Le stazioni di idrogeno della California vengono riparate per più ore rispetto al pompaggio con un capex del 15% all'anno - CleanTechnica

ISCRIVITI PER RICEVERE aggiornamenti quotidiani di notizie da CleanTechnica su e-mail. O seguici su Google News!

---

Recentemente ho esaminato gli studi relativi al trasporto su strada dell'idrogeno, poiché è uno dei pochi luoghi in cui organizzazioni serie di ricerca sui trasporti nutrono ancora speranza per il vettore energetico. Ho esaminato studi provenienti da più paesi in Europa e Nord America fino al 2010.

Più recentemente ho fatto parte del gruppo di revisione paritaria di uno studio europeo che ha effettuato un'altra simulazione del costo totale di proprietà utilizzando idrogeno, sistemi stradali elettrici e a batteria, biocarburanti e diesel come riferimento. Una cosa che mi ha colpito è che le ipotesi di manutenzione dei veicoli a idrogeno sembravano troppo basse, con lo studio che mostrava che sarebbero a malapena più che elettrici a batteria.

Ero a conoscenza di prove aneddotiche di costi di manutenzione della flotta più elevati e i primi principi relativi alle alte pressioni, alle escursioni termiche estreme, ai requisiti di purezza dell’aria e alle caratteristiche dell’idrogeno suggerivano che dovrebbe essere anche di più. Quindi ho cercato più dati.

I rapporti sulla manutenzione della flotta della California hanno mostrato che gli autobus a celle a combustibile a idrogeno in tre organizzazioni di trasporto pubblico e un totale di otto anni di attività avevano costi di manutenzione superiori In media il 50% in più rispetto agli autobus diesel per le stesse distanze percorse. Durante la ricerca e la stesura di questo articolo, mi sono chiesto brevemente se le complesse stazioni di rifornimento presentassero problemi di manutenzione simili, ma ho lasciato la questione per un altro giorno. Apparentemente oggi è quel giorno.

Dopo la pubblicazione, un conoscente ingegnere chimico mi ha detto che i costi di manutenzione erano solitamente presentati negli studi sul costo totale di proprietà come il 3% della spesa in conto capitale all'anno, ma che le citazioni dei rifornitori che aveva ricevuto mentre considerava una soluzione di rifornimento a pressione atmosferica 350 indicavano che dovrebbe invece rappresentare il 10% delle spese in conto capitale. Purtroppo non è riuscito a condividerli.

Come previsto, quando sono andato a dare un'occhiata alle ipotesi del Consiglio internazionale sui trasporti puliti sulle stazioni di rifornimento di idrogeno, ho scoperto questo:

Ipotizziamo che il costo operativo fisso annuale di manutenzione e manodopera sia pari al 4% del costo di capitale del sistema, analogamente a studi precedenti (Brynolf et al., 2018; Matute et al., 2019).

Aneddoticamente sembra che questo sia un altro pollice sulla scala che avvantaggia i costi totali di proprietà del rifornimento di camion a idrogeno che sono sistemici. Ma è proprio vero? Sono disponibili dati che l’ICCT e altri dovrebbero prendere in considerazione?

Ci è voluto un po' per rintracciare una fonte, ma ancora una volta la California e l'NREL statunitense sono riusciti a farcela. Ho trovato un rapporto del 2022, Analisi delle stazioni di idrogeno di nuova generazione, presentato come parte del Programma DOE sull'idrogeno in occasione di una riunione annuale di valutazione del merito e tra pari. Comprendeva sei anni di dati sulla manutenzione delle pompe a celle a combustibile nello stato. I dati sono terminati dopo il secondo trimestre del 2, ma ciò è stato sufficiente per vedere un aumento post COVID e ovviamente c’erano dati pre-COVID.

I dati coprivano 55 stazioni di vendita al dettaglio, principalmente di veicoli leggeri, che pompavano idrogeno a 700 atmosfere in Toyota Mirais, Hyundai Nexos e simili. Molti hanno una sola pompa perché non c'è richiesta di averne di più. C'erano anche un paio di stazioni per veicoli pesanti, ma non erano divise separatamente, il che è un peccato poiché la complessità aggiuntiva indubbiamente aumenta i costi di manutenzione. Le 110 nuove stazioni che lo Stato intendeva costruire non si sono mai concretizzate, e il conteggio attuale rimane 55 un paio di anni dopo.

Perché aggiungere complessità? Ebbene, le pompe di rifornimento per i veicoli leggeri sono lente, erogando in media 0.93 kg di idrogeno al minuto secondo il rapporto NREL sulle tariffe effettive, il che significa che ci vogliono circa cinque minuti per fare il pieno a una Toyota Mirai da vuota. Ciò è paragonabile alle pompe di benzina che funzionano a 10 galloni al minuto negli Stati Uniti, dove un gallone è l’equivalente energetico di un chilogrammo di idrogeno. Le auto a celle a combustibile sono più efficienti delle auto a combustione interna, quindi equivalgono a dieci galloni equivalenti per un'auto in cinque minuti.

Questo è, ovviamente, del tutto inadeguato per i camion pesanti, che richiederebbero da 50 a 100 chilogrammi o più di idrogeno durante il rifornimento, portando a tempi di rifornimento più lunghi rispetto ai tempi di ricarica per i camion elettrici a batteria, fino a 90 minuti. Ed è inadeguato anche per i veicoli di consegna di medie dimensioni, perché queste stazioni per veicoli leggeri sono ottimizzate per trasportare circa cinque chilogrammi prima di dover sottoporsi a un lungo ciclo di ricompressione. Questo è parte del rapporto di uno studio su a prova di un furgone per consegne di medie dimensioni nel Regno Unito, dove il rifornimento ha richiesto tre volte il tempo, circa 15 minuti, solo per ottenere 10 chilogrammi di idrogeno.

Quindi una serie di apparecchiature aggiuntive di qualità superiore e di costo maggiore vengono aggiunte alle stazioni di rifornimento di veicoli pesanti per renderle un po' migliori. Ancora non eccezionale. NREL in un ambiente di prova è riuscito ad approssimare le velocità delle pompe diesel con idrogeno pressurizzato, ma si tratta di una struttura di prova su misura e non vi è alcuna garanzia che sarebbe lontanamente economica o commercializzabile.

I grafici a pagina otto del rapporto chiariscono che esiste una correlazione lineare forte, ragionevolmente predittiva, tra la quantità di idrogeno pompato e i requisiti di manutenzione, qualcosa che è lo stesso degli studi sulle stazioni di servizio che ho esaminato. Pompa quattro volte più idrogeno, fai quattro volte più manutenzione.

Ma non chiariscono quanta manutenzione richiedano le stazioni di rifornimento di idrogeno. Ciò richiedeva la matematica con i numeri presentati su diverse pagine del rapporto.

Il primo numero rappresentava i chilogrammi di idrogeno pompato. Ho scelto la prima metà del 2021, sei mesi di dati dopo il COVID, quando i tonnellaggi di idrogeno pompato sono stati i più grandi nella storia del programma e cinque anni di miglioramenti alle pompe di idrogeno e ai programmi di eccellenza operativa hanno avuto il tempo di fare il loro corso.

Nelle 55 stazioni, 540,000 chilogrammi di idrogeno sono stati distribuiti agli oltre 13,000 veicoli a idrogeno in California. Sì, quello stato americano ha più veicoli a idrogeno sulle sue strade di qualsiasi altro paese al mondo, compresa la Cina. Ma si tratta comunque di una media di soli 236 veicoli per stazione.

Alcune stazioni distribuivano fino a 300 chilogrammi al giorno, vale a dire una piccola frazione del numero di litri di benzina che una pompa media eroga quotidianamente. Naturalmente, hanno impiegato 10 volte più tempo per consegnare quei chilogrammi, quindi le stazioni sembrano più affollate di quanto non siano.

55 stazioni e 540,000 chilogrammi negli ultimi due trimestri di dati corrispondono in media a soli 54 chilogrammi per stazione al giorno. Supponendo 3 chilogrammi (60%) di rifornimento per veicolo, ogni stazione vede solo 18 veicoli al giorno. Ciò significa che fanno rifornimento in media ogni 13 giorni. Ciò significa che il veicolo medio a celle a combustibile viene guidato per circa 15 miglia al giorno, molto al di sotto della media di 37 miglia al giorno per gli Stati Uniti.

Nello stesso periodo sono stati registrati 3,250 eventi di manutenzione, tra eventi programmati e non programmati, manutenzione preventiva e riparazione di cose andate storte. Il report non riporta le ore di manutenzione per evento per quel periodo, ma riporta la media storica di cinque anni di 3.6 ore per evento in un'altra pagina.

Pochissimi calcoli indicano che le 55 stazioni sembrano aver visto 11,700 ore di manutenzione in sei mesi, circa 212 per stazione ovvero circa 1.2 ore al giorno. Per quanto ne so, non si tratta di ispezioni giornaliere e di serraggio dei bulloni, ma di eventi di manutenzione programmata e non programmata che mettono la pompa fuori servizio. Il 27% degli eventi di manutenzione ha richiesto un'ora o meno per essere risolto, con una media piuttosto elevata di 2.5 ore e molti eventi che richiedono più di una dozzina di ore o addirittura 24 per essere risolti.

È alto? Sembrava così. Sono andato a cercare dati equivalenti per le stazioni di servizio. Ho trovato uno studio del 2013, Analisi e programmazione degli interventi di manutenzione per una catena di distributori di benzina, con dati per 570 pompe in 40 stazioni. È stato riscontrato che le stazioni con guasti medi presentavano 0.002 guasti all'ora per distributore. Con una media di 14 pompe per stazione, non si trattava di stazioni polverose a basso volume ma molto trafficate. Non sono stato in grado di determinare se le "ore" fossero ore utilizzate attivamente o ore totali, ma anche una differenza di un ordine di grandezza non equivarrebbe a molti guasti all'ora.

Lo studio si è concentrato sul tempo medio tra i guasti che richiedono manutenzione e i benefici della manutenzione preventiva, quindi non ha preso in considerazione la durata delle attività di manutenzione, ma ha chiarito che con una manutenzione preventiva media, una stazione con 14 pompe ha registrato un guasto ogni 550 ore o giù di lì, o qualsiasi pompa sta lì e funziona per un terzo dell'anno senza altro che ispezione, pulizia e serraggio dei bulloni.

Allora, come si presentano le stazioni di rifornimento di idrogeno della California? Ricorda, la maggior parte di loro ha solo una o due pompe nel lotto di una stazione di servizio.

Ebbene, data la portata media di 0.93 chilogrammi, queste stazioni sembravano richiedere 3.6 ore di manutenzione per ogni 46 chilogrammi di idrogeno pompati.

Il totale delle ore di manutenzione, derivato ancora una volta dalla durata media dichiarata e dal numero di eventi ma non dichiarato esplicitamente nel rapporto NREL, è stato 11,700 ore nelle 55 stazioni nei primi sei mesi del 2021. 

Il tempo totale di pompaggio dell'idrogeno alla portata di 0.93 è stato 9,677 ore.

Le stazioni di rifornimento di idrogeno della California hanno impiegato 2,000 ore in più per la riparazione e la manutenzione rispetto a quelle spese per il pompaggio di idrogeno nella prima metà del 2021.

Se avessi scritto questo rapporto, questa prima scoperta sarebbe stata in primo piano e al centro, a grandi lettere urlanti. Invece, ho dovuto scavare a fondo per trovarlo. Ma per quanto riguarda i costi?

Dato che abbiamo a che fare con una pressione di 700 atmosfere, equivalente a più di quattro miglia sotto la superficie dell'oceano, non stiamo parlando di tecnici a buon mercato della Joe's Gas Station Maintenance.

A pagina 14 del rapporto si annuncia, senza contesto, che il costo per manutenzione era di oltre 10,000 dollari per stazione al trimestre, ovvero oltre 40,000 dollari all’anno. Ho approfondito questo aspetto e ho trovato il set di dati sottostante che mostrava che i costi di manutenzione aumentavano in modo lineare con l'utilizzo e che l'utilizzo rimaneva molto basso. Gli ultimi quattro trimestri dei dati mostravano circa 50,000 dollari per stazione all’anno.

Per due trimestri quindi, per le 55 stazioni, la spesa totale è stata di $1,375,000. Ciò porta il costo orario della manutenzione a $ 118. 

Quanto è basso l'utilizzo rispetto alle stazioni di servizio? La pompa media è progettata per spostare oltre 300,000 galloni all'anno in condizioni di utilizzo normale, circa 900 galloni al giorno. La stazione di servizio media nel rapporto sulle stazioni di servizio aveva 14 pompe, quindi oltre 10,000 galloni al giorno. I 300 chilogrammi al giorno per la più grande stazione di rifornimento di idrogeno sono una quantità omeopatica, con costi di capitale molto elevati, compresi tra 1,200 e 3,000 dollari per chilogrammo di idrogeno erogato al giorno per un Rapporto sul programma DOE per l'idrogeno 2020, non essendo ammortizzato su molti chilogrammi.

Quel rapporto indicava che le stazioni in fase di acquisizione erano in grado di trasportare da 770 kg/giorno a 1,620 kg/giorno, quando le stazioni più trafficate di tutta la California raggiungevano appena i 300 kg. Per essere chiari, le stazioni di rifornimento esistenti erano in grado di fornire più idrogeno, semplicemente non erano chiamate a farlo perché ci sono così pochi veicoli a idrogeno e vengono guidati così poco.

Facciamo alcune ipotesi sui costi. Lo studio sui costi dell’idrogeno ha chiarito che i costi erano diminuiti. Supponiamo che le 55 stazioni esistenti si trovino nella fascia più alta del range, 3,000 dollari per chilogrammo di idrogeno erogato. Supponiamo che siano stati dimensionati per molto più di quello che consegnano, e chiaramente più di 300 chilogrammi al giorno. Supponiamo che il limite inferiore dell'intervallo sia pari a 770 kg/giorno. Ciò porta i costi di capitale della stazione media a 2.3 milioni di dollari, di cui 55 costano circa 130 milioni di dollari.

La spesa di mantenimento pari al 4% del capex suggerisce che spenderebbero circa 5 milioni di dollari all’anno, ma spendono solo 1,375,000 dollari all’anno. Sembra buono.

Ma pompano solo 54 chilogrammi per stazione al giorno e, come mostrano i dati, la manutenzione aumenta linearmente con i chilogrammi consegnati. Portando la media di 54 chilogrammi a 770 chilogrammi si suggerisce che il costo di manutenzione effettivo se le stazioni funzionassero alla capacità pianificata sarebbe di 20 milioni di dollari all’anno.

Si tratta del 15% delle spese in conto capitale, non del 4% delle spese in conto capitale. E non si tratta del 10% delle spese in conto capitale, che a quanto pare è ciò che i venditori delle stazioni di rifornimento di idrogeno promettono. Chiaramente ciò che stanno facendo nelle offerte sta preparando gli acquirenti alla realtà ancora peggiore del rifornimento di idrogeno.

Facciamo una breve digressione sulla previsione delle classi di riferimento. È il metodo di stima che il professor Bent Flyvbjerg e il suo team hanno ideato nel corso di quasi 30 anni trascorsi a raccogliere dati su megaprogetti.

Ecco RCF in poche parole. Ottieni tutti i dati possibili sull'operazione che stai tentando di fare. Trova la media. Usalo nelle tue stime. Se stai costruendo un ponte, ottieni tutti i costi effettivi dei ponti che puoi trovare. Fai una media. Inizia con quello. Aggiustati al rialzo o al ribasso solo se hai una ragione davvero forte per credere di essere speciale.

Se hai letto il libro di Flyvbjerg e del coautore Dan Gardner, Come vengono fatte le cose grandi, che si trova in tutti gli elenchi dei migliori libri aziendali del 2023, spesso in cima, hai letto di RCF e di come applicarlo. E se non hai letto Grandi cose, fallo adesso.

Cosa significa questo per gli studi sul costo totale di proprietà dei trasporti su strada? Se stanno costando alle stazioni, e dovrebbero, dovrebbero costare la manutenzione al 15% del capex, non al 4% del capex.

Se avessi riferito la riunione annuale del DOE e avessi presentato il rapporto che ho trovato, questo sarebbe stato poco meno di 2,000 ore di manutenzione in più rispetto alla scoperta del pompaggio, in lettere ancora più grandi.

Ok, quante scuse possiamo inventare per giustificare questi dati? Questo aiuta a precaricare gli argomenti.

#1: La tecnologia non è matura e le cose miglioreranno! 

Le stazioni di rifornimento di idrogeno vengono installate in tutto il mondo da oltre 25 anni, la California ne ha più di qualsiasi altro paese, e questi sono gli ultimi due trimestri di sei anni di dati, quindi c'è stato tempo per abbandonare i limoni e ottimizzare la manutenzione.

N. 2: Aumentare i costi di manutenzione effettivi non è giusto!

La curva che si adatta ai chilogrammi pompati rispetto agli eventi di manutenzione è lineare dai dati stessi ed è supportata da studi sulla manutenzione del pompaggio delle stazioni di servizio. Ho dato loro il beneficio del dubbio sui costi e sulla capacità di scendere al 15%. I numeri iniziali erano peggiori, quindi li ho controllati tre volte e li ho rifatti. Suggerire una metodologia migliore e applicarla ai dati.

#3: Questi dati riguardano le stazioni dei veicoli leggeri e le stazioni dei veicoli più pesanti saranno più affidabili!

No, la maggiore complessità e i requisiti per il trasferimento dell’idrogeno ad alta velocità rendono più difficile ottenere l’affidabilità, non meno. La probabilità è che questo risultato del 15% sia troppo basso per i camion. Come promemoria, il 10% dei dati aneddotici riguardava sistemi di pompaggio a pressione di 350 atmosfere.

#4: Non importa perché utilizzeremo invece l'idrogeno liquido!

No, immagazzinare e pompare idrogeno a 20° sopra lo zero assoluto è molto più complesso della pressione del gas a 700 atmosfere. Le sfide legate alla gestione termica e della pressione sono moltiplicate, così come i pericoli. L’idrogeno liquido è così difficile da usare che l’industria spaziale si sta spostando verso il metano e abbandonando l’idrogeno liquido.

#5: Stanno cadendo a pezzi perché nessuno li usa e miglioreranno con l'uso!

Ciò non costituisce un punto che un sostenitore dell’idrogeno voglia davvero sottolineare, e vedere il punto n. 2.

#6: I dati sono pessimi, semplicemente inventati dall'autore!

I dati provengono tutti dai rapporti del programma NREL sull'idrogeno sui risultati effettivi nelle stazioni di servizio reali.

#7: Ho notato un errore non materiale, quindi mi do il permesso di invalidare l'intera valutazione!

Non essere quella persona.

#8: Non mi piacciono i risultati!

In tal caso, devi davvero sederti con quest'altro mio articolo: Vedere chiaramente le soluzioni climatiche attraverso pregiudizi e dati mancanti è una sfida - per un po' e rifletti sulle tue scelte di vita.

---

Quindi, per riassumere, le stazioni di rifornimento di idrogeno nel più grande set di dati pubblici, che copre 55 stazioni in sei anni con milioni di chilogrammi di idrogeno consegnati, mostrano che le stazioni di idrogeno sono fuori servizio il 20% in più del tempo in cui pompano idrogeno e che i costi di manutenzione annuali rappresentano il 15% del capex, non il 4%.

Mi aspetto che l’ICCT, la Daimler, i fornitori di rifornimento di idrogeno e il DOE degli Stati Uniti inizino ora a utilizzare il 15%? No, mi aspetto che ricreino lo studio che ho appena fatto utilizzando i dati della California e altri dati reali sulle spese in conto capitale, e arrivino a un numero molto più realistico del 4%. Personalmente, mi trovo a mio agio con il 15% e lo userò e consiglierò ai gruppi con cui collaboro di usarlo.

• Distribuzione di contenuti basati su SEO e PR. Ricevi amplificazione oggi.
• PlatoData.Network Generativo verticale Ai. Potenzia te stesso. Accedi qui.
• PlatoAiStream. Intelligenza Web3. Conoscenza amplificata. Accedi qui.
• PlatoneESG. Carbonio, Tecnologia pulita, Energia, Ambiente, Solare, Gestione dei rifiuti. Accedi qui.
• Platone Salute. Intelligence sulle biotecnologie e sulle sperimentazioni cliniche. Accedi qui.
• Fonte: https://cleantechnica.com/2024/01/27/californias-hydrogen-stations-being-fixed-more-hours-than-pumping-at-15-capex-per-year/