Sektorkopplung: Grüner Wasserstoff für das Projekt Zillertalbahn 2020+ - WKO
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Sektorkopplung: Grüner Wasserstoff
für das Projekt Zillertalbahn 2020+
WKO Symposium Verkehr und Umwelt 17. Juni 2019
VD DI Helmut Schreiner MBA
Inhalt Grundlagen Wasserstoff – Elektrotriebzug – Fahrplan Betriebskonzept Wasserstoff – Elektrotriebzug Technik Wasserstoff – Infrastruktur Wasserstoff – Standort Wasserstoff – Sicherheit Wasserstoff – Wirtschaftlichkeit
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
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
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!
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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Wasserstoff-Elektrotriebzug
Fahrzeug – Fahrgastsitze und Funktionsbereiche
Beispiel Innenraumgestaltung mit Zwischenwänden Funktionsbereiche
Wasserstoff - Infrastruktur
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 barAnsatz 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/ JahrWasserstoff - 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.comWasserstoff - 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.comWasserstoff - 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)
© VERBUND AG, www.verbund.comWasserstoff - Infrastruktur
Aufstellungskonzept
Lageplan Mayrhofen
The information contained in this presentation remains the property of HyCentA. Slide 45Sicherheit 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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