Stațiile de hidrogen din California sunt reparate mai multe ore decât pomparea la 15% Capex pe an – CleanTechnica

Înscrieți-vă pentru actualizări zilnice de știri de la CleanTechnica pe email. Sau urmăriți-ne pe Google News!

---

Recent, am trecut în revistă studiile legate de transportul cu hidrogen, deoarece este unul dintre puținele locuri în care organizațiile serioase de cercetare în domeniul transportului încă mai au speranță pentru transportatorul de energie. M-am uitat la studii din mai multe țări din Europa și America de Nord încă din 2010.

Cel mai recent, am făcut parte din grupul de evaluare inter pares al unui studiu european care face o altă simulare a costului total de proprietate asupra hidrogenului, sistemelor rutiere electrice și electrice cu baterii, biocombustibili și motorină ca bază. Un lucru care mi-a sărit în evidență a fost că ipotezele de întreținere a vehiculelor cu hidrogen păreau prea scăzute, studiul arătând că abia ar fi mai mult decât electric cu baterie.

Am fost conștient de dovezi anecdotice ale costurilor mai mari de întreținere a flotei și primele principii legate de presiuni ridicate, intervale extreme de temperatură, cerințe de puritate a aerului și caracteristicile hidrogenului sugerau că ar trebui să fie și mai mult. Așa că am căutat mai multe date.

Rapoartele de întreținere a flotei din California au arătat că autobuzele cu celule de combustibil cu hidrogen din trei organizații de tranzit și o combinație de opt ani de funcționare au avut costuri de întreținere peste Cu 50% mai mare decât autobuzele diesel, în medie pe aceleași distanțe parcurse. În timp ce cercetam și scriam asta, m-am întrebat pe scurt dacă stațiile complexe de alimentare au avut provocări similare de întreținere, dar am lăsat asta pentru o altă zi. Astăzi se pare că acea zi.

După publicare, un cunoscut inginer chimist mi-a spus că costurile de întreținere erau de obicei prezentate în studiile de costul total de proprietate ca fiind 3% din cheltuielile de capital pe an, dar că citatele de la realimentarii pe care le primise în timp ce lua în considerare o soluție de realimentare la presiunea atmosferică de 350 indicau că ar trebui să fie în schimb 10% din cheltuielile de capital. Din păcate, nu a putut să le împărtășească.

Destul de sigur, când m-am dus să mă uit la ipotezele Consiliului Internațional pentru Transport Curat cu privire la stațiile de alimentare cu hidrogen, am găsit acest:

Presupunem că costul operațional fix anual al întreținerii și al forței de muncă este de 4% din costul de capital al sistemului, similar studiilor anterioare (Brynolf și colab., 2018; Matute și colab., 2019).

În mod anecdotic, se pare că acesta este un alt degetul mare pe scară care aduce beneficii camioanelor cu hidrogen care alimentează costurile totale de proprietate, care sunt sistemice. Dar este de fapt adevărat? Există date disponibile pe care ICCT și alții ar trebui să le ia în considerare?

A durat ceva timp pentru a găsi o sursă, dar din nou California și NREL din SUA au venit. Am găsit un raport din 2022, Analiza stației de hidrogen de următoarea generație, prezentat ca parte a Programului DOE Hidrogen la o reuniune anuală de evaluare a meritului și evaluare de la egal la egal. Acesta a inclus șase ani de date de întreținere a pompelor cu celule de combustibil din stat. Datele s-au încheiat după T2 din 2021, dar asta a fost suficient pentru a vedea o creștere post COVID și, desigur, au existat date pre-COVID.

Datele au acoperit 55 de stații de vânzare cu amănuntul, majoritatea pentru vehicule ușoare, care pompează hidrogen la 700 de atmosfere în Toyota Mirais, Hyundai Nexos și altele asemenea. Mulți au o singură pompă, deoarece nu există cerere pentru mai mult. Erau și câteva stații de vehicule grele acolo, dar nu au fost împărțite separat, ceea ce este regretabil, deoarece complexitatea adăugată adaugă, fără îndoială, costurile de întreținere. 110 stații noi pe care statul intenționa să le construiască nu s-au materializat niciodată, iar numărul actual rămâne de 55 câțiva ani mai târziu.

De ce adăugare de complexitate? Ei bine, pompele de realimentare pentru vehiculele ușoare sunt lente, eliberând în medie 0.93 kg de hidrogen pe minut conform raportului NREL privind ratele reale, ceea ce înseamnă că durează aproximativ cinci minute pentru a umple o Toyota Mirai din gol. Aceasta se compară cu pompele de benzină care funcționează cu 10 galoane pe minut în SUA, un galon fiind echivalentul energetic al unui kilogram de hidrogen. Mașinile cu celule de combustie sunt mai eficiente decât mașinile cu ardere internă, așa că este mai mult ca echivalentul de zece galoane pentru o mașină în cinci minute.

Acest lucru este, desigur, complet inadecvat pentru camioanele grele, care ar necesita 50 până la 100 de kilograme sau mai mult de hidrogen la realimentare, ceea ce duce la timpi de realimentare mai mari decât timpii de încărcare pentru camioanele electrice cu baterii, până la 90 de minute. Și este inadecvat și pentru vehiculele de livrare de dimensiuni medii, deoarece acele stații de vehicule ușoare sunt optimizate pentru a livra aproximativ cinci kilograme înainte de a trebui să treacă printr-un ciclu lung de recompresie. Asta face parte din raportul unui studiu asupra unui Proba dubei de livrare de dimensiuni medii în Marea Britanie, unde realimentarea a durat de trei ori mai mult, aproximativ 15 minute, doar pentru a obține 10 kilograme de hidrogen.

Așadar, la stațiile de realimentare pentru vehicule grele se adaugă o grămadă de echipamente suplimentare de calitate superioară și cu costuri mai mari pentru a le îmbunătăți oarecum. Încă nu grozav. NREL într-un mediu de testare a reușit să aproximeze ratele pompelor diesel cu hidrogen sub presiune, dar aceasta este o instalație de testare personalizată și nu există nicio garanție că ar fi economică sau comercializabilă la distanță.

Diagramele de la pagina a opta a raportului arată clar că există o corelație liniară puternică, rezonabil predictivă, între cantitatea de hidrogen pompată și cerințele de întreținere, ceva care este la fel ca și în studiile pe benzinării la care m-am uitat. Pompați de patru ori mai mult hidrogen, faceți de patru ori mai multă întreținere.

Dar nu clarifică cât de multă întreținere necesită stațiile de alimentare cu hidrogen. Asta avea nevoie de matematică cu numere prezentate pe diferite pagini ale raportului.

Primul număr au fost kilogramele de hidrogen pompate. Am ales prima jumătate a anului 2021, la șase luni de date după COVID, când tonajele de hidrogen pompate au fost cele mai mari din istoria programului, iar cinci ani de îmbunătățiri ale pompelor de hidrogen și ale programelor de excelență operațională au avut timp să își urmeze cursul.

În cele 55 de stații, 540,000 de kilograme de hidrogen au fost distribuite celor peste 13,000 de vehicule cu hidrogen din California. Da, acel stat american are mai multe vehicule cu hidrogen pe drumurile sale decât orice altă țară din lume, inclusiv China. Dar asta înseamnă doar 236 de vehicule pe stație, în medie.

Unele stații distribuiau până la 300 de kilograme pe zi, adică o mică parte din numărul de galoane de benzină livrat zilnic de pompa. Desigur, au durat de 10 ori mai mult pentru a livra acele kilograme, așa că stațiile par mai aglomerate decât sunt.

55 de stații și 540,000 de kilograme în ultimele două trimestre de date reprezintă doar 54 de kilograme pe stație pe zi, în medie. Presupunând 3 kilograme — 60% — realimentare per vehicul, fiecare stație vede doar 18 vehicule pe zi. Asta înseamnă că se realimentează în medie la fiecare 13 zile. Asta înseamnă că vehiculul mediu cu celule de combustibil este condus la aproximativ 15 mile pe zi, o distanță lungă sub media de 37 mile pe zi pentru SUA.

În aceeași perioadă, au fost înregistrate 3,250 de evenimente de întreținere, între evenimente programate și neprogramate, întreținere preventivă și remediere a lucrurilor care au mers prost. Raportul nu are ore de întreținere per eveniment pentru acea perioadă, dar are media istorică de cinci ani de 3.6 ore per eveniment pe altă pagină.

Foarte puține matematică indică faptul că cele 55 de stații par să fi văzut 11,700 de ore de întreținere în șase luni, aproximativ 212 per stație sau aproximativ 1.2 ore pe zi. Din câte îmi pot da seama, nimic nu este inspecție zilnică și strângere a șuruburilor, ci evenimente de întreținere programate și neprogramate care scot pompa din funcțiune. 27% dintre evenimentele de întreținere au durat o oră sau mai puțin pentru a fi rezolvate, media fiind de 2.5 ore destul de mare și o mulțime de evenimente care au durat peste o duzină de ore sau chiar 24 de ore pentru a fi reparate.

E mare? Așa părea. M-am dus să caut date echivalente pentru benzinării. Am găsit un studiu din 2013, Analiza și programarea operațiunilor de întreținere pentru un lanț de benzinării, cu date pentru 570 de pompe în 40 de stații. S-a constatat că stațiile medii de defecțiuni au avut 0.002 defecțiuni pe oră per dozator. Cu o medie de 14 pompe pe stație, acestea nu erau stații cu volum redus de praf, ci foarte aglomerate. Nu am putut determina dacă „ore” erau ore folosite în mod activ sau ore totale, dar nici măcar o diferență de ordin de mărime nu ar reprezenta o mulțime de eșecuri pe oră.

Studiul s-a axat pe timpul mediu dintre defecțiunile care necesită întreținere și beneficiile întreținerii preventive, deci nu a avut durata activităților de întreținere, dar a arătat clar că, la întreținerea medie preventivă, o stație cu 14 pompe a văzut o defecțiune la fiecare 550 de ore. sau cam așa ceva, sau orice pompă care stă acolo și funcționează o treime din an fără mai mult decât inspecție, ștergere și strângere a șuruburilor.

Deci, cum arată stațiile de alimentare cu hidrogen din California? Amintiți-vă, majoritatea au doar una sau două pompe pe terenul unei benzinării.

Ei bine, având în vedere debitul mediu de 0.93 kilograme, aceste stații păreau să necesite 3.6 ore de întreținere pentru fiecare 46 de kilograme de hidrogen pe care le-au pompat.

Totalul orelor de întreținere – din nou, derivat din durata medie declarată și numărul de evenimente, dar care nu sunt menționate în mod explicit în raportul NREL – a fost 11,700 de ore în cele 55 de stații în primele șase luni ale anului 2021. 

Timpul total de pompare a hidrogenului la un debit de 0.93 a fost 9,677 ore.

Stațiile de alimentare cu hidrogen din California au petrecut cu 2,000 de ore în plus pentru a fi reparate și întreținute decât au petrecut pompând hidrogen în prima jumătate a anului 2021.

Dacă aș fi scris acest raport, această primă constatare ar fi fost în față și în centru, cu litere mari țipătoare. În schimb, a trebuit să sap din greu ca să-l găsesc. Dar ce zici de costuri?

Având în vedere că avem de-a face cu presiuni de 700 de atmosferă, echivalent cu a fi peste patru mile sub suprafața oceanului, nu vorbim de tehnicieni ieftini de la Joe's Benzinarie.

La pagina 14 a raportului se anunță, fără context, că costul pe întreținere a fost de peste 10,000 USD pe stație pe trimestru, sau peste 40,000 USD pe an. Am săpat în continuare și am găsit setul lor de date care arăta că costurile de întreținere creșteau liniar odată cu utilizarea, iar utilizarea a rămas foarte scăzută. Ultimele patru trimestre ale datelor lor arătau aproximativ 50,000 USD per stație pe an.

Timp de două trimestre pentru cele 55 de stații de atunci, cheltuielile totale au fost de dolari1,375,000. Asta ridică costul orar de întreținere la 118 USD. 

Cât de scăzută este consumul în comparație cu benzinării? Pompa medie este proiectată să miște peste 300,000 de galoane pe an în utilizare normală, aproximativ 900 de galoane pe zi. Benzinăria medie din raportul privind benzinării avea 14 pompe, deci peste 10,000 de galoane pe zi. Cele 300 de kilograme pe zi pentru cea mai mare stație de realimentare cu hidrogen sunt o sumă homeopatică, cu costuri de capital foarte mari, variind între 1,200 și 3,000 USD per kilogram de hidrogen distribuit pe zi pe un Raport 2020 DOE Hydrogen Program, nefiind amortizat pe o mulțime de kilograme.

Raportul arăta că stațiile în curs de achiziție erau capabile de 770 kg/zi până la 1,620 kg/zi când cele mai aglomerate stații din toată California atingeau doar 300 kg. Pentru a fi clar, stațiile de alimentare existente erau capabile să furnizeze mai mult hidrogen, pur și simplu nu au fost chemați să facă acest lucru pentru că sunt atât de puține vehicule cu hidrogen și erau conduse atât de puțin.

Să facem câteva ipoteze de cost. Studiul privind costurile cu hidrogenul a arătat clar că costurile au scăzut. Să presupunem că cele 55 de stații existente se aflau la capătul foarte înalt al intervalului, 3,000 USD per kilogram de hidrogen distribuit. Să presupunem că au fost dimensionate pentru mult mai mult decât livrează și, în mod clar, peste 300 de kilograme pe zi. Să presupunem că capătul inferior al intervalului de 770 kg/zi. Asta face ca costurile de capital ale stației medii să fie de 2.3 milioane de dolari, 55 dintre ele costând aproximativ 130 de milioane de dolari.

Cheltuielile de întreținere de 4% din investiții sugerează că ar cheltui aproximativ 5 milioane de dolari pe an, dar cheltuiesc doar 1,375,000 de dolari pe an. Pare bine.

Dar pompează doar 54 de kilograme pe stație pe zi și, după cum arată datele, întreținerea crește liniar odată cu kilogramele livrate. Scalarea medie a 54 de kilograme la 770 de kilograme sugerează că costul real de întreținere dacă stațiile ar funcționa la capacitatea planificată ar fi de 20 de milioane de dolari pe an.

Adică 15% din investiții, nu 4% din investiții. Și nu este 10% din investiții, ceea ce aparent este ceea ce promit oamenii de vânzări din stațiile de alimentare cu hidrogen. În mod clar, ceea ce fac ei în licitații este să pregătească cumpărătorii pentru realitatea și mai proastă a realimentării cu hidrogen.

Să facem o scurtă digresiune în prognoza clasei de referință. Este metoda de estimare pe care profesorul Bent Flyvbjerg și echipa sa au conceput-o în cei aproape 30 de ani petrecuți culegând date despre megaproiecte.

Iată RCF pe scurt. Obțineți toate datele pe care le puteți despre lucrul pe care încercați să îl faceți. Găsiți media. Folosește asta în estimările tale. Dacă construiți un pod, obțineți toate costurile reale ale podurilor care au fost construite pe care le puteți găsi. În medie. Începe cu asta. Ajustați-vă în sus sau în jos doar dacă aveți un motiv serios să credeți că sunteți special.

Dacă ați citit cartea lui Flyvbjerg și co-autorul lui Dan Gardner, Cât de mari se fac lucrurile, care se află pe toate cele mai bune cărți de afaceri din 2023, adesea în partea de sus, ați citit despre RCF și despre cum să o aplicați. Și dacă nu ați citit Big Things, fă-o acum.

Ce înseamnă acest lucru pentru studiile privind costul total de proprietate pentru transportul cu camioane? Dacă costă stațiile și ar trebui, ar trebui să coste întreținerea la 15% din capex, nu 4% din capex.

Dacă aș fi raportat întâlnirea anuală DOE și aș fi prezentat raportul pe care l-am găsit, ar fi fost cu puțin mai puțin de 2,000 de ore de întreținere mai mult decât constatarea de pompare, cu litere și mai mari.

Bine, câte scuze putem face ca aceste date să le explice? Acest lucru ajută la preîncărcarea argumentelor.

#1: Tehnologia nu este matură și lucrurile se vor îmbunătăți! 

Stațiile de realimentare cu hidrogen sunt desfășurate la nivel global de peste 25 de ani, California are mai multe dintre ele decât orice altă țară, iar acestea sunt ultimele două sferturi de șase ani de date, așa că a fost timp să renunțăm la lămâi și să optimizăm întreținerea.

#2: Creșterea costurilor reale de întreținere nu este corectă!

Potrivirea curbei pe kilogramele pompate față de evenimentele de întreținere este liniară din propriile date și este susținută de studiile de întreținere a pompelor din stațiile de benzină. Le-am oferit beneficiul îndoielii cu privire la costuri și capacitatea de a ajunge la 15%. Cifrele inițiale au fost mai rele, așa că le-am verificat și le-am refăcut de trei ori. Sugerați o metodologie mai bună și aplicați-o datelor.

#3: Aceste date sunt pentru stațiile de vehicule ușoare, iar stațiile de vehicule mai grele vor fi mai fiabile!

Nu, complexitatea adăugată și cerințele pentru transferul de hidrogen de mare viteză fac mai dificilă obținerea fiabilității, nu mai puțin. Probabilitatea este ca această constatare de 15% să fie prea mică pentru camioane. Ca o reamintire, datele anecdotice de 10% au fost pentru 350 de sisteme de pompare cu presiune atmosferică.

#4: Nu contează pentru că în schimb vom folosi hidrogen lichid!

Nu, stocarea și pomparea hidrogenului la 20° peste zero absolut este mult mai complexă decât gazul sub presiune de 700 atmosfere. Provocările legate de managementul termic și al presiunii se înmulțesc, la fel și pericolele. Hidrogenul lichid este atât de greu de folosit, încât industria spațială trece la metan și se îndepărtează de hidrogenul lichid.

#5: Pur și simplu se destramă pentru că nimeni nu le folosește și vor fi mai bune cu mai multă utilizare!

Acest lucru nu face un punct de vedere pe care un avocat al hidrogenului dorește cu adevărat să spună și vedeți punctul 2.

#6: Datele sunt proaste, tocmai gătite de autor!

Toate datele provin din rapoartele programului de hidrogen NREL despre constatările reale din benzinăriile reale.

#7: Am observat o eroare imaterială, așa că îmi dau permisiunea să invalidez întreaga evaluare!

Nu fi acea persoană.

#8: Nu-mi plac rezultatele!

În acest caz, chiar trebuie să stai cu acest alt articol al meu - A vedea clar soluțiile climatice prin părtiniri și date lipsă este o provocare — pentru un timp și reflectați asupra alegerilor dvs. de viață.

---

Deci, pentru a rezuma, stațiile de realimentare cu hidrogen din cel mai mare set de date publice, care acoperă 55 de stații pe parcursul a șase ani cu milioane de kilograme de hidrogen livrate, arată că stațiile de hidrogen sunt scoase din funcțiune cu 20% mai mult timp decât pompează hidrogen și că costurile anuale de întreținere reprezintă 15% din investiții, nu 4%.

Mă aștept ca ICCT, Daimler, furnizorii de realimentare cu hidrogen și DOE din SUA să înceapă acum să utilizeze 15%? Nu, mă aștept să recreeze studiul pe care tocmai l-am făcut folosind datele din California și mai multe date reale despre cheltuielile de capital și să vină cu un număr care este mult mai realist decât 4%. Personal, mă simt confortabil cu 15% și îl voi folosi și voi recomanda grupurilor cu care interacționez să îl folosească.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
• PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
• Sursa: https://cleantechnica.com/2024/01/27/californias-hydrogen-stations-being-fixed-more-hours-than-pumping-at-15-capex-per-year/