Les stations d'hydrogène de Californie sont fixes plus d'heures que le pompage à 15 % d'investissement par an – CleanTechnica

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Récemment, j'ai examiné des études liées au transport routier de l'hydrogène, car c'est l'un des rares endroits où des organisations sérieuses de recherche sur les transports gardent encore de l'espoir pour ce vecteur énergétique. J'ai examiné des études réalisées dans plusieurs pays d'Europe et d'Amérique du Nord dès 2010.

Plus récemment, j'ai fait partie du groupe d'examen par les pairs d'une étude européenne réalisant une autre simulation du coût total de possession portant sur l'hydrogène, les systèmes routiers électriques et à batterie, les biocarburants et le diesel comme référence. Une chose qui m’a frappé, c’est que les hypothèses d’entretien des véhicules à hydrogène semblaient trop faibles, l’étude montrant qu’il s’agirait à peine de plus que des véhicules électriques à batterie.

J'avais connaissance de preuves anecdotiques de coûts de maintenance de flotte plus élevés et les premiers principes liés aux hautes pressions, aux plages de températures extrêmes, aux exigences de pureté de l'air et aux caractéristiques de l'hydrogène suggéraient que cela devrait également être plus élevé. J'ai donc cherché plus de données.

Les rapports de maintenance de la flotte californienne ont montré que les bus à pile à combustible à hydrogène de trois organismes de transport en commun et sur huit années d'exploitation combinées avaient des coûts de maintenance supérieurs à 50 % plus élevé que les bus diesel en moyenne pour les mêmes distances parcourues. En faisant des recherches et en rédigeant cela, je me suis brièvement demandé si les stations de ravitaillement complexes présentaient des problèmes de maintenance similaires, mais j'ai laissé cela pour un autre jour. Aujourd'hui est apparemment ce jour-là.

Après la publication, une connaissance ingénieur chimiste m'a dit que les coûts de maintenance étaient généralement présentés dans les études de coût total de possession comme étant 3 % des dépenses d'investissement par an, mais que les citations des ravitailleurs qu'il avait reçues alors qu'il envisageait une solution de ravitaillement à pression atmosphérique de 350 indiquaient que cela devrait plutôt représenter 10 % des dépenses en capital. Malheureusement, il n'a pas pu les partager.

Effectivement, lorsque je suis allé examiner les hypothèses du Conseil international pour les transports propres concernant les stations de ravitaillement en hydrogène, j'ai découvert this:

Nous supposons que le coût opérationnel fixe annuel de la maintenance et de la main-d'œuvre représente 4 % du coût en capital du système, comme dans les études précédentes (Brynolf et al., 2018 ; Matute et al., 2019).

De manière anecdotique, il semble que ce soit un autre pouce sur l’échelle qui profite au coût total de possession du ravitaillement en hydrogène des camions qui est systémique. Mais est-ce réellement vrai ? Existe-t-il des données disponibles que l’ICCT et d’autres devraient prendre en compte ?

Il a fallu un certain temps pour retrouver une source, mais une fois de plus, la Californie et le NREL américain ont réussi. J'ai trouvé un rapport 2022, Analyse des stations à hydrogène de nouvelle génération, présenté dans le cadre du programme hydrogène du DOE lors d'une réunion annuelle d'examen du mérite et d'évaluation par les pairs. Il comprenait six années de données de maintenance sur les pompes à pile à combustible dans l'État. Les données ont pris fin après le deuxième trimestre 2, mais cela était suffisant pour constater une augmentation après la COVID et, bien sûr, il y avait des données pré-COVID.

Les données couvraient 55 stations de vente au détail, principalement pour les véhicules légers, pompant de l'hydrogène à 700 atmosphères dans les Toyota Mirais, Hyundai Nexos et autres. Beaucoup n’ont qu’une seule pompe parce qu’il n’y a pas de demande pour en avoir plus. Il y avait aussi quelques stations de véhicules lourds, mais elles n'étaient pas séparées, ce qui est regrettable car la complexité supplémentaire ajoute sans aucun doute aux coûts de maintenance. Les 110 nouvelles stations que l'État avait l'intention de construire ne se sont jamais concrétisées, et le nombre actuel reste de 55 quelques années plus tard.

Pourquoi une complexité accrue ? Eh bien, les pompes de ravitaillement pour véhicules légers sont lentes, distribuant en moyenne 0.93 kg d'hydrogène par minute selon le rapport NREL sur les taux réels, ce qui signifie qu'il faut environ cinq minutes pour remplir une Toyota Mirai à vide. Cela se compare aux pompes à essence qui fonctionnent à un débit de 10 gallons par minute aux États-Unis, un gallon étant l'équivalent énergétique d'un kilogramme d'hydrogène. Les voitures à pile à combustible sont plus efficaces que les voitures à combustion interne, c'est donc plutôt l'équivalent de dix gallons pour une voiture en cinq minutes.

Ceci est bien entendu totalement inadéquat pour les poids lourds, qui nécessiteraient 50 à 100 kilogrammes ou plus d’hydrogène pour faire le plein, ce qui entraînerait des temps de ravitaillement plus longs que les temps de charge des camions électriques à batterie, jusqu’à 90 minutes. Et cela ne convient pas non plus aux véhicules de livraison de taille moyenne, car ces stations pour véhicules légers sont optimisées pour livrer environ cinq kilogrammes avant de devoir passer par un long cycle de recompression. Cela fait partie du rapport d'une étude sur un essai d'une camionnette de livraison de taille moyenne au Royaume-Uni, où le ravitaillement prenait trois fois plus de temps, environ 15 minutes, rien que pour obtenir 10 kilogrammes d'hydrogène.

Ainsi, un ensemble d'équipements supplémentaires de meilleure qualité et plus coûteux sont ajoutés aux stations de ravitaillement des véhicules lourds pour les rendre un peu meilleures. Toujours pas génial. NREL, dans un environnement de test, a réussi à se rapprocher des débits de pompe diesel avec de l'hydrogène sous pression, mais il s'agit d'une installation de test sur mesure et il n'y a aucune garantie qu'elle serait économique ou commercialisable.

Les graphiques de la page huit du rapport montrent clairement qu'il existe une corrélation linéaire forte, raisonnablement prédictive, entre la quantité d'hydrogène pompée et les besoins d'entretien, ce qui est la même que dans les études sur les stations-service que j'ai examinées. Pompez quatre fois plus d’hydrogène et effectuez quatre fois plus d’entretien.

Mais ils ne précisent pas combien d’entretien les stations de ravitaillement en hydrogène nécessitent. Cela nécessitait des mathématiques avec des chiffres présentés sur différentes pages du rapport.

Le premier chiffre correspondait aux kilogrammes d’hydrogène pompés. J'ai choisi le premier semestre 2021, six mois de données après COVID, lorsque les tonnages d'hydrogène pompés étaient les plus importants de l'histoire du programme, et que cinq années d'améliorations des pompes à hydrogène et des programmes d'excellence opérationnelle ont eu le temps de suivre leur cours.

Dans les 55 stations, 540,000 13,000 kilogrammes d’hydrogène ont été distribués à plus de 236 XNUMX véhicules à hydrogène en Californie. Oui, cet État américain compte plus de véhicules à hydrogène sur ses routes que tout autre pays au monde, y compris la Chine. Mais cela ne représente encore que XNUMX véhicules par station en moyenne.

Certaines stations distribuaient jusqu'à 300 kilogrammes par jour, soit une infime fraction du nombre de gallons d'essence qu'une pompe moyenne délivre quotidiennement. Bien sûr, il leur a fallu 10 fois plus de temps pour livrer ces kilos, ce qui fait que les gares semblent plus fréquentées qu’elles ne le sont.

55 stations et 540,000 54 kilogrammes au cours des deux derniers trimestres de données ne représentent que 3 kilogrammes par station et par jour en moyenne. En supposant 60 kilogrammes — 18 % — de ravitaillement par véhicule, chaque station ne voit que 13 véhicules par jour. Cela signifie qu'ils font le plein tous les 15 jours en moyenne. Cela signifie qu'un véhicule à pile à combustible parcourt en moyenne environ 37 miles par jour, bien en dessous de la moyenne de XNUMX miles par jour aux États-Unis.

Au cours de la même période, 3,250 3.6 événements de maintenance ont été enregistrés, entre les événements programmés et imprévus, la maintenance préventive et la réparation des problèmes. Le rapport ne contient pas d'heures de maintenance par événement pour cette période, mais présente la moyenne historique sur cinq ans de XNUMX heures par événement sur une autre page.

Très peu de calculs indiquent que les 55 stations semblent avoir vu 11,700 212 heures de maintenance en six mois, soit environ 1.2 par station soit environ 27 heure par jour. Pour autant que je sache, il ne s'agit pas d'inspections quotidiennes et de serrage de boulons, mais d'événements de maintenance programmés et imprévus qui mettent la pompe hors service. 2.5 % des événements de maintenance ont pris une heure ou moins à résoudre, la médiane étant assez élevée de 24 heures et de nombreux événements prenant plus d'une douzaine d'heures, voire XNUMX heures, à être résolus.

Est-ce élevé ? Cela semblait être le cas. Je suis allé chercher des données équivalentes pour les stations-service. J'ai trouvé une étude de 2013, Analyse et planification des opérations de maintenance d'une chaîne de stations-service, avec des données pour 570 pompes dans 40 stations. Il a été constaté que les stations à défaillance moyenne présentaient 0.002 pannes par heure et par distributeur. Avec une moyenne de 14 pompes par station, il ne s'agissait pas de stations poussiéreuses à faible volume mais très fréquentées. Je n'ai pas pu déterminer si les « heures » correspondaient aux heures d'utilisation active ou au nombre total d'heures, mais même une différence d'un ordre de grandeur ne représenterait pas beaucoup d'échecs par heure.

L'étude s'est concentrée sur le temps moyen entre les pannes nécessitant une maintenance et les avantages de la maintenance préventive, elle n'a donc pas eu de durée des activités de maintenance, mais a clairement montré qu'avec une maintenance préventive moyenne, une station avec 14 pompes connaissait une panne toutes les 550 heures. ou alors, ou n'importe quelle pompe donnée qui reste là et fonctionne pendant un tiers de l'année sans plus qu'une inspection, un essuyage et un serrage des boulons.

Alors, à quoi ressemblent les stations de ravitaillement en hydrogène de Californie ? N'oubliez pas que la plupart d'entre eux n'ont qu'une ou deux pompes sur le terrain d'une station-service.

Eh bien, étant donné le débit moyen de 0.93 kilogramme, ces stations semblaient nécessiter 3.6 heures de maintenance pour chaque 46 kilogrammes d’hydrogène pompés.

Le nombre total d'heures de maintenance - encore une fois dérivé de la durée moyenne déclarée et du nombre d'événements mais non indiqué explicitement dans le rapport NREL - était 11,700 55 heures sur les 2021 stations sur les six premiers mois de XNUMX. 

Le temps total de pompage de l'hydrogène au débit de 0.93 était 9,677 heures.

Les stations de ravitaillement en hydrogène de Californie ont passé 2,000 2021 heures de plus à être réparées et entretenues qu'à pomper de l'hydrogène au cours du premier semestre XNUMX.

Si j’avais écrit ce rapport, cette première découverte aurait été au premier plan dans de grosses lettres hurlantes. Au lieu de cela, j'ai dû creuser dur pour le trouver. Mais qu’en est-il des coûts ?

Étant donné que nous sommes confrontés à une pression atmosphérique de 700, ce qui équivaut à plus de six kilomètres sous la surface de l'océan, nous ne parlons pas de techniciens bon marché de Joe's Gas Station Maintenance.

À la page 14 du rapport, on annonce, sans contexte, que le coût par maintenance était supérieur à 10,000 40,000 $ par station et par trimestre, soit plus de 50,000 XNUMX $ par an. J'ai approfondi la question et découvert leur ensemble de données sous-jacentes qui montraient que les coûts de maintenance augmentaient de manière linéaire avec l'utilisation, et que l'utilisation restait très faible. Les données des quatre derniers trimestres indiquaient environ XNUMX XNUMX dollars par station et par an.

Pendant deux trimestres pour les 55 stations, la dépense totale était alors de $1,375,000 118 XNUMX. Cela porte le coût horaire de maintenance à XNUMX $. 

Quelle est la faible consommation par rapport aux stations-service ? La pompe moyenne est conçue pour déplacer plus de 300,000 900 gallons par an en utilisation normale, soit environ 14 gallons par jour. Dans le rapport sur les stations-service, la station-service moyenne comptait 10,000 pompes, soit plus de 300 1,200 gallons par jour. Les 3,000 kilogrammes par jour pour la plus grande station de ravitaillement en hydrogène constituent une quantité homéopathique, avec des coûts d'investissement très élevés, compris entre XNUMX XNUMX et XNUMX XNUMX dollars par kilogramme d'hydrogène distribué par jour et par an. Rapport du programme hydrogène du DOE 2020, n'étant pas amorti sur un grand nombre de kilogrammes.

Ce rapport indiquait que les stations en cours d'acquisition étaient capables de produire entre 770 kg/jour et 1,620 300 kg/jour, alors que les stations les plus fréquentées de toute la Californie atteignaient tout juste XNUMX kg. Pour être clair, les stations de ravitaillement existantes étaient capables de livrer plus d'hydrogène, mais elles n'étaient tout simplement pas sollicitées pour le faire parce qu'il y avait très peu de véhicules à hydrogène et qu'ils roulaient si peu.

Faisons quelques hypothèses de coûts. L’étude sur les coûts de l’hydrogène a clairement montré que les coûts avaient baissé. Supposons que les 55 stations existantes se situent dans le très haut de gamme, soit 3,000 300 dollars par kilogramme d'hydrogène distribué. Supposons qu'ils soient dimensionnés pour bien plus que ce qu'ils produisent, et clairement plus de 770 kilogrammes par jour. Supposons que la valeur inférieure de la fourchette soit de 2.3 kg/jour. Cela porte le coût en capital d'une station moyenne à 55 millions de dollars, dont 130 coûtent environ XNUMX millions de dollars.

Les dépenses de maintenance de 4 % des investissements suggèrent qu'ils dépenseraient environ 5 millions de dollars par an, mais ils ne dépensent que 1,375,000 XNUMX XNUMX $ par an. Semble correct.

Mais ils ne pompent que 54 kilogrammes par station et par jour et, comme le montrent les données, la maintenance augmente linéairement avec les kilogrammes livrés. En passant de 54 kilogrammes à 770 kilogrammes en moyenne, le coût réel de maintenance si les stations fonctionnaient à la capacité prévue serait de 20 millions de dollars par an.

Cela représente 15 % des investissements, et non 4 % des investissements. Et il ne s’agit pas de 10 % des investissements, comme le promettent apparemment les vendeurs des stations de ravitaillement en hydrogène. De toute évidence, leurs offres préparent les acheteurs à la pire réalité du ravitaillement en hydrogène.

Faisons une brève digression sur la prévision des classes de référence. C'est la méthode d'estimation que le professeur Bent Flyvbjerg et son équipe ont mise au point au cours des près de 30 années passées à collecter des données sur les mégaprojets.

Voici RCF en quelques mots. Obtenez toutes les données possibles sur la chose que vous essayez de faire. Trouvez la moyenne. Utilisez-le dans vos estimations. Si vous construisez un pont, obtenez tous les coûts réels des ponts construits que vous pouvez trouver. Faites la moyenne. Commencez par ça. Ajustez à la hausse ou à la baisse uniquement si vous avez de très bonnes raisons de croire que vous êtes spécial.

Si vous avez lu le livre de Flyvbjerg et du co-auteur Dan Gardner, Comment de grandes choses sont faites, qui figure sur la liste de tous les meilleurs livres d'affaires de 2023, souvent en tête, vous avez lu des informations sur le RCF et comment l'appliquer. Et si vous n'avez pas lu Big Things, faites-le maintenant.

Qu’est-ce que cela signifie pour les études de coût total de possession du camionnage ? S’ils coûtent les stations, et ils devraient le faire, ils devraient coûter la maintenance à 15 % des investissements, et non à 4 % des investissements.

Si je faisais rapport sur la réunion annuelle du DOE et que j'avais présenté le rapport que j'ai trouvé, cela aurait représenté un peu moins de 2,000 XNUMX heures d'entretien de plus que le pompage, en lettres encore plus grosses.

D'accord, combien d'excuses pouvons-nous trouver pour expliquer ces données ? Ceci permet de précharger les arguments.

#1 : La technologie n’est pas mature et les choses vont s’améliorer ! 

Des stations de ravitaillement en hydrogène sont déployées dans le monde depuis plus de 25 ans, la Californie en compte plus que tout autre pays, et ce sont les deux derniers trimestres de six années de données, il est donc temps d'abandonner les citrons et d'optimiser la maintenance.

#2 : Augmenter les coûts de maintenance réels n'est pas juste !

La courbe d'ajustement des kilogrammes pompés par rapport aux événements de maintenance est linéaire à partir de leurs propres données et étayée par des études de maintenance du pompage des stations-service. Je leur ai accordé le bénéfice du doute sur les coûts et la capacité pour descendre à 15 %. Les chiffres initiaux étaient pires, alors je les ai vérifiés trois fois et les ai refaits. Suggérez une meilleure méthodologie et appliquez-la aux données.

#3 : Ces données concernent les stations pour véhicules légers et les stations pour véhicules plus lourds seront plus fiables !

Non, la complexité et les exigences supplémentaires liées au transfert d’hydrogène à grande vitesse rendent plus difficile l’obtention de la fiabilité, et pas moins. Il est probable que ce chiffre de 15 % soit trop faible pour les camions. Pour rappel, les 10 % de données anecdotiques concernaient des systèmes de pompage à pression de 350 atmosphères.

#4 : Cela n’a pas d’importance car nous utiliserons plutôt de l’hydrogène liquide !

Non, stocker et pomper de l’hydrogène à 20° au-dessus du zéro absolu est beaucoup plus complexe qu’un gaz à pression de 700 atmosphères. Les défis liés à la gestion thermique et de la pression sont multipliés, tout comme les dangers. L’hydrogène liquide est si difficile à utiliser que l’industrie spatiale s’oriente vers le méthane et s’éloigne de l’hydrogène liquide.

#5 : Ils s'effondrent simplement parce que personne ne les utilise, et seront meilleurs avec plus d'utilisation !

Cela ne fait pas vraiment valoir le point qu'un défenseur de l'hydrogène souhaite vraiment faire valoir, et voir le point n°2.

#6 : Les données sont mauvaises, juste concoctées par l'auteur !

Les données proviennent toutes des rapports du programme NREL sur l’hydrogène concernant les découvertes réelles dans les stations-service réelles.

#7 : J'ai repéré une erreur insignifiante, je m'autorise donc à invalider l'intégralité de l'évaluation !

Ne soyez pas cette personne.

#8 : Je n’aime pas les résultats !

Dans ce cas, vous devez vraiment vous asseoir avec mon autre article — Voir clairement les solutions climatiques à travers les préjugés et les données manquantes est un défi - pendant un moment et réfléchissez à vos choix de vie.

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Ainsi, pour résumer, les stations de ravitaillement en hydrogène du plus grand ensemble de données publiques, couvrant 55 stations sur six ans avec des millions de kilogrammes d'hydrogène livrés, montrent que les stations d'hydrogène sont hors service 20 % plus de temps qu'elles ne pompent de l'hydrogène et que les coûts de maintenance annuels représentent 15 % des investissements, et non 4 %.

Dois-je m’attendre à ce que l’ICCT, Daimler, les fournisseurs de ravitaillement en hydrogène et le DOE américain commencent désormais à utiliser 15 % ? Non, je m'attends à ce qu'ils reproduisent l'étude que je viens de réaliser en utilisant les données de la Californie et des données plus réelles sur les dépenses en capital, et qu'ils aboutissent à un chiffre bien plus réaliste que 4 %. Personnellement, je suis à l'aise avec 15 % et je l'utiliserai et je recommanderai aux groupes avec lesquels je m'engage de l'utiliser.

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• La source: https://cleantechnica.com/2024/01/27/californias-hydrogen-stations-being-fixed-more-hours-than-pumping-at-15-capex-per-year/