カリフォルニアの水素ステーションは年間 15% の設備投資で汲み上げよりも多くの時間を固定している - CleanTechnica

プラトン再発行

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最近、私は水素トラック輸送に関連する研究をレビューしています。水素トラック輸送は、本格的な輸送研究機関が依然としてエネルギー輸送機関に期待を寄せている数少ない場所の 2010 つだからです。私は XNUMX 年まで遡り、ヨーロッパと北米の複数の国で行われた研究を調べてきました。

つい最近、私はヨーロッパの研究の査読グループの一員として、ベースラインとして水素、バッテリー電気および電気道路システム、バイオ燃料、ディーゼルにわたる総所有コストのシミュレーションを行ってきました。私が驚いたことの 1 つは、水素自動車のメンテナンスの前提条件が低すぎるように見えることであり、研究ではそれがバッテリー電気をほとんど超えていないことが示されています。

私は、車両の維持コストが高額であるという逸話的証拠と、高圧、極端な温度範囲、空気純度の要件、および水素の特性に関連する第一原則が、同様にコストが高くなければならないことを示唆していることを知っていました。そこで、さらにデータを探してみました。

カリフォルニア州の車両整備報告書によると、水素燃料電池バスは 3 つの交通機関にまたがり、合わせて 8 年間運行され、維持費がディーゼルバスより平均 50% 高い同じ走行距離の場合。調査してそれを書いているときに、複雑な給油所にも同様のメンテナンスの問題があるのではないかと簡単に疑問に思いましたが、それは別の日に残しました。どうやら今日がその日らしい。

この出版物を出版した後、知人の化学技術者が私に語ったところによると、総所有コストの調査では通常、メンテナンス費用は年間資本支出の 3% であると示されているが、350 気圧の給油ソリューションを検討中に彼が受け取った給油業者からの見積もりでは、次のことが示されていたとのことです。代わりに資本支出の 10% にする必要があります。残念ながら、彼はそれらを共有できませんでした。

案の定、水素給油ステーションに関する国際クリーン交通評議会の想定を調べてみたところ、次のことがわかりました。この:

以前の研究と同様に、メンテナンスと人件費の年間固定運用コストはシステム資本コストの 4% であると仮定します (Brynolf et al., 2018; Matute et al., 2019)。

逸話的には、これは水素トラックに燃料を補給するシステム全体の総所有コストに利益をもたらすもう一つの目安であると思われます。しかし、それは実際のところ本当なのでしょうか？ ICCT などが検討すべき利用可能なデータはありますか?

情報源を追跡するのにしばらく時間がかかりましたが、再びカリフォルニアと米国のNRELが情報を提供してくれました。 2022年のレポートを見つけました。次世代水素ステーションの解析、年次メリットレビューおよびピア評価会議でDOE水素プログラムの一部として発表されました。これには、州内の燃料電池ポンプに関する 2 年間のメンテナンスデータが含まれていました。データは2021年の第XNUMX四半期以降に終了しましたが、コロナ後の増加を確認するには十分であり、もちろんコロナ前のデータもありました。

このデータは、トヨタミライースやヒュンダイネクソスなどに 55 気圧の水素を注入している主に軽自動車向けの 700 か所の小売ステーションを対象としています。それ以上の需要がないため、多くのポンプは 110 台しかありません。そこには大型車両ステーションもいくつかありましたが、それらは別々に分割されておらず、複雑さが増すことで間違いなくメンテナンスコストが増加するため、これは残念です。州が建設を意図していた55の新しい駅は実現せず、数年経った現在でもXNUMXの駅が残っている。

なぜ複雑さが増すのでしょうか?さて、軽自動車の給油ポンプは遅く、NREL の実際の料金報告書によれば、0.93 分あたり平均 10 kg の水素を供給します。これは、トヨタミライに空の状態から給油するのに約 XNUMX 分かかることを意味します。これは、米国のガスポンプが毎分 XNUMX ガロンで稼働しているのと比較します。XNUMX ガロンは水素 XNUMX キログラムに相当するエネルギーです。燃料電池車は内燃機関車よりも効率が良いため、XNUMX 台の車に換算すると XNUMX 分間で XNUMX ガロンに相当します。

もちろん、これは大型トラックにはまったく不十分であり、給油時に 50 ～ 100 キログラム以上の水素が必要となるため、給油時間はバッテリー電気トラックの充電時間よりも長くなり、最大 90 分かかります。また、中型の配送車両にも同様に不十分です。なぜなら、これらの軽車両ステーションは、長い再圧縮サイクルを経る前に約 XNUMX キログラムを配送するように最適化されているからです。それはある研究からの報告書の一部です中型配送バンのトライアル英国では、15kgの水素を得るのに、燃料補給に10倍の約XNUMX分かかった。

そのため、大型車両の給油ステーションには、よりグレードの高い、より高価な追加装備が追加され、多少の改良が加えられています。まだ素晴らしいとは言えません。 NREL はテスト環境で、加圧水素を使用してディーゼルポンプの速度を近似することに成功しましたが、それは特注のテスト施設であり、遠隔的に経済的または商業化可能であるという保証はありません。

カリフォルニアの水素給油ステーション向けの水素の配布とメンテナンスイベント（NREL 提供）

報告書の 8 ページにあるグラフは、汲み上げられる水素の量とメンテナンス要件との間に、強力で合理的に予測可能な線形相関があることを明らかにしています。これは、私が調べたガソリンスタンドの調査と同じです。 4 倍の水素を汲み上げ、4 倍のメンテナンスを行います。

しかし、水素給油ステーションにどれだけのメンテナンスが必要かについては明らかにしていない。それには、レポートのさまざまなページに示されている数字を使った計算が必要でした。

最初の数字は汲み上げられた水素のキログラム数でした。私が選んだのは、2021 年前半、つまり新型コロナウイルス感染症発生後の XNUMX か月間のデータで、汲み上げられた水素トン数がプログラム史上最大となり、XNUMX 年間にわたる水素ポンプの改善とオペレーショナルエクセレンスプログラムが一定の成果を上げた時期でした。

55 のステーション全体で、カリフォルニア州の 540,000 台以上の水素自動車に 13,000 キログラムの水素が供給されました。そうです、米国の州では、中国を含む世界のどの国よりも多くの水素自動車が道路を走っています。しかし、それでもステーションごとに平均して 236 台の車両にすぎません。

一部のステーションでは 300 日に 10 キログラムものガソリンを供給していましたが、これは平均的なポンプが XNUMX 日に供給するガソリンのガロン数のほんの一部にすぎません。もちろん、それらのキログラムを配達するのにXNUMX倍の時間がかかったので、駅は実際よりも混雑しているように見えます。

過去 55 四半期のデータでは 540,000 のステーションと 54 キログラムは、平均すると 3 ステーションあたり 60 日あたりわずか 18 キログラムに過ぎません。車両 13 台あたり 15 キログラム (37%) を給油すると仮定すると、各ステーションで XNUMX 日に確認できる車両は XNUMX 台だけです。つまり、平均して XNUMX 日ごとに燃料を補給していることになります。これは、平均的な燃料電池車の XNUMX 日あたりの走行距離が約 XNUMX マイルであることを意味し、米国の XNUMX 日あたりの平均走行距離 XNUMX マイルを大幅に下回っています。

同じ期間に、予定されたイベントと予定外のイベント、予防メンテナンスと問題の修正を含む 3,250 件のメンテナンスイベントが記録されました。レポートには、その期間のイベントごとのメンテナンス時間は記載されていませんが、別のページにイベントあたり 3.6 時間という過去 XNUMX 年間の平均値が記載されています。

55 のステーションが観測したと思われることを示す計算はほとんどありません。 11,700 か月間で 212 時間のメンテナンス、ステーションあたり約 1.2 時間、または 27 日あたり約 2.5 時間。私の知る限り、これは日常の点検やボルトの締め付けではなく、ポンプを停止させる計画的または計画外のメンテナンスイベントです。メンテナンスイベントの 24% は対処に XNUMX 時間以内で、中央値は XNUMX 時間と非常に高く、修正に XNUMX 時間以上、場合によっては XNUMX 時間かかるイベントも多数ありました。

それは高いですか？そうのようでした。私はガソリンスタンドに関する同等のデータを探しに行きました。 2013年の研究を見つけました。ガソリンスタンドチェーンのメンテナンス業務の分析とスケジュール設定、570 ステーションの 40 台のポンプのデータが含まれています。中程度の障害が発生したステーションでは、ディスペンサーごとに 0.002 時間あたり 14 件の障害が発生したことがわかりました。ステーションごとに平均 XNUMX 台のポンプが設置されており、塵埃の多いステーションではありませんでしたが、非常に混雑していました。「時間」がアクティブに使用された時間なのか、それとも合計時間なのかを判断できませんでしたが、XNUMX 桁の差があっても XNUMX 時間あたりのエラー数はそれほど多くはありません。

この研究は、メンテナンスが必要な故障の平均間隔と予防メンテナンスの利点に焦点を当てていたため、メンテナンス活動の期間は考慮されていませんでしたが、平均的な予防メンテナンスでは、14 台のポンプを備えたステーションでは 550 時間ごとに故障が発生していることが明らかになりました。あるいは、どのポンプでも、一年の XNUMX 分の XNUMX は検査、拭き取り、ボルトの締め付け以外は行わずに、ただそこに座って稼働しているだけです。

それでは、カリフォルニアの水素給油ステーションはどうなっているのでしょうか?覚えておいてください、ほとんどのガソリンスタンドの敷地内にはポンプが 1 台か 2 台しかありません。

平均流量が 0.93 キログラムであることを考えると、これらのステーションでは、汲み上げる水素 3.6 キログラムごとに 46 時間のメンテナンスが必要であるように見えます。

総メンテナンス時間は、ここでも記載された平均所要時間とイベント数から導出されましたが、NREL レポートには明示的に記載されていませんでした。 11,700 年の最初の 55 か月間で 2021 のステーションで XNUMX 時間。

0.93 の流量で水素をポンピングした合計時間は、 9,677時間。

カリフォルニア州の水素給油ステーションは、2,000年上半期に水素の汲み上げに費やした時間よりも2021時間多く、修理と維持に費やした。

もし私がこの報告書を書いていたら、この最初の発見は、大きな叫び声の文字で前面に出て中央に書かれていただろう。代わりに、それを見つけるために一生懸命掘らなければなりませんでした。しかし、コストはどうでしょうか？

私たちが海面下 700 マイル以上に相当する XNUMX 気圧に対処していることを考えると、ジョーズガソリンスタンドメンテナンスの安い技術者の話ではありません。

報告書の 14 ページでは、脈絡もなく、メンテナンスあたりのコストが四半期ごとに 10,000 ステーションあたり 40,000 ドル以上、つまり年間で 50,000 ドル以上だったと発表しています。さらに詳しく調べたところ、メンテナンスコストが使用量に応じて直線的に増加し、使用量が非常に低いままであることを示す基礎的なデータセットが見つかりました。過去 XNUMX 四半期のデータは、XNUMX 局あたり年間約 XNUMX ドルを示していました。

55 のステーションの XNUMX 四半期の合計支出はドルでした。1,375,000。つまり、118 時間あたりのメンテナンスコストは XNUMX ドルになります。

ガソリンスタンドと比べて利用率はどのくらい低いのでしょうか？平均的なポンプは、通常の使用で年間 300,000 ガロン以上、900 日あたり約 14 ガロンを移動するように設計されています。ガソリンスタンドに関するレポートにある平均的なガソリンスタンドには 10,000 台のポンプがあり、300 日あたり 1,200 ガロンを超えていました。最大の水素補給ステーションの 3,000 日あたり XNUMX キログラムは、XNUMX 日あたり供給される水素 XNUMX キログラムあたり XNUMX ドルから XNUMX ドルの範囲に及ぶ非常に高い資本コストを伴うホメオパシー的な量です。 2020 DOE 水素プログラムレポート、大量のキログラムにわたって償却されません。

この報告書によると、カリフォルニア全土で最も混雑するステーションの重量がちょうど 770 kg に達していた頃、買収されたステーションの重量は 1,620 kg/日から 300 kg/日まででした。はっきり言っておきますが、既存の給油ステーションはより多くの水素を供給できますが、水素自動車の数が非常に少なく、走行も少ないため、その必要がなかっただけです。

いくつかのコストの仮定を立ててみましょう。水素のコストに関する研究により、コストが低下していることが明らかになりました。既存の 55 のステーションが、供給される水素 3,000 キログラムあたり 300 ドルという範囲の非常に高い水準にあったと仮定しましょう。配達量よりもはるかに多く、明らかに 770 日あたり 2.3 キログラムを超えるサイズに設定されていると仮定しましょう。範囲の下限を 55 kg/日と仮定します。これにより、平均的なステーションの資本コストは 130 万ドルとなり、そのうち XNUMX 個のステーションの資本コストは約 XNUMX 億 XNUMX 万ドルになります。

設備投資の 4% というメンテナンス費用は、年間約 5 万ドルを費やしていることを示唆していますが、実際には年間 1,375,000 ドルしか費やしていません。良いようです。

しかし、54 ステーションあたり 54 日あたり 770 キログラムしか汲み上げておらず、データが示すように、メンテナンスは輸送キログラムに比例して増加します。 20 キログラムを平均 XNUMX キログラムにスケールすると、ステーションが計画された容量で稼働していた場合の実際のメンテナンス費用は年間 XNUMX 万ドルになることがわかります。

これは設備投資の 15% ではなく、設備投資の 4% です。そして、それは明らかに水素給油ステーションの営業担当者が約束している設備投資の 10% ではありません。彼らが入札で行っていることは明らかに、水素燃料補給というさらに悪い現実に買い手を準備させることである。

参照クラスの予測について少し脱線しましょう。これは、Bent Flyvbjerg 教授と彼のチームが、メガプロジェクトのデータ収集に 30 年近く費やして考案した推定方法です。

RCF について簡単に説明します。やろうとしていることについて、できる限りすべてのデータを取得します。平均を求めます。それを見積もりに使用してください。橋を建設している場合は、建設された橋の実際の費用をすべて入手してください。平均してみてください。それから始めてください。自分が特別であると信じる本当に強い理由がある場合にのみ、上方または下方に調整してください。

Flyvbjerg とその共著者である Dan Gardner の本を読んだことがある人は、大きなことを成し遂げる方法は、2023 年のすべてのベストビジネス書リストの上位にあることが多く、RCF とその適用方法について読んだことがあります。『Big Things』をまだ読んでいない場合は、今すぐ読んでください。

これはトラック輸送の総所有コストの調査にとって何を意味しますか?ステーションに費用がかかる場合、またそうすべきである場合、メンテナンス費用は設備投資の 15% ではなく、4% であるべきです。

もし私が DOE 年次会議を報告し、発見した報告書を発表していたら、これは調査結果を汲み上げるよりも 2,000 時間弱多くのメンテナンスをさらに大きな文字で書いていたでしょう。

さて、このデータを説明するために、どれだけ言い訳ができるでしょうか?これは引数を事前にロードするのに役立ちます。

#1: テクノロジーはまだ成熟していないため、状況はさらに改善されるでしょう。

水素補給ステーションは 25 年以上にわたって世界中に展開されており、カリフォルニアには他のどの国よりも多くの水素補給ステーションが設置されています。これは XNUMX 年間のデータのうちの最後の XNUMX ～ XNUMX 四半期のデータであるため、レモンを捨ててメンテナンスを最適化する時間はありました。

#2: 実際のメンテナンス費用を増やすのは不公平です!

ポンピングされたキログラムとメンテナンスイベントの曲線フィッティングは、独自のデータから直線的であり、ガソリンスタンドのポンピングメンテナンス研究によって裏付けられています。私は、コストと容量を 15% まで下げることができるという疑問を彼らに与えました。最初の数値はもっと悪かったので、三重にチェックしてやり直しました。より良い方法論を提案し、それをデータに適用します。

#3: このデータは軽車両ステーション用であり、重量車両ステーションの方が信頼性が高くなります。

いいえ、高速水素移送の複雑さと要件が追加されると、信頼性の達成が難しくなるどころか、ますます難しくなります。この 15% という結果は、トラックにとっては低すぎる可能性があります。 10% の逸話データは 350 気圧ポンプシステムのものであることを思い出してください。

#4: 代わりに液体水素を使用するので問題ありません。

いいえ、絶対零度より 20 度高い温度での水素の貯蔵と汲み出しは、700 気圧のガスよりもはるかに複雑です。熱と圧力の管理に関する課題は、危険性と同様に倍増します。液体水素は非常に使いにくいため、宇宙産業は液体水素からメタンに移行しつつあります。

#5: 誰も使っていないのでボロボロになっているだけですが、もっと使えばもっと良くなるでしょう。

それは水素擁護者が本当に主張したい点を実際には表現していません。ポイント #2 を参照してください。

#6: データは悪く、作成者がでっち上げただけです。

データはすべて、実際のガソリンスタンドでの実際の調査結果に関する NREL 水素プログラムレポートからのものです。

#7: 重要ではないエラーを見つけたので、評価全体を無効にする許可を自分に与えます。

その人になってはいけません。

#8: 結果が気に入らない!

その場合は、私の他の記事を読んでいただく必要があります。偏見や欠損データを通じて気候変動の解決策を明確に理解するのは困難です —しばらくの間、自分の人生の選択について考えてみましょう。

要約すると、最大の公開データセットに含まれる水素給油ステーションは、55年間で20のステーションをカバーし、数百万キログラムの水素が配送されており、水素ステーションが稼働していない時間は、水素を汲み上げている時間よりも15％長いことが示されています。年間のメンテナンス費用は設備投資の 4% ではなく XNUMX% です。

ICCT、ダイムラー、水素燃料供給ベンダー、米国エネルギー省は今後 15% の使用を開始すると予想しますか?いいえ、私は彼らがカリフォルニア州のデータと設備投資に関するより実際のデータを使用して私が行った研究を再作成し、4% よりもはるかに現実的な数字を導き出すことを期待しています。個人的には 15% に満足しており、今後も使用し、関与しているグループには使用を推奨します。

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