Sektorkopplung: Grüner Wasserstoff für das Projekt Zillertalbahn 2020+ - WKO

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Sektorkopplung: Grüner Wasserstoff für das Projekt Zillertalbahn 2020+ - WKO
Sektorkopplung: Grüner Wasserstoff
                             für das Projekt Zillertalbahn 2020+
                             WKO Symposium Verkehr und Umwelt 17. Juni 2019

VD DI Helmut Schreiner MBA
Sektorkopplung: Grüner Wasserstoff für das Projekt Zillertalbahn 2020+ - WKO
Inhalt

 Grundlagen Wasserstoff – Elektrotriebzug – Fahrplan
   Betriebskonzept

 Wasserstoff – Elektrotriebzug Technik

 Wasserstoff – Infrastruktur

 Wasserstoff – Standort

 Wasserstoff – Sicherheit

 Wasserstoff – Wirtschaftlichkeit
Sektorkopplung: Grüner Wasserstoff für das Projekt Zillertalbahn 2020+ - WKO
Mobilitätsdienstleistungsbedarf Zillertalbahn
Betriebskonzept: Beförderungszahlen und Kapazitäten

                                                                                ERMITTLUNG FÖRDERLEISTUNG ZVB AG
                                                                                                                                                                                                       ZVB AG 03/19

 Variante                     Verkehr/Angebot                      Fahrgäste/Zug   Betriebstage/Jahr     Anzahl Züge      Zugkm/Jahr         Betriebszeit       Fahrgäste/Jahr    Fahrgäste/Stunde      Steigerung

               Betriebszeiten 6:00 - 20:30 tw. Halbstundentakt
                    1 beschleunigter Pendler- REX Zugpaar,
    A                Dieseltriebzug 3- teilig 132 Sitzplätze,
                                                                          220             365                 52            602.615              14,5             4.175.600               789                 100%
                    Einsatz 6 Triebzüge ; Fahrplan 2017 / 18

                 Betriebszeiten 5:30 - 23:00 Halbstundentakt
                    1 beschleunigter Pendler- REX Zugpaar,
    B             Wasserstofftriebzug 4- teilig 214 Sitzplätze
                                                                          450             365                 66            770.880               16              10.840.500              1856                235%
                   Einsatz 5 Triebzüge ; Fahrplan 2022 / 23

                 Betriebszeiten 5:30 - 23:00 Halbstundentakt
                   Winter tw 15 min Takt Fügen- Mayrhofen
    C              1 beschleunigter Pendler- REX Zugpaare,                450             365                 86            830.880               16              11.650.500              1995                253%
                  Wasserstofftriebzug 4- teilig 214 Sitzplätze
                   Einsatz 8 Triebzüge / Fahrplan 2022 / 23

            Fahrzeit Regionalzug Fahrplan 2022 (17 Halte)        45 min            Transportleistung Eisenbahn 2018    2.825.171          Fahrzeit Regionalzug Fahrplan 2018 (17 Halte)              55 min
    D
            Fahrzeit REX Fahrplan 2022 ( 8 Halte)                36 min            Streckenlänge Jenbach - Mayrhofen   31,74 km / 60 hm   Fahrzeit REX Fahrplan 2018 ( 8 Halte)                      46 min
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Wasserstoff - Elektrotriebzug
Fahrzeug – technische Beschreibung

 VIERTEILIGER WASSERSTOFF-ELEKTROTRIEBWAGENZUG

  Spurweite 760 mm
  Maximale elektrische Leistung am Rad 1400 kW
  Maximale Anfahrtszugkraft am Rad 180 kN
  Betriebsgeschwindigkeit 80 km/h mit Höchstgeschwindigkeit 100 km/h
  Fahrzeugmasse Tara 126 Tonnen bzw. 162 Tonnen mit 4 Personen pro m2
  Platzangebot für 450 Passagiere mit 174 Sitzplätzen, 40 Klappsitzen und 236 Stehplätzen

    Hohes Beschleunigungsvermögen von 1 m/s2
    Oberleitungsfreier Betrieb auf dem gesamten Streckenverlauf
Sektorkopplung: Grüner Wasserstoff für das Projekt Zillertalbahn 2020+ - WKO
Wasserstoff - Elektrotriebzug
Fahrzeug – Wasserstofftechnik und Antriebsstrang

                                                                               Kühlanlage                     BZ

                                                              H2                                                   H2

 Traktionsbatterie                                                 Wasserstoffspeicher
  Total 310 kWh                                                    320 hgH2 brutto @ 350 bar

 Brennstoffzelle (BZ)                                              Kühlanlage
  gesamt 500 kW netto bei „End of Life“ (EOL)                      Gemeinsames Kühlsystem für 2 BZ-Module
  Spezifische Norm für den Einbau bei Schienenfahrzeugen           Platzierung auf dem Dach
  Spezielles Sicherheitskonzept für Bahnanwendungen

    Jeder Halbzug ist autark und mit hohen Redundanzen ausgestattet!
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HyTrain – Brennstoffzelle

                                                                                                                      Anbieter Brennstoffzellensystem
                                                                                        Brennstoffzellensystem
                                                                                                                       Ballard
                                                                                    Bauart            PEM        -
                                                                                                                       ElringKlinger
                                                                               Garantiedauer         25.000      h     Hydrogenics
                                                                                                                       Proton Motors
                                                                                   Froststart         – 25       °C    Power Cell

                                                                          Betriebs-temperatur                          Symbio One
                                                                                                       80        °C
                                                                                                                       Hyundai

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HyTrain – Wasserstoffdruckspeicherung

                                                                                   Anbieter Tanks bzw. Tanksysteme     Mahytec (Frankreich)
                           Tanksystem
                                                                                    Peak Technologies (Österreich)    Raigi (Frankreich)
          Druck                 350                   bar
                                                                                    Worthington (Österreich)          JTEKT (Japan)
         Bauart                    Typ 3 oder Typ 4
        Betank-                                                                     Luxfer (Deutschland)              Pure Energy Center (UK)
                                 80              gH2 pro sec
        ungsges.                                                                                                       Optimum Composite Technologies (US)
                                                                                    Anleg (Deutschland)
       Zulassung            Bahnspezifische Zulassung
                                                                                    Xperion (Deutschland)             Hexagon Lincoln (US)
                                                                                    Wystrach (Deutschland)            Quantum (US)
                                                                                    Faber (Italien)                   Steelhead Composites (US)

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Sektorkopplung: Grüner Wasserstoff für das Projekt Zillertalbahn 2020+ - WKO
Wasserstoff-Elektrotriebzug
Fahrzeug – Fahrgastsitze und Funktionsbereiche

     Beispiel Innenraumgestaltung mit Zwischenwänden   Funktionsbereiche
Sektorkopplung: Grüner Wasserstoff für das Projekt Zillertalbahn 2020+ - WKO
Wasserstoff - Infrastruktur
Sektorkopplung: Grüner Wasserstoff für das Projekt Zillertalbahn 2020+ - WKO
Wasserstoff - Infrastruktur
Bedarfsermittlung: Betriebskonzept, Wasserstoff – Elektrotriebzug

                     ZVB AG                                                                                            Verbund AG

                                                                                                                        Mayrhofen

                                                       Wasserstoffbedarf Zillertalbahn 2022
                                                 Durchschnittlich 800 kgH2 pro Tag / 292 toH2 pro Jahr
 Belieferung per Trailer           Jenbach             Maximalverbrauch 1280 kgH2 pro Tag
                              REDUNDANZ bei
                                   Ausfall,
                               Streckensperre,                                                                                          H2
          H2                     Bauarbeiten
                                                                                                         Elektrolyse                Tagesspeicher
     Tagesspeicher

                                                     H2                                        H2
        Verdichter              Zapfsäule                                                                 Zapfsäule                   Verdichter
                               HRS 350 bar                                                               HRS 350 bar
Ansatz zur Auslegung Elektrolyse

  Wasserstoff Infrastruktur
          3.037 kg Nettospeichermenge
          Max. H2-Bedarf 1280 kg/d
          Auslegung der Elektrolysen auf 1.296 kg/d (54 Kg H2/h)
          Volllastäquivalente Auslastung des Elektrolyseurs (1 Woche Wartung): 88 %, 6.885 h
          Jahresbedarf 292.000 Kg H2
          H2-Reserve für 2 Tage (bei Komplettausfall Elektrolyse)
          Betankungszeit 27 min
          Anzahl Züge 4+1
          Einsparung von 900.000 l Diesel/Jahr
          Einsparung von 2.400.000 Kg CO2/ Jahr
Wasserstoff - Infrastruktur
Bezugskosten und Indexierung Wasserstoff

                                                                Beispielhafte Kostenstruktur Wasserstoff
     Verbund bietet eine transparente Indexierung der
     Kostenkomponenten an:                                                  Wartung/
                                                                            Instandhaltung
      Investitionskosten: Festpreiskomponente
                                                             Netz/
                                                             Ökostrom
      Strombezug: Variable Preiskomponente, indexiert mit
        der Strompreisentwicklung Börse (EEX Baseload).
      Netz-/Ökostromabgabe: Variable Preiskomponente,
        Anpassung der tatsächlichen Kosten bei Änderungen
        (Energiesteuer).
                                                                                                        Invest
      Wartung/Instandhaltung: Variable Preiskomponente,     Strom-
        indexiert mit den tariflichen Stundenlöhnen in der   bezug
        gewerblichen Wirtschaft und einem Materialindex

                                                                                             © VERBUND AG, www.verbund.com
Wasserstoff - Infrastruktur
Standortwahl

Standortvorteil der Verbund Kraftwerksgruppe
im europäischen Stromhandelszusammenhang

 Kostenminimierung bei der Wasserstofferzeugung
   vor Ort

Stromherkunft
 Überschussstrom
 Laufwasserkraft mit Direktleitung
 Strombörse
 Sektorkopplung Verkehr - Energie

Wasserstoffwirtschaft mit
                                                       VERBUND KW
 Herstellung                                           Mayrhofen
 Speicherung und
                                                                     Bahnhof
 Distribution
                                                                    Mayrhofen
 von Wasserstoff für Bahn, Bus und Auto, Sauerstoff
   und Wärme im Zillertal                                                  © VERBUND AG, www.verbund.com
Wasserstoff - Infrastruktur
Standortwahl

Elektrische Anbindung der Elektrolyse
 Um die Übertragungsverluste und -kosten
  möglichst gering zu halten wird eine möglichst
  zentrale Anordnung der Wasserstofferzeugung
  (Elektrolyse) und des Speichers.

Standort in Nähe der Bundesstraße 169 für
Backup Trailer-Belieferung und
Erweiterungsmöglichkeit um Betankung für
 Wasserstoffbusse (FCE Bus)
 Wasserstoff PKWs (FCEV)

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Wasserstoff - Infrastruktur
              Aufstellungskonzept
Lageplan Mayrhofen

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Sicherheit der Wasserstofftechnologie

Grundlagen
 Wasserstoff ist ungiftig, geruchlos, nicht wassergefährdend, nicht krebserregend, leicht abbaubar.
 Hohe Flüchtigkeit: Wasserstoff verteilt sich umgehend in der Umgebungsluft und wird rasch ungefährlich.

      Daher ergibt sich eine geringere Explosionsgefahr als bei Benzin. Im Freien kann Wasserstoff faktisch nicht zur Explosion
      gebracht werden.
      Die Kombination der Verbrennungs- und Diffusionseigenschaften von Wasserstoff minimiert die Gefahren bei einem Feuer,
      im Vergleich zu einem Feuer bei dem Benzin im Spiel ist.

Wasserstofftanks sind eigensicher für den Fall, dass eine Leitung (ab)reißt
 innenliegende Druckminderer sorgen für einen langsamen Austritt des Wasserstoff
 Im Falle von Entzündung erfolgt Abbrand mit fast unsichtbarer Flamme ohne nennenswerte Wärmestrahlung
 Strenge europäische Regelungen für die Zulassung

      Freisetzung großer Mengen von Wasserstoff aus Drucktanks ist sehr unwahrscheinlich.
Kostenvergleich VDV 2013 – 2037
Vergleich „ZugKM Mittel“ 2013 – 2037

 Finanzierung von 5 neuen wasserstoffbetriebenen Triebzügen: Verkehrsdienstevertrag (VDV).

 Laufzeit: 15 Jahren – Start Fahrplanperiode 2022/23

 Der Wasserstoffantrieb spart jährlich 900.000 Liter Diesel und 2.400.000 Kilogramm CO2 ein.

 Der VDV ist mittlerweile weitgehend fertig kalkuliert und befindet sich derzeit im Verhandlungsstadium. Die Ergebnisse der
  Kalkulation zeigen eindeutig, dass der Wasserstoffantrieb mit rund 12,0% reduzierten Kosten pro Sitzplatzkilometer deutlich
  günstiger als der Dieselantrieb ist, und mit rund 6,0% reduzierten Kosten pro Sitzplatzkilometer günstiger ist als ein
  herkömmlicher Elektrotriebzug mit konventioneller Fahrleitungsanlage.

 Den Mehrkosten der Fahrzeuge und der zusätzlich notwendigen Wasserstoff-Infrastruktur stehen Einsparungen der nicht
  benötigten teuren Oberleitungsinfrastruktur gegenüber. Auch die Gesamtkosten der Energiebereitstellung sind in etwa auf
  gleichem Niveau. So kann der Mehrbedarf an elektrischer Energie über einen günstigeren Strompreis kompensiert werden. Die
  Ergebnisse der Kostenvergleichsrechnung für einen Betrachtungszeitraum von 30 Jahren zeigen ähnliche Werte.

 Der Wasserstoffantrieb stellt somit die günstigste Traktionsfom dar.
Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
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