De waterstofstations in Californië worden meer uren gerepareerd dan gepompt met een kapitaalinvestering van 15% per jaar – CleanTechnica

MELD U AAN VOOR dagelijkse nieuwsupdates van CleanTechnica op e-mail. Of volg ons op Google Nieuws!

---

Onlangs heb ik onderzoeken bestudeerd die verband houden met het rijden op waterstof, omdat dit een van de weinige plaatsen is waar serieuze transportonderzoeksorganisaties nog steeds hoop koesteren voor de energiedrager. Ik heb gekeken naar onderzoeken uit meerdere landen in Europa en Noord-Amerika, teruggaand tot 2010.

Recentelijk heb ik deel uitgemaakt van de peer-reviewgroep van een Europese studie waarbij ik opnieuw een simulatie van de totale eigendomskosten uitvoerde voor waterstof, batterij-elektrische en elektrische wegsystemen, biobrandstoffen en diesel als uitgangspunt. Eén ding dat mij opviel, was dat de aannames over het onderhoud van waterstofvoertuigen te laag leken, terwijl uit het onderzoek bleek dat het nauwelijks meer zou zijn dan batterij-elektrisch.

Ik was op de hoogte van anekdotisch bewijs van hogere onderhoudskosten voor de vloot en de eerste principes met betrekking tot hoge druk, extreme temperatuurbereiken, luchtzuiverheidseisen en de kenmerken van waterstof suggereerden dat dit ook meer zou moeten zijn. Daarom ben ik op zoek gegaan naar meer gegevens.

Uit rapporten over het wagenparkonderhoud in Californië bleek dat de onderhoudskosten voor waterstof-brandstofcelbussen van drie vervoersorganisaties en een gecombineerde exploitatie van acht jaar te hoog waren Gemiddeld 50% hoger dan dieselbussen voor dezelfde afgelegde afstanden. Terwijl ik dat onderzocht en opschreef, vroeg ik me even af ​​of de complexe tankstations soortgelijke onderhoudsuitdagingen hadden, maar dat liet ik een andere dag liggen. Vandaag is het blijkbaar die dag.

Na publicatie vertelde een bekende van een scheikundig ingenieur mij dat onderhoudskosten in onderzoeken naar de totale eigendomskosten gewoonlijk werden gepresenteerd als 3% van de kapitaaluitgaven per jaar, maar dat citaten van tankers die hij had ontvangen toen hij een tankoplossing met een atmosferische druk van 350 overwoog erop wezen dat het zou in plaats daarvan 10% van de kapitaaluitgaven moeten bedragen. Helaas kon hij ze niet delen.

En ja hoor, toen ik ging kijken naar de aannames van de International Council on Clean Transportation over waterstoftankstations, ontdekte ik dat dit:

We gaan ervan uit dat de jaarlijkse vaste operationele kosten voor onderhoud en arbeid 4% van de kapitaalkosten van het systeem bedragen, vergelijkbaar met eerdere onderzoeken (Brynolf et al., 2018; Matute et al., 2019).

Anekdotisch lijkt het erop dat dit weer een duim is op de schaal die de totale eigendomskosten van waterstoftrucks ten goede komt, die systemisch van aard zijn. Maar is het eigenlijk waar? Zijn er gegevens beschikbaar waarmee het ICCT en anderen rekening moeten houden?

Het duurde een tijdje om een ​​bron op te sporen, maar opnieuw kwamen Californië en de Amerikaanse NREL er doorheen. Ik heb een rapport uit 2022 gevonden, Analyse van waterstofstations van de volgende generatie, gepresenteerd als onderdeel van het DOE Waterstofprogramma tijdens een jaarlijkse Merit Review en Peer Evaluation Meeting. Het bevatte zes jaar onderhoudsgegevens van de brandstofcelpompen in de staat. De gegevens eindigden na het tweede kwartaal van 2, maar dat was voldoende om een ​​stijging na COVID te zien, en natuurlijk waren er gegevens van vóór COVID.

De gegevens hadden betrekking op 55 verkoopstations, voornamelijk voor lichte voertuigen, die waterstof van 700 atmosfeer in Toyota Mirais, Hyundai Nexos en dergelijke pompten. Velen hebben slechts één pomp omdat er geen vraag is naar meer. Er waren daar ook een paar stations voor zware voertuigen, maar die waren niet afzonderlijk opgesplitst, wat jammer is omdat de extra complexiteit ongetwijfeld bijdraagt ​​aan de onderhoudskosten. 110 nieuwe stations die de staat van plan was te bouwen zijn nooit gerealiseerd, en de huidige telling blijft een paar jaar later nog steeds 55.

Waarom extra complexiteit? Welnu, de tankpompen voor lichte voertuigen zijn traag en leveren gemiddeld 0.93 kg waterstof per minuut volgens het NREL-rapport over de werkelijke tarieven, wat betekent dat het ongeveer vijf minuten duurt om een ​​Toyota Mirai leeg te tanken. Dat is te vergelijken met benzinepompen die in de VS 10 gallon per minuut draaien, waarbij een gallon het energie-equivalent is van een kilogram waterstof. Brandstofcelauto's zijn efficiënter dan auto's met een verbrandingsmotor, dus het equivalent van tien liter voor een auto in vijf minuten.

Dit is uiteraard volstrekt ontoereikend voor zware vrachtwagens, die bij het tanken 50 tot 100 kilogram of meer waterstof nodig hebben, waardoor de tanktijden langer zijn dan de oplaadtijden voor batterij-elektrische vrachtwagens, tot wel 90 minuten. En het is ook niet geschikt voor middelgrote bestelwagens, omdat die stations voor lichte voertuigen zo zijn geoptimaliseerd dat ze ongeveer vijf kilo kunnen afleveren voordat ze een lange recompressiecyclus moeten doorlopen. Dat is een deel van het rapport van een onderzoek naar a proef van middelgrote bestelauto's in Groot-Brittannië, waar het tanken drie keer zo lang duurde, ongeveer 15 minuten, alleen al om 10 kilogram waterstof te krijgen.

Er wordt dus een heleboel extra uitrusting van hogere kwaliteit en tegen hogere kosten toegevoegd aan de tankstations voor zware voertuigen om ze wat beter te maken. Nog steeds niet geweldig. NREL is er in een testomgeving in geslaagd de dieselpompsnelheden te benaderen met waterstof onder druk, maar dat is een op maat gemaakte testfaciliteit en er is geen garantie dat het ook maar enigszins economisch of commercialiseerbaar zou zijn.

De grafieken op pagina acht van het rapport maken duidelijk dat er een sterke, redelijk voorspellende, lineaire correlatie bestaat tussen de hoeveelheid gepompte waterstof en de onderhoudsvereisten, iets dat hetzelfde is als bij onderzoeken naar benzinestations waar ik naar heb gekeken. Vier keer zoveel waterstof pompen, vier keer zoveel onderhoud plegen.

Maar ze maken niet duidelijk hoeveel onderhoud waterstoftankstations nodig hebben. Daarvoor was wiskunde nodig met cijfers die op verschillende pagina's van het rapport werden gepresenteerd.

Het eerste getal was het aantal kilogrammen waterstof dat werd verpompt. Ik koos voor de eerste helft van 2021, zes maanden aan gegevens na COVID, toen de opgepompte waterstoftonnages de grootste waren in de geschiedenis van het programma, en vijf jaar van verbeteringen aan waterstofpompen en operationele uitmuntendheidsprogramma’s de tijd hadden om hun beloop te krijgen.

Via de 55 stations werd 540,000 kilogram waterstof gedistribueerd naar de ruim 13,000 waterstofvoertuigen in Californië. Ja, die Amerikaanse staat heeft meer waterstofvoertuigen op zijn wegen dan enig ander land ter wereld, inclusief China. Maar dat zijn gemiddeld nog steeds slechts 236 voertuigen per station.

Sommige stations verstrekten maar liefst 300 kilogram per dag, dat wil zeggen een kleine fractie van het aantal liters benzine dat de gemiddelde pomp dagelijks levert. Natuurlijk deden ze er tien keer langer over om die kilo's af te leveren, dus de stations zien er drukker uit dan ze zijn.

55 stations en 540,000 kilogram in de laatste twee kwartalen van de gegevens is gemiddeld slechts 54 kilogram per station per dag. Uitgaande van 3 kilogram (60%) tanken per voertuig, ziet elk station slechts 18 voertuigen per dag. Dat betekent dat ze gemiddeld elke 13 dagen tanken. Dat betekent dat het gemiddelde brandstofcelvoertuig zo’n 15 kilometer per dag aflegt, een stuk minder dan het gemiddelde van 37 kilometer per dag in de VS.

In dezelfde periode werden er 3,250 onderhoudsgebeurtenissen geregistreerd, tussen geplande en ongeplande gebeurtenissen, preventief onderhoud en het oplossen van zaken die fout gingen. Het rapport vermeldt geen onderhoudsuren per gebeurtenis voor die periode, maar heeft het historische gemiddelde van vijf jaar van 3.6 uur per gebeurtenis op een andere pagina.

Zeer weinig wiskunde geeft aan dat de 55 stations dit lijken te hebben gezien 11,700 uur onderhoud in zes maanden, ongeveer 212 per station of ongeveer 1.2 uur per dag. Voor zover ik weet is dit geen dagelijkse inspectie en het aandraaien van bouten, maar geplande en ongeplande onderhoudsbeurten waardoor de pomp buiten gebruik wordt gesteld. Bij 27% van de onderhoudsgebeurtenissen duurde het een uur of minder om het probleem op te lossen, waarbij de mediaan een vrij hoge 2.5 uur was en veel gebeurtenissen meer dan twaalf uur of zelfs 24 uur nodig hadden om te repareren.

Is dat hoog? Het leek zo. Ik ging op zoek naar gelijkwaardige gegevens voor benzinestations. Ik heb een onderzoek uit 2013 gevonden, Analyse en planning van onderhoudswerkzaamheden voor een keten van benzinestations, met gegevens voor 570 pompen in 40 stations. Hieruit bleek dat stations met gemiddelde storingen 0.002 storingen per uur per dispenser hadden. Met gemiddeld 14 pompen per station waren dit geen stoffige stations met een laag volume, maar wel erg druk. Ik kon niet bepalen of 'uren' het aantal actief gebruikte uren of het totale aantal uren was, maar zelfs een verschil in de orde van grootte zou niet veel fouten per uur zijn.

Het onderzoek was gericht op de gemiddelde tijd tussen storingen die onderhoud vereisten en de voordelen van preventief onderhoud, dus er werd geen duur van de onderhoudsactiviteiten vermeld, maar maakte duidelijk dat bij gemiddeld preventief onderhoud een station met 14 pompen elke 550 uur een storing zag. of zo, of welke pomp dan ook die daar maar een derde van het jaar zit en werkt zonder meer dan inspectie, afvegen en vastdraaien van bouten.

Hoe ziet het eruit voor de waterstoftankstations in Californië? Bedenk dat de meeste van hen slechts één of twee pompen hebben op het terrein van een benzinestation.

Welnu, gezien het gemiddelde debiet van 0.93 kilogram leken deze stations 3.6 uur onderhoud nodig te hebben voor elke 46 kilogram waterstof die ze verpompten.

Het totale aantal onderhoudsuren – opnieuw afgeleid van de vermelde gemiddelde duur en het aantal gebeurtenissen, maar niet expliciet vermeld in het NREL-rapport – was dat wel 11,700 uur over de 55 stations gedurende de eerste zes maanden van 2021. 

De totale tijd voor het verpompen van waterstof met een stroomsnelheid van 0.93 was 9,677 uur.

De waterstoftankstations in Californië besteedden in de eerste helft van 2,000 2021 uur meer aan reparatie en onderhoud dan aan het pompen van waterstof.

Als ik dit rapport had geschreven, zou deze eerste bevinding in grote schreeuwende letters in het midden hebben gestaan. In plaats daarvan moest ik hard graven om het te vinden. Maar hoe zit het met de kosten?

Gezien het feit dat we te maken hebben met een druk van 700 atmosfeer, wat overeenkomt met ruim zes kilometer onder het oppervlak van de oceaan, hebben we het niet over goedkope technici van Joe's Gas Station Maintenance.

Op pagina 14 van het rapport wordt, zonder context, aangekondigd dat de kosten per onderhoud ruim $10,000 per station per kwartaal bedroegen, oftewel ruim $40,000 per jaar. Ik heb me daar verder in verdiept en vond hun onderliggende dataset waaruit bleek dat de onderhoudskosten lineair stegen met het gebruik, en dat het gebruik erg laag bleef. De laatste vier kwartalen van hun gegevens lieten ongeveer $50,000 per station per jaar zien.

Gedurende twee kwartalen bedroegen de totale uitgaven voor de 55 stations $1,375,000. Dat brengt de onderhoudskosten per uur op $ 118. 

Hoe laag is het verbruik vergeleken met tankstations? De gemiddelde pomp is ontworpen om bij normaal gebruik meer dan 300,000 liter per jaar te verplaatsen, ongeveer 900 liter per dag. Het gemiddelde tankstation in het rapport over benzinestations had 14 pompen, dus ruim 10,000 liter per dag. De 300 kilogram per dag voor het grootste waterstoftankstation is een homeopathisch bedrag, met de zeer hoge kapitaalkosten, variërend tussen $1,200 en $3,000 per kilogram waterstof die per dag per jaar wordt afgegeven. Rapport DOE Waterstofprogramma 2020, en wordt niet over veel kilogrammen afgeschreven.

Dat rapport gaf aan dat de stations die werden aangeschaft een capaciteit hadden van 770 kg/dag tot 1,620 kg/dag, terwijl de drukste stations in heel Californië net 300 kg bereikten. Voor de duidelijkheid: de bestaande tankstations konden meer waterstof leveren, maar daartoe werd geen beroep gedaan omdat er zo weinig waterstofvoertuigen zijn en er zo weinig werd gereden.

Laten we een aantal kostenaannames maken. Uit het onderzoek naar de waterstofkosten werd duidelijk dat de kosten waren gedaald. Laten we aannemen dat de bestaande 55 stations zich aan de zeer hoge kant van het bereik bevonden, $3,000 per kilogram geleverde waterstof. Laten we aannemen dat ze voor veel meer geschikt waren dan ze leveren, en duidelijk meer dan 300 kilogram per dag. Laten we uitgaan van de onderkant van het bereik van 770 kg/dag. Dat brengt de kapitaalkosten van het gemiddelde station op $2.3 miljoen, waarbij 55 daarvan ongeveer $130 miljoen kosten.

De onderhoudskosten van 4% van de investeringen duiden erop dat ze ongeveer $5 miljoen per jaar zouden uitgeven, maar ze geven slechts $1,375,000 per jaar uit. Lijkt goed.

Maar ze pompen slechts 54 kilogram per station per dag en zoals uit de gegevens blijkt, stijgt het onderhoud lineair met de geleverde kilogrammen. Het opschalen van de 54 kilogram naar gemiddeld 770 kilogram suggereert dat de werkelijke onderhoudskosten als de stations op de geplande capaciteit zouden draaien $20 miljoen per jaar zouden bedragen.

Dat is 15% van de capex, niet 4% van de capex. En het is niet 10% van de kapitaaluitgaven, wat blijkbaar is wat verkopers van waterstoftankstations beloven. Het is duidelijk dat wat ze met biedingen doen, kopers voorbereidt op de nog ergere realiteit van het tanken van waterstof.

Laten we een korte uitweiding maken over het voorspellen van referentieklassen. Het is de schattingsmethode die professor Bent Flyvbjerg en zijn team hebben bedacht in de bijna dertig jaar dat ze gegevens over megaprojecten hebben verzameld.

Hier is RCF in een notendop. Verzamel alle mogelijke gegevens over datgene wat u probeert te doen. Zoek het gemiddelde. Gebruik dat in uw schattingen. Als u een brug bouwt, krijgt u alle werkelijke kosten van de gebouwde bruggen die u kunt vinden. Maak het gemiddelde. Begin daarmee. Pas alleen naar boven of naar beneden aan als je een heel sterke reden hebt om te geloven dat je speciaal bent.

Als je het boek van Flyvbjerg en co-auteur Dan Gardner hebt gelezen, Hoe grote dingen worden gedaan, dat in elke lijst met beste zakelijke boeken van 2023 staat, vaak bovenaan, heb je gelezen over RCF en hoe je het kunt toepassen. En als je Big Things nog niet hebt gelezen, doe dat dan nu.

Wat betekent dit voor onderzoeken naar de totale eigendomskosten van vrachtwagens? Als ze de stations geld gaan kosten, en dat zouden ze ook moeten doen, zouden ze het onderhoud moeten kosten op 15% van de investeringen, en niet op 4% van de investeringen.

Als ik verslag zou doen van de jaarvergadering van de DOE en het rapport had gepresenteerd dat ik had gevonden, zou dit iets minder dan de 2,000 uur meer onderhoud zijn geweest dan het vinden van pompen, in nog grotere letters.

Oké, hoeveel excuses kunnen we bedenken voor deze gegevens om het weg te redeneren? Dit is ter ondersteuning van het vooraf laden van de argumenten.

#1: De technologie is nog niet volwassen en de dingen zullen beter worden! 

Waterstoftankstations worden al meer dan 25 jaar wereldwijd ingezet, Californië heeft er meer dan enig ander land, en dit zijn de laatste paar kwartalen van zes jaar aan gegevens, dus er is tijd geweest om de citroenen te dumpen en het onderhoud te optimaliseren.

#2: Het opschalen van de werkelijke onderhoudskosten is niet eerlijk!

De curve die past bij het aantal gepompte kilogrammen versus onderhoudsgebeurtenissen is lineair op basis van hun eigen gegevens en wordt ondersteund door onderhoudsonderzoeken naar pompstations. Ik heb ze het voordeel van de twijfel gegeven wat betreft de kosten en de capaciteit om terug te dringen tot 15%. De eerste cijfers waren slechter, dus ik heb ze drie keer gecontroleerd en opnieuw uitgevoerd. Stel een betere methodologie voor en pas deze toe op de gegevens.

#3: Deze gegevens zijn voor stations voor lichte voertuigen, stations voor zwaardere voertuigen zullen betrouwbaarder zijn!

Nee, de extra complexiteit en vereisten voor snelle waterstofoverdracht maken het moeilijker om betrouwbaarheid te bereiken, niet minder. De kans is groot dat deze 15%-bevinding te laag is voor vrachtwagens. Ter herinnering: de anekdotische gegevens van 10% waren voor pompsystemen met een druk van 350 atmosfeer.

#4: Het maakt niet uit, want in plaats daarvan gebruiken we vloeibare waterstof!

Nee, het opslaan en verpompen van waterstof op 20° boven het absolute nulpunt is veel complexer dan gas onder een druk van 700 atmosfeer. De uitdagingen op het gebied van thermisch en drukbeheer worden groter, evenals de gevaren. Vloeibare waterstof is zo moeilijk te gebruiken dat de ruimtevaartindustrie overgaat op methaan en weg van vloeibare waterstof.

#5: Ze vallen gewoon uit elkaar omdat niemand ze gebruikt, en zullen beter worden als ze vaker worden gebruikt!

Dat maakt niet echt een punt uit dat een voorstander van waterstof echt wil maken, en zie punt 2.

#6: De gegevens zijn slecht, gewoon bedacht door de auteur!

De gegevens zijn allemaal afkomstig uit NREL-waterstofprogrammarapporten over feitelijke bevindingen in daadwerkelijke benzinestations.

#7: Ik heb een immateriële fout opgemerkt, dus geef mezelf toestemming om de hele beoordeling ongeldig te maken!

Wees niet die persoon.

#8: Ik vind de resultaten niet leuk!

In dat geval moet je echt bij dit andere artikel van mij blijven zitten - Klimaatoplossingen duidelijk zien door middel van vooroordelen en ontbrekende gegevens is een uitdaging – voor een tijdje en denk na over je levenskeuzes.

---

Samenvattend laten de waterstoftankstations in de grootste openbare dataset, die 55 stations over een periode van zes jaar beslaat en waar miljoenen kilo's waterstof zijn geleverd, zien dat waterstofstations 20% langer buiten dienst zijn dan dat ze waterstof pompen. dat de jaarlijkse onderhoudskosten 15% van de kapitaalinvesteringen bedragen, en niet 4%.

Verwacht ik dat de ICCT, Daimler, leveranciers van waterstoftankstations en het Amerikaanse DOE nu 15% gaan gebruiken? Nee, ik verwacht dat ze het onderzoek dat ik zojuist heb gedaan opnieuw zullen uitvoeren met behulp van de gegevens uit Californië en meer reële gegevens over kapitaaluitgaven, en met een getal zullen komen dat veel realistischer is dan 4%. Persoonlijk voel ik mij op mijn gemak met 15% en zal het gebruiken en de groepen waarmee ik in contact kom aanbevelen dat ze het gebruiken.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://cleantechnica.com/2024/01/27/californias-hydrogen-stations-being-fixed-more-hours-than-pumping-at-15-capex-per-year/