wasserstoff-infrastruktur für eine nachhaltige mobilität - e-mobil BW

Kapitel 4
Tabelle 6: Vor- und Nachteile der On-site-Erzeugung Tabelle 7: Prognose der zukünftigen Versorgung von Wasserstoff-Tankstellen 2
Vorteile Nachteile H2-Mobility-Größen XS + S H2-Mobility-Größen M + L
Coalition Study
Größe L (nach 2030)
■ Versorgungssicherheit bzw. Unabhängigkeit von Anlieferung durch Gaslieferant
■ Größerer Platzbedarf
Maximaler Verbrauch < 212 kg/d < 1.000 kg/d < 2.500 kg/d
■ Sinnvolle Ergänzung der gasförmigen Lagerung existierender Tankstellen
■ Grüner Wasserstoff bei Verwendung von Ökostrom /Biogas /Biomasse
■ Höhere Anschaffungskosten
■ Zusätzliche Infrastruktur notwendig (Gas-/Strom- / Wasseranschluss)
Innerstädtisch
(begrenztes Platzangebot)
CGH2-Anlieferung von
grünem Wasserstoff
LH2-Anlieferung von grünem Wasserstoff
LH2-Anlieferung von grünem
Wasserstoff oder Pipeline
■ Ggf. Mehrgewinn jenseits der Wasserstoff-Erzeugung (Netzdienstleistungen)
■ u. U. Höherer Genehmigungsaufwand
Tankhof / Stadtrand
(ausreichendes Platzangebot)
CGH2-Anlieferung von
grünem Wasserstoff
Elektrolyse On-site und
CGH2-Anlieferung kombiniert
LH2-Anlieferung von
grünem Wasserstoff
Großmaßstäbliche On-site-
Elektrolyse an Tankstelle
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Eine Erläuterung der H2-Mobility-Größen befindet sich in Kapitel 4.4.1
mit Gas- oder Flüssiganlieferung bevorzugen. Energieversorger
verfolgen das Thema Wasserstoff u. a. mit der Motivation, zusätzliche
Netzdienstleistungen (bspw. Leitungsentlastung oder Powerto-Gas-Koppelung)
zu bieten.
VERSORGUNGSSICHERHEIT
Die Wahl der On-site-Erzeugung bietet auch eine zusätzliche Versorgungssicherheit
durch eine Unabhängigkeit von Gaslieferanten
und aktueller Verkehrswegesituationen.
4.2.3 TECHNISCHE ENTWICKLUNG DES
TANKSTELLENNETZAUSBAUS
Als einfach zu regelnde Energieverbraucher müssen sich Wasserstoff-Erzeugungs-
und Tankstellenkonzepte mittelfristig in lokale
und regionale Energiekonzepte integrieren. Dies muss nicht zwangsläufig
einer Standardisierung widersprechen. Die Einbindung des
Themas nachhaltige Wasserstoff-Erzeugung in regionale Konzepte
eröffnet neue Möglichkeiten in der politisch und gesellschaftlich
gewollten Energiewende und bietet Synergien mit einer nachhaltigen
Mobilität.
Zum aktuellen Zeitpunkt mit überwiegend geringer Auslastung sind
vor allem Tankstellen mit gasförmiger Anlieferung und Speicherung
sinnvoll. Dies gilt auch weiterhin für kleine Tankstellen mit geringer
Auslastung und bestätigt sich auch darin, dass Tankstellen mit
Flüssigwasserstoff-Speicherung in letzter Zeit eher rückgebaut
wurden.
Im Zuge der zunehmenden Auslastung der Anlagen können
kleine Tankstellen graduell durch größere ersetzt werden. Das H2-
Mobility-Lastenheft (siehe Kapitel 4.4.1), adressiert diesen Punkt
und fordert für Tankstellen der Größen XS und S mobile Containerlösungen,
die dann im Erweiterungsfalle an einen anderen Standort
versetzt werden können. Am bisherigen Standort kann dann bedarfsgerecht
eine größere stationäre Anlage installiert werden.
Dieses Konzept wird in der Roadmap für Baden-Württemberg in
Kapitel 5.3 aufgegriffen.
Mit steigender Größe werden andere Konzepte sinnvoller. Für
kleine Tankstellen ist eine gasförmige Anlieferung (max. 800 kg pro
Trailer) angebracht. Mit steigender Anlagengröße und Pro-Tag-
Umsatz wird aus logistischen Gründen eine Flüssiganlieferung (bis
ca. 3500 kg pro Trailer) empfehlenswert bzw. auch notwendig. Als
untere Akzeptanzgrenze wird allgemein eine Anlieferfrequenz von
einem Trailer pro Tag und Tankstelle angesehen. Die optimale Losgröße
wäre eine Traileranlieferung alle zwei Tage pro Tankstelle.
Die On-site-Erzeugung (siehe Kapitel 3.2.1) stellt eine Alternative
zur gasförmigen oder flüssigen Anlieferung dar und eröffnet bei
Verwendung von regenerativ erzeugtem Strom die Möglichkeit,
CO2-neutralen, grünen Wasserstoff zu verkaufen. Damit ist die
On-site-Erzeugung über Elektrolyse dort, wo es die Rahmenbedingungen
erlauben, eine wichtige Möglichkeit, grünen Wasserstoff
– die Basis für den Ausbau der Wasserstoff-Mobilität – zu erzeugen.
Bei alkalischen Elektrolyseanlagen im großindustriellen Maßstab
können derzeit Module bis zu 1.600 kg/d (entspricht 760 Nm³/h, siehe
[22]) realisiert werden. In diesem Kontext benötigen Tankstellen mit
On-site-Erzeugung jedoch einen deutlich größeren Platzbedarf und
stoßen damit in innerstädtischen Standorten an ihre Grenzen.
Daher ist bei großen Tankstellen im innerstädtischen Raum bzw. bei
beengten Verhältnissen eher eine flüssige Anlieferung sinnvoll.
Stadtkernferne Standorte wie Tankhöfe scheinen für On-site-Erzeugung
eher geeignet – vor allem auch aufgrund der räumlichen Möglichkeiten,
die Erzeugungskapazität modular zu erweitern.
Langfristig (nach 2030) werden Pipeline-Konzepte interessant, da
dann in Ballungszentren von einer großen Auslastung und Tankstellendichte
ausgegangen werden kann. Vor allem in Ballungszentren,
in denen ein geringes Platzangebot zur Verfügung steht und
eine Anlieferung mit Trailern eine logistische Herausforderung darstellt,
werden Tankstellen mit Pipelineversorgung wirtschaftlich und
bezüglich des Platzbedarfes interessant. In diesem Kontext könnte
man sich im Umfeld von Städten größere Wasserstoff-Erzeugungsanlagen
in der Nähe von regenerativen Strom- oder Gaserzeugungsanlagen
vorstellen, die Wasserstoff großmaßstäblich erzeugen und
dann über ein Pipeline-Netzwerk innerstädtische Tankstellen versorgen.
In diesem Pipeline-Netzwerk können dann auch größere,
zentrale Wasserstoffspeicher (Gaskugeln, Kavernen, usw.) integriert
werden, die eine krisensichere Versorgung und eine stromangebotsorientierte
Erzeugung ermöglichen.
Je nach betrachtetem Stromerzeugungs- und Stromnutzungsszenario
(typische Situation: große Windparkkapazitäten im Norden
und großer verbraucherseitiger Bedarf im Süden) kann auch eine
Flüssiganlieferung von Wasserstoff aus dem Norden Deutschlands
oder ggf. sogar eine überregionale Wasserstoff-Transportleitung
sinnvoll sein [31]. Eine Betrachtung in diesem Maßstab soll aber
nicht Teil dieser Studie sein. Tabelle 7 fasst die Ausführungen des
Kapitels noch einmal zusammen.
4.3 BETRIEBSVERHALTEN UND ZUVERLÄSSIGKEIT EXISTIEREN-
DER WASSERSTOFF-TANKSTELLEN UND DEREN KOMPONENTEN
BETRIEBSVERHALTEN
Die Wasserstoff-Tankstellen werden analog zu den Benzintankstellen
auf einen automatisierten Betrieb ausgelegt und dementsprechend
betrieben. Eine Ausnahme sind Stand-alone-Tankstellen
(nicht angegliedert an eine konventionelle Tankstelle) – hier übernimmt
das Tankstellenpersonal oder der Pächter die Aufsichtsfunktion.
Die Tankstellen sind durchgehend in Betrieb und werden nur
für geplante Wartungen oder automatisch bei der Erkennung von
Defekten oder sicherheitskritischen Ereignissen abgeschaltet.
ZUVERLÄSSIGKEIT
Der automatisierte Betrieb ist an sich funktionsfähig. Die Tankstellen
leiden jedoch immer wieder unter Ausfällen und zeigen eine
Zuverlässigkeit von, je nach Tankstelle 90–95 %. Im Gegensatz zu
Ausfällen von Fahrzeugen betrifft der Ausfall einer Tankstelle gleich
mehrere Fahrzeuge, ein Effekt der bei der momentan geringen Tankstellendichte
sogar verstärkt wirkt. Aus diesem Grund wird dem
Thema Zuverlässigkeit in der Einführungsphase eine besondere
Aufmerksamkeit gewidmet.
URSACHEN
Die Ursachen der Ausfälle sind vielfältig. Genannt werden von den
Anlagenbetreibern als Ausfallursachen die Kompressoren (bei
neueren Anlagen mit sinkender Tendenz), die Vorkühlung, geplante
Wartungen und vielfältige „Kinderkrankheiten“.
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