn. De tweede generatie batterijpakketten bevindt zich in een productie-op-

startfase. Grotere groepen consumenten –initieel in het hogere marktsegment– zullen op economische

gronden voor een (deels) elektrisch aangedreven voertuig kunnen kiezen (Figuur 27).

De markt voor de privé consument komt tot ontwikkeling. Het wordt nu dus belangrijk dat voldoende

(particuliere) laadfaciliteiten beschikbaar komen. In ieder geval in de woonomgeving en op andere

plaatsen om langzaam laden te faciliteren (werkgever en openbare parkeergelegenheden). Het is minder

duidelijk in hoeverre snellaadpunten, batterijwisselstations of voorzieningen voor real-time inductief la-

den in deze periode noodzakelijk worden om de adoptie van EVs niet te frustreren. Wel zal netbelasting in

concentratiegebieden (hotspots) een punt van aandacht zijn, en zal de behoefte ontstaan om gedoseerd

te laden, afhankelijk van de vraag in relatie tot de capaciteit van het netwerk. Het goed distribueren

van netwerkintelligentie (smart grids) zal daarom in deze tijd een rol gaan spelen. Alle autofabrikanten

brengen series PHEVs en BEVs op de markt. De ontwikkeling van geheel nieuwe concepten op basis

van elektrische aandrijflijnen is in volle gang (elektrische voertuigen als bouwsteen voor intelligente en

multimodale mobiliteitsconcepten).

Figuur 27 Ontwikkeling van de gebruikskosten van elektrische (EV) en conventionele verbrandingsmotor

(ICV) voertuigen [7]

Onderzoek en ontwikkelingen zullen zich in deze fase richten op opschaling en verbetering van de prijs-

kwaliteit verhouding van de dominante designs en dominante productconcepten en het ontwikkelen van

aanvullende diensten. Daarnaast zal men door de hogere mate van adoptie en bewezen marktpotentieel

van EVs investeren in het onderzoek naar nieuwe batterijmaterialen, beschikbaarheid grondstoffen, al-

ternatieve energieopslag, dekkende laadinfrastructuur, inductief laden, en cradle-to-cradle batterijpro-

ductie om voorbereid te zijn op de volgende fase in het adoptieproces.

3.4 rijPheiDs- & VerzaDigingsfase

Als vervolgens het aanbod van geëlektrificeerde voertuigen interessant gaat worden voor iedere autobe-

zitter, kan de doorbraak volgen die –rekening houdend met de vervangingssnelheid van het wagenpark–

tot een aandeel op de weg van miljoenen voertuigen gaat leiden. Ontwikkelingen op het gebied van de

productie van biobrandstoffen en op deze termijn mogelijk ook de technisch/economische mogelijkheden

van waterstofaandrijving zijn daarbij medepalend. Naast een zeer volledige dekking van langzaam-

laadfaciliteiten, wordt snelladen of batterijwisselen een “must” als volledig elektrisch vervoer een

aanzienlijk van de markt gaat beheersen. De elektriciteitsbehoefte komt nu in de grootteorde van 10%

van de nationale elektriciteitsvraag en de batterijinhoud van het gezamenlijke voertuigenpark bevat een

aanzienlijk deel van de Nederlandse dagproductie. Elektriciteitsbuffering –uit het oogpunt van netsta-

bilisatie en de facilitering van de introductie van duurzame energiebronnen– wordt nu van groot belang,

wat de volledige beschikbaarheid van een smart grid vereist.

Deze ontwikkeling gaat gelijk op met het voorziene introductietraject van windenergie in Nederland (in

2020 met 10 GW geïnstalleerd vermogen 15-20% van de elektriciteitsproductie) en de voorspelling van

het Europese Photovoltaic Technology Platform (EPTP 2009) dat zonne-energie tussen 2015 en 2020 in

Nederland “gridparity” gaat bereiken. Voor consumenten wordt installatie van zonnepanelen dan zonder

subsidie prijscompetitief. In het navolgende decennium wordt mogelijk een prijsniveau bereikt dat

98 99


intr

oD

uc

tie

gr

oe

i

rij

Ph

eiD

Ve

rza

Dig

ing

VeiligheiD en milieu

1. Beoordeling van de verkeersveiligheid van EVs, ten gevolge van de toenemende voertuigmassa, de hogere acceleratie en de geringe geluidsproductie • •2. Beoordeling van het elektromagnetische stralingsniveau en de daaraan gerelateerde elektro-magnetsiche compatabiliteit (EMC) bij EVs •3. Life Cycle Assesment van de verschillende geëlektrificeerde vervoersvormen (BEV, REEV, PHEV) met inbegrip van de benodigde laadinfrastructuur. • •Batterijtechnologie

4. Verbetering en optimalisatie van batterijtechnologie:a. hogere energie- en vermogensdichtheid;b. verbeterde veiligheid;c. hogere levensduur;d. kostprijsreductie;e. recyclebaarheid;f. beschikbaarheid grondstoffen

• • •

5. Life Cycle Assesment van de verschillende batterijtechnologieën • • •6. Model- en methode-ontwikkeling:

a. processen op atomair niveau om materialenonderzoek meer richting te geven;b. macroscopische fysisch-chemische modellen voor simuleren van o.a. temperatuuropbouwtijdens snelladen en ontladen t.b.v. verbetering van het batterijpakketontwerpc. state-of-charge (SoC) en state-of-health (SoH) berekeningen over de levensduur

• • •

7. Radicale verbeteringen in batterijmanagement systemen te bereiken door:a. implementatie van SoC en SoH algorithmes in hardware IC’s (controle batterijspanningen/-stromen en temperatuur voor lange levensduur en veiligheid).b. Nauwkeurig management van stroomafgifte (V2G) in smart grids;

• • •

8. Ontwikkelen mogelijkheden voor kostenefficiënt hergebruik van EV-batterijpakketten (second-life)

• •

eleKtrische Voertuigen

9. Optimalisatie en integratie van elektrische aandrijflijnen, range extenders en laad- en batterij-wisselsystemen.

• •

10. Optimaliseren van energie-efficiëntie van de verschillende aandrijfconfiguraties, rekening houdend met verschillende gebruikerscontexten

• •

11. Ontwikkeling en toepassing van lichtgewicht en sterke materialen, • • •12. Modulair ontwerp voor zowel chassis en body, rekening houdend met batterijsysteem • • •13. Optimalisatie en ontwerp van productieprocessen voor (PH)EV voertuigen • • •14. Integratie van laadroutes in slimme routeplanners • •15. Verkennen van synergie tussen nieuwe ICT-technologie en elektrisch rijden (o.a. autonoom rijden)

• •

ruimtelijKe / VerVoersKunDige inPassing Van eleKtrische auto’s

16. Beoordeling van ruimtelijke ordeningseffecten van geringere milieubelasting, geluidsdruk en als gevolg van het nieuwe risicoprofiel van elektrische voertuigen versus dat van voertuigen met verbrandingsmotoren (met vloeibare/gasvormige brandstoffen aan boord)?

• • •

17. Bepaling van de effecten (gewenst, en rebound) op de toekomstige vervoersstromen als gevolg van de verschillende modaliteiten, waaronder plug-in hybride en volledig elektrische aandrijving in het wegvervoer?

• • •

18. Ontwikkeling van methoden en beslisprocessen voor de ontwikkeling en evaluatie van integrale gebiedsgerichte scenario’s voor elektrische mobiliteit gericht op de omvang, wensen en eisen van de doelgroepen.

• •

19. Bepaling van de effecten van het rijgedrag in elektrische voertuigen (routekeuze/verplaat-singsgedrag en volg-/rijstrook wisselgedrag) en de consequenties hiervan voor de aard en capac-iteit van het wegennet.

• • •

100 101


opwekking voor elektriciteitsproducenten ook interessant maakt. De druk om elektriciteitsnetwerken

voldoende intelligentie te geven teneinde vraag en aanbod goed op elkaar af te kunnen stemmen, neemt

in deze periode dus toe en dient een breder belang dan alleen de facilitering van elektrisch wegvervoer.

3.5 / KennisontWiKKeling tijDens De transitie

In de onderstaande tabel zijn voor de onderzochte deelgebieden de belangrijkste kennisvragen benoemd

die voor de implementatie van elektrische mobiliteit van belang zijn, maar die tot op heden nog niet of in

te geringe mate zijn onderzocht. Op basis van een expertsessie is in de tabel verder aangegeven wanneer

–afhankelijk van de fase waarin de adoptie van elektrische mobiliteit in de samenleving zich bevindt– de

kennis uiterlijk beschikbaar moet zijn en wanneer de kennisontwikkeling zou moeten starten.

intr

oD

uc

tie

gr

oe

i

rij

Ph

eiD

Ve

rza

Dig

ing

20. Ontwikkeling en evaluatie van – in gebouwde omgeving geïntegreerde - draadloze oplaadmoge-lijkheden die een permanente verbinding met het elektriciteitsnet hebben. • •21. Ontwikkeling en bepaling van de optimale schaal en optimale lokalisering van de combinatie vanparkeren en laadvoorzieningen die aansluiten bij toekomstige decentrale duurzame elektriciteits-opwekking.

• • •

22. Ontwikkeling van interfaces met, c.q. integratie van elektrische mobiliteit in de gebouwschil en infrastructuur bij de energetische renovatie van bestaande gebouwen (de mogelijke samenhang van gevelvervanging met actieve energieopwekking aan e-mobiliteit).

• • •

23. Beoordeling van opschalingpotentie van lokale stedelijke distributie experimenten m.b.v. EVsnaar stedelijke schaal (kosten-/baten-analyse van EVs, aantal, plaats en aard van de laadpunten,planning en routering, supply chain management & EVs).

• •

24. Beoordeling van opschalingpotentie van het aanbieden van specifieke vervoersdiensten op basisvan (innovatieve) elektrische voertuigen. • •geBruiKersPersPectief

25. Evaluatie en optimalisatie van de (functionele) utiliteit van elektrische voertuigen voorverschillende groepen consumenten in verschillende gebruikscontexten t.o.v. bestaande entoekomstige alternatieven.

• •

26. Evaluatie van de economische afwegingen van de consument bij de aanschaf/ het gebruik van een EV. Door welke economische criteria zullen de verschillende type beslissers (fleetowners/pri-vate owners) zich laten leiden (bijv. door total cost of ownership of door directe aanschafkosten).

• •

27. Evaluatie en optimalisatie van het laden van elektrische auto’s vanuit gebruikersbehoeften engewoonten. • •28. Evaluatie van het gebruikers- en rijgedrag van early adopters. Wat zijn de verwachtingen,ervaringen van de early adopters van EVs wat betreft het laden, het gebruik en het onderhoud bijde verschillende proefprojecten in Nederland?

•

laaD-, Betaal- en energieinfrastructuur

••• > laaDinfrastructuur

29. Evaluatie van de technische, economische en maatschappelijke kosten/baten vanbatterijwisselstation versus snelladen. •30. Evaluatie van de technische en financiële haalbaarheid van geïntegreerde compacteoplaadpunten (hoog rendement en hoge vermogensdichtheid) in gebouw of wegdek. • •31. Ontwerp en evaluatie van inductieve oplaadsystemen op stopplaatsen • •32. Ontwerp en evaluatie van de aanleg van een Nederlands of Europees “real-time” netwerk voorhet inductief opladen van elektrische auto’s • •33. Ontwerp en optimalisatie van intelligent laden (G2V) en ontladen (V2G) • • •34. Ontwerp slimme opladers in nauwe samenhang met de batterij management systeem voor dehoogst mogelijk rendement en lange levensduur van de batterij. • • •35. Ontwikkel state-of-charge-bepaling om de laadtoestand van de batterij te bepalen voor debepaling van het optimale laadtempo. • • •36. Technisch, economisch en maatschappelijke kosten/baten analyse van het V2G concept. • • •37. Wat zijn de consequentie van de locatie van de oplader/omzetter (on‐board/off‐board) vooronderhoud, kosten, rendementen en integratie met andere voertuigfuncties? •••• > netWerKinfrastructuur en smart griDs

38. Ontwikkeling en evaluatie van ontwerprichtlijnen voor een AC, een DC of een gecombineerde ACDC laadinfrastructuur • •39. Evaluatie technisch, economisch en maatschappelijke kosten/baten om (bestaande) elektrici-teitsaansluitingen van woonhuizen standaard te voorzien van een driefase aansluiting geschikt voor het laden van EVs

•

40. Ontwikkeling beheers‐ en governancemodellen voor de informatie‐ en betalingsstromen diesamenhangen met het smart grid concept. • •

intr

oD

uc

tie

gr

oe

i

rij

Ph

eiD

Ve

rza

Dig

ing

41. Ontwikkeling stimulerende beleidsmaatregelen ten behoeve van de opbouw van ‘smart’ laad-infrastructuur. •42. Ontwikkeling van ‘zelfvoorzienende’ decentrale (en duurzame) elektriciteitsopwekking voorelektrisch vervoerssystemen (netontkoppeling, vermindering netbelastingseffecten) • •Betaalinfrastructuur

43. Ontwikkeling van betaalinfrastructuur/business modellen voor elektrisch rijden in Nederland. • •44. Aansluiten en integratie met standaardisatie in Europa • •45. Ontwikkeling van eigendoms‐ en governance modellen van de fysieke betaalinfrastructuur.Integratie en interfaces met de ontwikkeling van de smart grids infrastructuur. • •algemeen

46. Professionalisering van de kennis‐ en onderwijsontwikkeling in NL op het gebied van elektrischrijden (t.b.v. gekwalificeerd personeel en vermogen om ontwikkelingen snel te absorberen) •

102 103


4. /conclusies & aanBeVelingen

4.1 / conclusies

De inventarisatie van de technologische ontwikkelingen rond elektrisch rijden en de openstaande ken-

nisvragen leveren het volgende algemene beeld op:

• Een beperkt aantal onderzoeken kennisinstellingen is in wisselende coalities betrokken bij voor-

namelijk beleidsondersteunende studies. Opdrachtgevers hierbij zijn veelal overheidsinstanties.

Opvallend is dat vrijwel gelijksoortig onderzoek wordt uitgevoerd voor verschillende opdracht-

gevers.

• Veel onderzoek heeft een inventariserend en verkennend karakter en focusseert op effecten en

haalbaarheid van elektrisch vervoer. Een groot aantal van deze studies maakt gebruik van voor-

namelijk buitenlands onderzoeksmateriaal.

• Onderzoek naar batterijtechnologie, elektrische aandrijftechnologie en laad,- en energie-infra-

structuur vindt in Nederland plaats, is van hoog niveau, maar heeft een relatief beperkte omvang ten

opzichte van de inspanningen in het buitenland. Onderzoek en ontwikkeling op deze deelgebieden is

relatief nog weinig met elkaar verbonden waardoor synergievoordelen en innovaties op de grensvl-

akken worden gemist, ook al weten partijen elkaar steeds beter te vinden.

• Relatief veel onderzoek vindt ad hoc plaats. Er is nog weinig sprake van een programmatische

aanpak.

• De in Nederland beschikbare onderzoeksmiddelen voor elektrisch vervoer (en deelsystemen) blijven

achter bij die van de ons omringende landen (waaronder Duitsland, Frankrijk, Groot Brittannië).

Ook al bestaan er nog veel kritische kennisvragen en onzekerheden voor de verschillende deelsystemen

van elektrisch vervoer, onderzoek naar een aantal kennisvragen is reeds in gang gezet. Voor elk van de

aandachtsgebieden wordt nu kort aangegeven welke kennisvragen reeds opgepakt zijn en welke vragen

in de nabije toekomst aandacht moeten krijgen. In deze rapportage maken we nog geen selectie van

kennisvragen op basis van beschikbare competenties bij Nederlandse partijen en marktbehoeftes bij het

Nederlandse bedrijfsleven. Deze selectie wordt gedaan in de volgende fase van deze verkenning, wanneer

gezamenlijk met het bedrijfsleven een innovatieroadmap voor de verschillende thema’s wordt opgesteld.

eleKtrische Voertuigtechnologie

Een goed voorbeeld van een geprogrammeerde aanpak is het innovatieprogramma voor elektrische

voertuigtechnologie in het kader van het innovatie programma High-Tech Automotive Systems – Electric

Vehicle Technology (HTAS-EVT) waarbinnen op het moment van schrijven verschillende EVT projecten

gestart zijn. Tijdens de introductie- en groeifasen van de transitie naar elektrisch rijden blijft onderzoek

en ontwikkeling noodzakelijk ten aanzien van elektrische aandrijftechnologie en hybride vormen met

range extenders, dan wel batterijwissel systemen. In deze fasen is het ook van belang om de synergie

voordelen van een integratie van elektrisch rijden en laden met slimme routeplanners en intelligente

driver guidance systemen te onderzoeken en oplossingen te ontwikkelen. In de transitiefasen van groei

en rijping is het van belang om verdergaand nieuwe, lichte en sterke materialen toe te passen in chassis

en body, geïntegreerde ontwerpen te ontwikkelen en effi ciënte productieprocessen te ontwerpen om

grootschalige serieproductie mogelijk te maken.

Batterijtechnologie

Het batterijgerelateerde onderzoek in Nederland vindt met name plaats bij de technische universiteiten,

in toenemende mate bij kennisinstellingen zoals TNO en KEMA, en bij de industrie (onder meer Philips

Applied Technologies en EPyON). Binnen het eerder genoemde HTAS-EVT programma richt het bat-

terijenonderzoek zich op toepassing op elektrisch vervoer. Ook binnen het ADEM-programma (mate-

riaalonderzoek door 3TU’s & ECN), M2i en de STW-programmering vindt relevant batterijenonderzoek

plaats. Het onderzoek naar batterijtechnologie kent een relatief hoge organisatiegraad in Nederland en

kan verder worden uitgebreid naar het toepassingsgebied van elektrisch vervoer. De nadruk in kennis-

ontwikkeling voor zowel de transitiefasen introductie, groei en rijpheid zal komen te liggen op verhoging

van energie- en vermogensdichtheid, verhoging van de levensduur, kostprijsreductie, veiligheid en

recyclebaarheid. Daarnaast moet onderzoek verricht worden naar verbetering van de batterijmanage-

mentsystemen in relatie tot “de state of charge” (SoC) en “de state of health” (SoH) van de batterij. Voor

de groeien rijpheidsfasen tijdens het transitieproces is het noodzakelijk om duidelijk te weten wat de

mogelijkheden zijn voor kosteneffi ciënt hergebruik van batterijpakketten dan wel ‘second life’ toepassin-

gen te ontwikkelen (bijv. integratie in het elektriciteitsnetwerk).

VeiligheiD en milieu

Wat betreft de veiligheidsaspecten van elektrische voertuigen is door TNO, KEMA en RDW een veilig-

heidsverkenning voor EVs uitgevoerd. TNO Automotive is betrokken bij de botsproeven van de eerste

commercieel op de markt te verschijnen EVs in Europa. Het SWOV voert onderzoek uit naar het ef-

fect van de afwijkende eigenschappen van de EV (acceleratie, gewicht, geluid) op het rijgedrag van de

bestuurder. Er is nog veel onzekerheid over de veiligheid van elektrische voertuigen en het is dus van

belang dat daar vooral in de introductiefase veel aandacht aan wordt geschonken. Hierbij gaat het zowel

om (onderzoek naar) de verkeersveiligheid van EVs (vanwege andere verdeling voertuigmassa door bat-

terijpakketten, hogere acceleratie, minder geluidsproductie) als wel de elektrische veiligheid (elektro-

magnetische straling en elektromagnetische compatibiliteit, bij onderhoud/pechhulp, en de invloed van

water/brand/botsingen). Wat betreft de milieuaspecten is in het kader van het Intelligente E-Transport

Management project door KEMA, ECN en anderen onderzoek gedaan naar de brandstofmix en de bij-

behorende CO2-emissies ten behoeve van de elektriciteitsproductie in relatie tot elektrische mobiliteit.

TNO en KEMA hebben verder voor verschillende locaties in Nederland studies gedaan naar de effecten

van invoering van EVs op de lokale luchtkwaliteit. ECN heeft in een recent onderzoek de mogelijke gevol-

gen van EVs en PHEVs onderzocht op de elektriciteitssector. Door de genoemde partijen is in de studies

ook aandacht besteed aan de well-to-wheel effi ciëntie van elektrisch vervoer. De Hogeschool Rotterdam

en TU Delft doen voor het eerst een integrale lifecycle-analyse voor een concrete EV-toepassing in een

Nederlandse context.

laaD-, Betaal- en energieinfrastructuur

Wat betreft de impact van de introductie van EVs & PHEVs op het elektriciteitsnetwerk wordt door

verschillende actoren onderzoek verricht. Het eerder genoemde ITM project besteedt hier aandacht aan,

maar ook in het kader van het Next Generation Infrastructures innovatieprogramma (NGInfra) wordt dit

onderzocht. De TU Delft heeft voor Schiphol de specifi eke netwerkimplicaties beschouwd bij grootscha-

107


106


lige toepassing van EVs in een duurzaam te ontwikkelen gebied. Voor de implementatie van smart grids

is een nationale taskforce ingesteld.

Nederland heeft veel kennis in huis op het gebied van (micro-)elektronica, vermogenselektronica en

elektriciteitsnetwerken. Tijdens de introductie- en groeifase van grootschalig elektrisch transport is

het van belang om kennis te ontwikkelen ten aanzien van gebruiksvriendelijke en energie-efficiënte

laadtechnologie, de optimale integratie daarvan in de gebouwde omgeving en in het elektriciteitsdistri-

butiesysteem. Mogelijk dat voor diverse marktsegmenten verschillende systemen beschikbaar moeten

komen. Naast conductief laden (“stekker in het stopcontact”) zal aandacht moeten zijn voor batterijwis-

selsystemen en inductief/draadloos opladen. In de introductie- en groeifase is het noodzakelijk om aan

oplossingen te werken voor intelligent laden en ontladen (vehicle-to-grid) en governance- en markt-

modellen te ontwikkelen voor betalen en informatiedeling als onderdeel van smart grids. Zich ontwik-

kelende mogelijkheden voor decentrale, duurzame elektriciteitsopwekking zullen nauwlettend gevolgd

moeten worden vanwege hun mogelijk ontlastende eigenschappen voor elektriciteitsnetwerken.

geBruiKersPersPectief

Er wordt in Nederland relatief weinig aandacht besteed aan onderzoek naar het gebruikersperspectief.

De introductie van EVs en PHEVs is tot nu toe sterk technologiegedreven en biedt nog weinig directe

voordelen voor de consument. De voorwaarden waaronder de consument de overstap naar elektrisch

aangedreven voertuigen gaat maken zijn nog onvoldoende in kaart gebracht, alsmede de verschillen in

de gebruikerseisen tussen zogenaamde early adopters en de early en late majority groepen. Voor de

ontwikkeling van overtuigende waardeproposities voor de gebruiker en de richting van de technologie-

ontwikkeling is het van belang om in de introductiefase onderzoek te doen naar het nut en economische

waardering van elektrisch vervoer voor de verschillende typen consumenten. Tevens zullen gebruiks-

vriendelijke laadvormen van EVs ontwikkeld moeten worden. User-driven innovation is van belang voor

een succesvolle overstap van introductie naar groei. De proeftuinen die recentelijk van start zijn gegaan,

kunnen de eerste inzichten opleveren over de acceptatie van elektrische mobiliteit binnen specifieke

segmenten van de markt. Voorwaarde is dan echter wel dat bij de opzet van de monitoring van de proef-

tuinen de onderlinge vergelijkbaarheid van de resultaten wordt gewaarborgd.

ruimtelijKe en VerVoersKunDige inPassing

Het vraagstuk over de inpassing van elektrische mobiliteit in de ruimtelijke ordening wordt vooralsnog

naar voren geschoven in de tijd en heeft tot nu toe vrijwel geen aandacht gekregen in nationaal en inter-

nationaal onderzoek. De inpassing van elektrisch vervoer en de laad- en energie-infrastructuur in de

gebouwde omgeving is echter cruciaal bij grootschalige toepassing van EVs. Gezien de lange besluit-

vormings- en ontwikkelingsprocessen bij ruimtelijke ordeningsvraagstukken, zal kennis hierover snel

ontwikkeld moeten gaan worden. Het gaat hierbij in de groeien rijpheidsfase specifiek om kennis over

de optimale schaalgrootte en lokalisering van parkeer- en laadfaciliteiten en de aansluiting op decen-

trale energienetwerken.

Vaak genoemd, maar niet of nauwelijks onderzocht in Nederland en elders in wereld, is de mogelijke

synergie tussen elektrische aandrijftechnologie en nieuwe voertuig- dan wel mobiliteitsconcepten. Met

andere woorden, de mogelijkheid die dit transitiemoment biedt om bijvoorbeeld ook congestie/bereik-

baarheid en leefbaarheid van de stad te verbeteren door de combinatie van elektrische aandrijving en

nieuwe voertuigconcepten krijgt (te) weinig aandacht.

4.2 / aanBeVelingen

een nationaal Kennis- en innoVatiePlatform eleKtrisch VerVoer

De maatschappelijke transitie naar elektrisch vervoer vergt een gecombineerde inzet van wetenschap,

industrie, financiële dienstverlening en overheid. Uit deze verkenning blijkt dat er niet alleen nationaal

maar vooral ook internationaal volop ingezet wordt op kennisontwikkeling rondom elektrisch vervoer.

Een nationaal platform dat als taak heeft om internationale en nationale ontwikkelingen te monitoren,

kan deze kennis bundelen, structuren en overdragen aan Nederlandse partijen. Daarnaast moet het

platform de kennisontwikkeling evalueren en een stimulerende en coördinerende rol spelen in de onder-

zoeksprogrammering van specifiek voor Nederland belangrijke kennisgebieden.

De verkenning geeft daarnaast aan dat er een sterke samenhang bestaat tussen de verschillende deel-

systemen van elektrisch vervoer (bijv. aandrijftechnologie, batterijtechnologie, laadtechnologie, smart

grids, ruimtelijke en vervoerskundige inpassing). In Nederland wordt op de verschillende deelgebieden

reeds gewerkt aan onderzoek en ontwikkeling, maar de samenhang en synergie is nog onvoldoende

uitgewerkt. Dit wordt mede veroorzaakt doordat bij elektrisch vervoer een aantal industrieën (en techno-

logieën) samenkomen die voorheen niet met elkaar samenwerkten (namelijk, energieproductie en -dis-

tributiepartijen, de automotive sector en batterijpartijen). Het platform zal dan ook de belangrijke taak

hebben om deze verschillende partijen en disciplines met elkaar te verbinden en onderzoek en innovatie

op de grensvlakken te stimuleren.

Met een nationaal kennis- en innovatieplatform wordt fragmentatie van onderzoeks- en onderwijsagen-

da’s voorkomen, wordt kritische massa en focus op nationale schaal ontwikkeld en ontstaat een (interna-

tionaal) aanspreekpunt. In deze verkenning doen we geen uitspraak over de organisatie van een dergelijk

platform, maar van belang is dat de hierin de competenties en kennis van reeds bestaande innovatiepro-

gramma’s en platforms wordt betrokken. In het bijzonder gaat het hierom HTAS, NGInfra en D-incert.

neDerlanDse sterKtes uitBuiten en insPelen oP nieuWe Kansen

In het vervolg op deze studie dient een prioritering van de Nederlandse kennisbehoeftes en de inno-

vatiekansen te worden gemaakt. Op basis van de competenties bij de Nederlandse kennisinstellingen,

de behoeftes van het bedrijfsleven, en de snelheid van (internationale) technologische ontwikkelingen,

dient vastgesteld te worden aan welke innovaties in Nederland het beste gewerkt kan worden en waar

Nederland kans heeft om een blijvend concurrentievoordeel te behalen. Als vervolg op deze verkenning

zal op basis van de kennisagenda in nauwe samenspraak tussen kennis-/expertisecentra, bedrijfsleven

en overheid een innovatieroadmap elektrische mobiliteit worden gedefinieerd met voldoende focus en

kritische massa.

internationale samenWerKing VersterKen

De internationale ontwikkelingen blijken op de verschillende in deze studie onderzochte deelgebieden

ronduit stormachtig te verlopen. De stimuleringsmaatregelen op het gebied van kennisontwikkeling in

Europese lidstaten (zoals Duitsland, Frankrijk en Engeland) zijn omvangrijk. Internationale afstemming

en samenwerking is nodig om de middelen effectief en efficiënt in te zetten. Het is van cruciaal belang de

aansluiting te versterken met de initiatieven die vanuit de Europese Commissie worden ontwikkeld [72],

waarbij een belangrijke rol wordt toebedeeld aan de CARS 21 High Level Group.

108 109


110 111


onDerWijs ontWiKKelen

De invoering van elektrisch wegvervoer vraagt om nieuwe deskundigheid op verschillende terreinen

(energieopslag, voertuigtechniek en systeem- en netintegratie) en niveaus (MBO, HBO en WO). In on-

derlinge afstemming zullen onderwijs- en kennisinstellingen in adequate opleidingen moeten voorzien

om over 5 jaar en de jaren daarna in de dan gegroeide behoefte aan gekwalificeerd personeel te kunnen

voorzien.

5. /referenties & achtergronDinformatie

5.1 / referenties

1. United Nations Climate Change Conference. 2009. Copenhagen.

2. Deze notitie is opgesteld voor het Ministerie van VROM in het kader van het Nederlandse Plan van

Aanpak Elektrisch Rijden en heeft referentie nummer MON-MEM-033-DTS-2009-02287 (7 april 2009).

3. De kansen voor elektrisch vervoer en slimme decentrale netwerken. Roland Berger Strategy Consult-

ants, Juni 2009.

4. Environmental impacts and impact on the electricity market of large scale introduction of electric cars

in Europe. A critical Review. European Topic Centre on Air and Climate Change (ETC/ACC). Technical

Paper 2009/4, 2009.

5.D. Nagelhout and Ross, J.P.M., Electrisch autorijden. Evaluatie van transities op basis van systeemop-

ties. Planbureau van de Leefomgeving, Bilthoven, 2009.

6. Elektrisch vervoer in Amsterdam. TNO-rapport MON-RPT-033-DTS-2009-03095, 2009.

7. BERR and DfT, Investigation into the Scope for the Transport Sector of a Switch to Electric Vewhicles

and Plug-in Hybrid Vehciles. 2008, Arup and Cenex: London.

8. Hoekstra, A., Elektrisch Rijden: Innovatie, Informatie, Inspiratie. 2009.

9. HTAS, The Dutch Automotive Innovation Programme. Zie www.HTAS.nl.

10. Powertrain 2020: A Perspective from China. Roland Berger Strategy Consultants, Shenyang, October

2008.

11. Zx40 van MilesEV: zie www.milesev.com

12. ZENN prototype: zie www.zenncars.com.

13. TH!NK City. TH!NK: zie http://www.thinkev.com/.

14. HTAS, HTAS Innovation Programme ‘Electric Vehicle Technology’. Volledige voorstel te downloaden

via http://www.senternovem.nl/mmfi les/HTAS%20Electric%20Vehicle%20Technology%20fi nal_tcm24-

308575.pdf, 2009.

15. c,mm,n. Open source community individuele mobiliteit (3TU); zie www.cmmn.org.

16. HTAS, Visie document “hybride en electrische aandrijvingen”. 2009.

17. Lunz, B., De Doncker, R.W. and Sauer, D.U., Electric Vehicle Charging Concepts - User and Battery

Aspects. Lecture presented at the International Electric Car Conference, Groningen., 2009.

18. DoE and USA, Recovery Act - Electric Drive Vehicle Battery and Component Manufacturing Initiative.

2009.

19. Lysen, E., S. van Egmond, and S. Hagedoorn, Opslag van elektriciteit: Status en toekomstperspectief

voor Nederland (in opdracht van SenterNovem). 2006, Utrecht Centrum voor Energieonderzoek.

20. Howell, D., DOE annual merit Review and progress report 2008. 2009, U.S. Department of Energy.

21. Howell, D., Progress report Energy Storage Research and Development 2008. 2009, U.S. Department

of Energy.

22. EC-FP7. Framework Programme. http://cordis.europa.eu/fp7/home_en.html 2010.

23. Howell, D. Current Status of D.O.E.-funded R&D on Energy Storage for Automotive Applications. in

EVS 24. 2009. Stavanger, Norway.

24. Gaines, L. and R. Cuenca, Costs of Lithium-Ion Batteries for Vehicles, in ANL/ESD-42. 2000, Center

for Transportation Research, Energy Systems Division, Argonne National Laboratory.

25. Kumar, S. and M. Sinkula, Lithium Ion Batteries with Improved Performance and Safety. Battery

Power Online, 2007. 11(3).

26. Armand, M. and J.-M. Tarascon, Building better batteries. Nature, 2008. 451.

27. Silvester, S., Beella, S.K., Timmeren A. van, Bauer, P., Quist, J.N., Dijk, S.J. van, Integration of electric

mobility into the built environment. Schiphol The Grounds. 2010: Delft. p. 334.

28. Silvester, S., et al., Integration of electric mobility into the built environment. Schiphol The Grounds.

2010: Delft. p. 334.

29. EU Payment Services Directive 2007/64/EC (IP/05/1514).

30. Schoon, C., Adviseur Verkeersveiligheid. 2010, SWOV: Leidschendam.

31. e-Mobility Safety Data Overview. http://safetyoverview.webs.com/.

32. Hogt, R., Docent Autotechniek. 2010, Hogeschool Rotterdam: Rotterdam.

33. Rieck, F., Lector Productinnovatie. 2010, Hogeschool Rotterdam: Rotterdam.

34. Electric Drive Battery Pack System, Functional Guidelines. SAE publicatie J22896,26.

35. Van Vliet, A., Adviseur. 2010, RDW: Den Haag.

36. de Boer, P.D.M., Consultant Electricity Storage. 2010, KEMA: Arnhem.

37. Van der Bijl, P., Adviseur. 2010, RDW: Den Haag.

38. Nijmeijer, H., Hoogleraar Dynamics and Control. 2010, Technische Universiteit Eindhoven: Eindhoven.

39. Veenhuizen, B., Lector Vehicle Mechatronics. 2010, Hogeschool Arnhem Nijmegen: Arnhem.

40. Zom, K., Adviseur. 2010, ARN Advisory: Amsterdam.

41. Rietveld, E., Onderzoeker. 2010, Hogeschool Rotterdam: Rotterdam.

42. Huijskens, C., Adviseur Verkeersveiligheid. 2010, SWOV: Leidschendam.

43. Ale, B., Hoogleraar Veiligheid en rampenbestrijding. 2010, Technische Universiteit Delft: Delft.

44. Smokers, R., Adviseur Duurzame Mobiliteit. 2010, TNO Industrie en Techniek: Delft.

45. Incidence of pedestrian and bicyclist crashes by hybrid electric passenger vehicles. U.S. Department

of Transportation, National Highway Traffi c Safety Administration (NHTSA), September 2009.

46. ypma, P.A.C., Docent Elektrotechniek. 2010, Hogeschool Arnhem Nijmegen: Arnhem.

47. LS-directive van de EU en NEN/EN/IEC normen voor apparatuur aan elektrische netten.

48. Informal Group on Electric Safety. Working Party on Passive Safety (United Nations Economic

Commission for Europe, Transport programme, Vehicle Regulations). [http://www.unece.org/trans/

main/wp29/meeting_docs_grsp.html?expandable=0&subexpandable=99.]

49. Kampman, B., Senior onderzoeker. 2010, CE Delft: Delft.

50. Green Power for Electric Cars, Development of policy recommendations to harvest the potential of

electric vehicles. CE Report, Delft, Januari 2010.

51. Het ITM (Intelligent E-Transport Management) project “Intelligent charging is found to be the option

with the lowest cost in ton CO2-emission reduction from gasoline savings due to higher effi ciency of

electric driving” http://www.itm-project.nl/Rapporten/10-4193%20rapport%20ITM%20WP%203.pdf

52. The Smart Grid: An Estimation of the Energy and CO2-Benefi ts. http://energyenvironment.pnl.gov/

news/pdf/PNNL-19112_Revision_1_Final.pdf

53. Het Europese project HyWays, hoofd- en achtergrondrapporten zijn te vinden op www.hyways.de.

54. Laarakkers, J., Groupleader Power systems and IT. 2010, ECN: Petten.

55. Weeda, M., Senior adviseur Systeemaspecten, . Editor. 2010, ECN: Petten.

56. Almeyda, I.R., Medewerker. 2010, Technische Universiteit Delft: Delft.

57. Vogtländer, J., LCA-based assessment of sustainability. The Eco-cost/Value Ratio: EVR. VSSD

115


114


Science and Technology (TUD), Delft 2009.

58. Notten, P.H.L., Hoogleraar Elektrochemische energieopslag. 2010, Technische Universiteit Eind-

hoven: Eindhoven.

59. Rogers, E.M., Diffusion of innovations. 5th ed ed. 2003, New york: Free Press. xxi, 551 p.

60. Sheth, J.N. and S. Ram, Bringing innovation to market : how to break corporate and customer

barriers. 1987, New york: Wiley. xii, 247 p.

61. Cooper, R.G., Winning at new products : accelerating the process from idea to launch. 3rd ed. 2001,

Reading, Mass. [Great Britain]: Perseus. xiii, 425 p.

62. Hatton, C.E., Charging Stations for Urban Settings. The design of a product platform for electric

vehicle infrastructure in Dutch cities, in Faculty of Industrial Design Engineering. 2009, Delft University

of Technology: Delft. p. 128.

63. www.r2sconference.eu/...13th.../Gerd_Hauser_EeB_RTD_capabilities.pdf.

64. Heijboer, W., Spijkstaal, Interview & site visit 2009: Spijkenisse.

65. Boerhof, H., Ivan Eng’laut, Pieter Romijn, Frederik Schuttler, Tim Tompson, Awesome Mobility, in

Industrial Design Engineering. 2009, Delft University of Technology: Delft. p. 32.

66. www.designboom.com/weblog/cat/16/view/7271/kaist-korean-electric-vehicle-project.html.

67. www.statline.cbs.nl.

68. Ehlig-Economides, C. and J. Longbottom, Dual mode vehicle and infrastructure alternatives analysis.

2008, Texas A&M University. p. 136.

69. Gilbert, R. and A. Perl, Transport Revolutions: Moving People and Freight Without Oil. 2007, London:

Earthscan.

70. Perujo, A. and B. Ciuffo, The introduction of electric vehicles in the private fleet: Potential impact on

the electric supply system and on the environment. A case study for the Province of Milan, Italy. Energy

Policy, 2010. 38(8): p. 4549-4561.

71. McKinsey, Bundesregierung. Nationaler Entwicklungsplan Elektromobiltat der Bundesregierung,

August 2009. 2009.

72. A European strategy on clean and energy efficient vehicles (COM(2010)186 final). Communication by

the European Commission; te raadplegen via http://eur-lex.europa.eu, 28 april 2010.

5.2 / achtergronDinformatie

• Axsen, J., A. Burke, and K. Kurani, Batteries for Plug-in Hybrid Electric Vehicles (PHEVs): Goals

and the State of Technology. 2008, Institute of Transportation Studies, University of California:

DAVIS.

• Bandivadekar, A., et al., On the Road in 2035: Reducing Transportation’s Petroleum Consumption

and GHG Emissions. 2008, Massachusetts Institute of Technology.

• BCG, The Comeback of the Electric Car? 2009, The Boston Consulting Group.

• Boer, L.C.d., A. Schroten, and G.M. Verbraak, Opties voor Schoon & Zuinig verkeer: Effecten op

klimaatverandering en luchtverontreiniging. 2010, CE Delft.

• Boer-Meulman, P.d., et al., Effect of scenarios and alternatives for electric vehicles and heat pump

implementation on grid reliability, sustainability and socio-economy, in SenterNovem EOS-LT

05024. 2010.

• c-mm-n, Actieplan elektrisch rijden Op weg naar één miljoen elektrische auto’s in 2020! 2009,

Transumo.

• CET, Electric Vehicles in the United States: A New Model with Forecasts to 2030. 2009, Center for

Entrepreneurship & Technology, University of California, Berkeley.

• EC, Well-to-wheels analysis of future automotive fuels and powertrains in the European context.

2006, Concawe/EUCAR.

• EC, A European strategy on clean and energy efficient vehicles. 2010, European Commission.

• EEA, Transport at a crossroads. TERM 2008: indicators tracking transport and environment in the

European Union. 2009, European Environment Agency.

• Ehrenfeld, J., Sustainability by design : a subversive strategy for transforming our consumer cul-

ture. 2008, New Haven: yale University Press. xxii, 246 p.

• Ehsani, M., Modern electric, hybrid electric, and fuel cell vehicles : fundamentals, theory, and

design. 2005, Boca Raton: CRC Press. 395 p.

• Electrification_Coalition, Electrification Roadmap: Revolutionizing transportation and achieving

energy security. 2009: Washington, DC.

• Electrification_Coalition, Economic Impact of the Electrification Roadmap. 2010: Washington, DC.

• ERTRAC, Towards a 50% more efficient road transport system by 2030: Executive summary. 2010,

European Road Transport Research Advisory Council.

• ERTRAC and EPoSS, European Roadmap: Electrification of Road Transport. 2009.

• EurActiv. Electric cars: On the road to greener transport? 2009 31 July 2010]; Available from:

http://www.euractiv.com/en/innovation/electric-cars-road-greener-transport-

linksdossier-188515.

• Fahey, L. and R.M. Randall, Learning from the future: competitive foresight scenarios. 1998, New

york: Wiley.

• Fuhs, A.E., Hybrid vehicles and the future of personal transportation. 2009, Boca Raton: CRC Press.

xxxii, 470 p.

• Hacker, F., et al., Environmental impacts and impact on the electricity market of a large scale intro-

duction of electric cars in Europe. 2009, Eionet (ETC/ACC).

• Hoekstra, A., Elektrisch rijden: Innovatie. Informatie. Inspiratie. 2009.

• Hopkins, R., The Transition Handbook: From Oil Dependency to Local Resilience 2008: Green

Books; 1st edition.

• IEA, Automotive Fuels for the Future, The Search for Alternatives. 1999.

• IEA, Energy to 2050: Scenarios for a Sustainable Future. 2003.

• Kampman, B., et al., Green Power for Electric Cars: Development of policy recommendations to

harvest the potential of electric vehicles. 2010: CE DElft.

• Karnama, A., Analysis of Integration of Plug-in Hybrid Electric Vehicles in the Distribution Grid.

2009, School of Electrical Engineering at Royal Institute of Technology (KTH), Stockholm, Sweden.

• KEMA, Trends in electricity demand and supply and effects on grids in the Netherlands, in

SenterNovem EOSLT05024, KEMA, Editor. 2008.

• Kempton, W. and J. Tomic, Vehicle-to-grid power implementation: From stabilizing the grid to sup-

porting large-scale renewable energy. Elsevier Journal of Power Sources, 2005. 144(1): p. 280-294.

• Kendall, G., Plugged In, The End Of The Oil Age. 2008, World Wildlife Fund.

• Lache, R., et al., Electric Cars: Plugged In, Batteries must be included. 2008, Deutsche Bank FITT

research.

• MacKay, D.J.C., Sustainable Energy - without the hot air. 2009: Cambridge.

• Markel, T., et al., Plug-in Hybrid Vehicle Analysis, Milestone Report. 2006, National Renewable

Energy Laboratory.

• Mitchell, W.J., C. Borroni-Bird, and L.D. Burns, Reinventing the automobile : personal urban mobil-

ity for the 21st century. 2010, Cambridge, Mass.: MIT Press. x, 227 p.

116 117


• Molen, A.v.d., Actieplan decentrale infrastructuur. 2008, Platform nieuw gas en Platform duurzame

elektriciteitsvoorziening.

• Nagelhout, D. and J.P.M. Ros, Elektrisch autorijden, Evaluatie van transities op basis van systeem-

opties. 2009, Planbureau voor de Leefomgeving (PBL).

• NAIGT, An Independent Report on the Future of the Automotive Industry in the UK. 2009, NAIGT/

BERR.

• PDE/PNG, Naar een duurzame elektriciteitsvoorziening: Aandachtsgebied decentrale infrastruc-

tuur. 2007, Platform duurzame elektriciteitsvoorziening and Platform Nieuw gas.

• Pratt, R., Potential Impacts of High Penetration of Plug-in Hybrid Vehicles on the U.S. Power Grid.

2007, Presentation Pacifi c Northwest National Laboratory.

• Programmabureau_Luchtkwaliteit, Amsterdam Elektrisch: Plan van Aanpak Elektrisch Vervoer.

2009, Projectgroep Elektrisch Vervoer (DRO, EZ, DIVV, TOPSTAD, DMB, BBA).

• Resmini, F. and J. Ohlson, ZEBRA battery integration in “Think City” pure battery electric vehicle, in

EVS 24. 2009: Stavanger, Norway.

• van den Berg, J., et al., Actieplan Elektrisch Rijden Op weg naar één miljoen elektrische auto’s in

2020, Achtergronddocument. 2009, DHV.

• Verheijen, E., E. Schreurs, and J. Jabben, Invloed hybride voertuigen op de geluidbelasting. 2008,

RIVM.

• Vogtländer, I.P.H., Brandstofmix in beweging: Op zoek naar een goede balans. 2008, Energieraad:

DenHaag.

• WBCSD, Mobility 2030, meeting the challenges to sustainability 2004, Geneva: World Business

Council for Sustainable Development.

• yates, B.W., The critical path : inventing an automobile and reinventing a corporation. 1st ed. 1996,

Boston: Little, Brown. xi, 306 p.

118


Bijlagen

ADEM: Advanced DutchMaterials Innovation Lab

NL 3TU/ECN programma voor materialenonderzoek t.b.v. energievoorziening. Aandacht voor batterijen.

Durab: DUurzame Recyclingvan Accu’s en Batterijen

DuRAB bevordert de totstandkoming van een veilige beheersstructuur voor de recy-cling van hoogwaardige, geavanceerde accu’s en batterijen voor elektrische voeren vaartuigen en andere huishoudelijke en/of industriële toepassingen, en wel zodanig dat deze accu’s en batterijen aan het einde van hun levenscyclus weer als secundaire grondstoffen kunnen worden ingezet voor nieuwproduktie.

E3Car: Nanoelectronics for an Energy Effi cient Electri-cal Car

EU Grootschalig consortium van automotive industrie en electronische industrie. Voor Nederland nemen Philips en Epyon deel. Doel is het verbeteren van de effi ciëntie EVs door gebruik te maken van geavanceerde halfgeleider componenten voor: Power Conversion, Power Management, Power Distribution Network, Smart Dynamic Monitoring.

ENNEVATE: EuropeanAutomotive Strategy Net-work (EU-Interreg IVB)ATC: Automotive Tech Center

EU Faciliteren en ondersteunen van de introductie van elektrische mobiliteit in Noord-West Europa, door een gestructureerde samenwerking tussen industrie, overheid enkennisinstellingen (looptijd t/m 2012).

EVA: Electric Vehicles forAdvanced Cities

EU Samenwerkingsverband op Europees niveau bestaande uit 19 steden, 17 autobouw-ers, 12 energiebedrijven en enkele vooraanstaande organisaties op het gebied van ICT en research hebben een projectvoorstel gedaan aan de Europese Commissie. Dit voorstel, gecoördineerd door de gemeente Rotterdam, is gericht op het stimuleren van elektrisch vervoer in Europa.

GROWDERS: Grid Reliabilityand Operability withDistributed Generation using Flexible Storage

EU Veldtesten en demonstratie van de technische en economische mogelijkheden van de huidige energieopslag-technologieën. Voor Nederland participeren KEMA (coördina-tie), Continuon en Exendis.

HTAS-ETS: High-TechAutomotive Systems -Innovatie ProgrammaElektrischeVoertuigtechnologie

NL In 2010 is het HTAS-innovatie Programma Electric Vehicle Technology van start gegaan. In dit programma staan vijf thema’s centraal; chassis & body, powertrain, control, auxiliary equipment en overige (design, development, engineering, interfa-ces with infrastructure). In mei 2010 heeft de Minister Van der Hoeven van Econo-mische Zaken de projecten bekend gemaakt die zullen worden gesubsidieerd vanuit het HTAS-EVT programma. De geselecteerde tien projecten verkeren nog in de ontwikkelfase, maar een belangrijke eis voor de toekenning is dat de innovaties bijna in productie kunnen worden genomen. De projecten zijn:• TomTom, TNO, Quipment Group, E-laad.nl en o.a. Renault en Prestige Taxi Cen-trale ontwikkelen navigatieapparatuur voor de bestuurders van elektrische auto’s. Deze apparatuur voorspelt de actieradius nauwkeurig en houdt daarbij rekening met het weer, verkeer, route en laadpunten.• Gemco E-trucks, TNO, DAF, Icova en Truckland gaan voor de gemeente Am-sterdam een prototype van een plug-in hybride vuilniswagen ontwikkelen. PDE-automotive, Philips Apptech, Drivetrain Innovations werken ook aan de ontwikkeling van een toekomstige stadsvrachtwagen via een prototype van een volledig hybride vuilniswagen.• All Green Vehicles (AGV), Centric Automotive, Drivetrain Innovations, Epyon, NxP, Philips Apptech, TU/e starten een project om de componenten van elektrische/hybride aandrijfl ijn te integreren.• Mr Green Holding, Technolution, SP-Innovation, Wetac, TU/D, TNO en Kema ontwikkelen een systeem waarmee de integrale kostprijs per kilometer en de restwaarde van accu’s kan worden bepaald. Dit kan zeer bruikbaar zijn voor de lease maatschappijen omdat hiermee bijvoorbeeld de accurate kilometerprijs kan worden berekend.• Sycada, i.s.m. Remotion, Zero Emission Mobility (Zwitsers) en RDM Automotive (GB) werken aan de verbetering van de batterijen waardoor de actieradius wordt vergroot.• Peec Power, MTT (micro turbine techn.) en AGV werken in ‘Range Extender In-novations’ aan diverse oplossingen voor het verlengen van de actieradius.• Gear Chain Industrial, Gemco E-trucks en TU/e bekijken hoe voor zware voertuigen de energie bespaard kan worden die nodig is bij de overbrenging van de elektromotor naar de wielen.• Teamwork Technology, Lightweight Structures, WE Engineering, TU/e, Vre-destein zijn bezig met een lichtgewicht wielophanging met wielnaafmotor voor een volledige (elektrische) wielmodule.• Gemco E-trucks, Advanced Electromagnetics, HAN, Motio Development werken aan deontwikkeling van een modulair platform die als basis zal dienen voor de ontwikkeling van hybride- en elektrische auto’s, van bestelwagen tot zware vracht-wagens.

ITM: Intelligent E-TransportManagement

NL Intelligent E-transport management. Mogelijkheden van vraagsturing elektric-iteitsverbruik van EVs en warmtepompen. Consortium bestaande uit KEMA, ECN, ESSENT, Continium & IWO

NGInfra: Next GenerationInfrastructures

NL NGInfra (netwerk van bedrijven, kennisinstellingen en overheden, TU Delft coör-dineert) is opgericht als antwoord op de groeiende bezorgdheid vanuit de samen-leving over de betrouwbaarheid en kwaliteit in de toekomst van infrastructurele diensten. Smart grids komt terug binnen verschillende thema’s van het programma.

POLyZION EU Nieuwe batterijtechnologie specifi ek voor EV (met o.m. KEMA). PolyZion is een Eu-ropees-geleid Verkenning Elektrisch Rijden / Deel 1 Technologische onzekerheden en uitdagingen rondom elektrisch rijden 89 consortium van onderzoeksorganisaties (op het gebied van ionaire vloeistoffen, geleidende polymeren, zink depositie, pulso-plading en batterijen) en MKB partners met expertise in technologie ontwikkeling en materials, en grote bedrijven op het gebied van batterijproductie en state-of-the-art testfaciliteiten. Het consortium omvat ook 2 organisaties met onderzoeksexpertise in opkomende economie Rusland en een high-income land buiten de EU, namelijk Canada.

SPITS: Strategic Platform for Intelligent Traffi c Sys-tems

NL Intelligent Traffi c Sytems, 13 partners (met o.m. Logica, NxP, TNO, TomTom, 3TU)

121


120


Bijlage i: tyPen eleKtrische Voertuigen

Bijlage ii: loPenDe samenWerKingsProgramma’s

Type elektrische voertuig Acroniem Mate van gebruik elektriciteits-net voor laden batterij

Typische karakteristieken

Elektrisch voertuig(Th!nk, Tesla)

BEV 100% • Elektromotor met batterij oplaadbaar vanuit elektriciteitsnet

Elektrisch voertuig metrange extender

REEV Deels, afhankelijk van de range van debatterijen en gebruik

• Elektromotor met batterij oplaadbaar vanuit elektriciteitsnet• Gemodifi ceerde verbrandingsmotor of brandstofcel voor genereren van elektriciteit

Plug-in-hybride voertuig(Prius PHEV)

PHEV Deels, afhankelijk van de range van debatterijen en gebruik

• Elektromotor met batterij oplaadbaar vanuit elektriciteitsnet• Combinatie van klassieke verbran-dingsmotor en elektromotor• Terugwinning remenergie

Hybride voertuig(Prius, Honda Insight)

HEV Geen netkoppeling • Combinatie van klassieke verbran-dingsmotor en elektromotor• Terugwinning remenergie

Brandstofcel hybridevoertuig (Honda FCx Clarity)

FCHEV Geen netkoppeling • Elektromotor met brandstofcel voor genereren van elektriciteit

Bijlage iii: geraaDPleegDe exPerts

Dr.ir. Paulien Herder (TU Delft)

Dhr. Dirk Jan van Swaaij (ING Bank)

ir. Anton Wolthuis (HTAS)

Dr. Bram Veenhuizen (Hogeschool Arnhem Nijmegen)

Prof. Dr. Henk Nijmeijer (TU Eindhoven)

Prof. Dr. Cees de Bont (TU Delft)

Dr.ir. Stephan van Dijk (TU Delft)

ir. Chris Hellinga (TU Delft)

Dr.ir. Sacha Silvester (TU Delft)

Prof. Dr. Peter Notten (TU Eindhoven)

Prof. Dr.ir. Pavol Bauer (TU Delft)

ir. Frank Rieck (Hogeschool Rotterdam)

Prof. Dr. Jan Schoormans (TU Delft)

ir. Petra D.M. de Boer-Meulman (KEMA)

Dr. Erik M. Kelder (TU Delft )

Prof. Dr.ir. Bart van Arem (TU Delft)

ir. Peter van der Sluijs (Alliander)

Prof. Dr.ir. Han Slootweg (TU/e)

Dr.ir. Marjan Popov (TU Delft)

Prof. Dr.ir. J.A. Ferreira (TU Delft)

Dhr. Evert Raaien (Exendis)

ir. Steef Pelgrom (Essent)

ir. Douwe Lycklama (Innopay)

Dhr. Robert Dekker (ING Bank)

Prof. Dr. Ben Ale (TU Delft)

Isabel Ruiz Almeyda (TU Delft)

Dhr. Patrick van der Bijl MBA (RDW)

Dhr. Arjan van Vliet BSc (RDW)

Dhr. Kees van de Ende (KEMA)

Dr. Mark Bolech (TNO)

Dr.ir. Richard Smokers (TNO)

ir. Roeland Hogt (Hogeschool Rotterdam)

ir. Eelco Rietveld (Hogeschool Rotterdam)

ing. Cees Huijskens (SWOV)

ing. Chris Schoon (SWOV)

ir. Bettina Kampman (CE Delft)

Prof. Ir. Wil Kling, (TU Eindhoven)

ir. Joost Laarakkers (ECN)

Dhr. Peter ypma (Hogeschool Arnhem Nijmegen)

Dr. Marcel Weeda (ECN)

ir. Kasper Zom (ARN)

Dr.ir. Arjan van Binsbergen (TU Delft)

Drs. Kees van Goeverden (TU Delft)

Dr.ir. Frank van der Hoeven (TU Delft)

Dr.ir. Rob van Nes (TU Delft)

Dr.ir. Arjan van Timmeren (TU Delft)

122


• WWW.D-INCERT.NL

werkdocument: verkenning elektrisch rijden€¦ · 2009-2011 tot gidsland en internationale...

Documents