Водородные станции в Калифорнии ремонтируются больше часов, чем закачиваются, при капиталовложениях 15% в год – CleanTechnica

Зарегистрируйте ежедневные обновления новостей от CleanTechnica по электронной почте. Или же следите за нами в новостях Google!

---

Недавно я просматривал исследования, связанные с перевозками водорода, поскольку это одно из немногих мест, где серьезные исследовательские организации в области транспорта все еще питают надежду на энергоноситель. Я просмотрел исследования, проведенные во многих странах Европы и Северной Америки еще в 2010 году.

Совсем недавно я был частью группы рецензентов европейского исследования, проводившего еще одно моделирование совокупной стоимости владения водородными, аккумуляторными электрическими и электрическими дорожными системами, биотопливом и дизельным топливом в качестве базового уровня. Одна вещь, которая бросилась мне в глаза, заключалась в том, что предположения об обслуживании водородных транспортных средств оказались слишком заниженными, а исследование показало, что они едва ли будут чем-то большим, чем просто электрические батареи.

Мне были известны неофициальные данные о более высоких затратах на техническое обслуживание автопарка, и основные принципы, связанные с высокими давлениями, экстремальными диапазонами температур, требованиями к чистоте воздуха и характеристиками водорода, предполагали, что их тоже должно быть больше. Поэтому я поискал дополнительные данные.

Отчеты о техническом обслуживании автопарка Калифорнии показали, что затраты на техническое обслуживание автобусов на водородных топливных элементах в трех транзитных организациях за восемь лет эксплуатации превысили В среднем на 50% выше, чем у дизельных автобусов на те же пройденные расстояния. Исследуя и записывая это, я ненадолго задумался, есть ли у комплексных заправочных станций аналогичные проблемы с обслуживанием, но оставил это на другой день. Сегодня, видимо, тот самый день.

После публикации мой знакомый инженер-химик рассказал мне, что затраты на техническое обслуживание обычно представляются в исследованиях общей стоимости владения как 3% от капитальных затрат в год, но что расценки от заправщиков, которые он получил при рассмотрении решения по заправке под давлением 350 атмосфер, указывают на то, что вместо этого она должна составлять 10% капитальных затрат. К сожалению, он не смог ими поделиться.

И действительно, когда я пошел посмотреть на предположения Международного совета по чистому транспорту относительно водородных заправочных станций, я обнаружил этой:

Мы предполагаем, что ежегодные фиксированные эксплуатационные затраты на техническое обслуживание и рабочую силу составляют 4% от капитальных затрат системы, как и в предыдущих исследованиях (Brynolf et al., 2018; Matute et al., 2019).

Как ни странно, похоже, что это еще один большой палец на шкале, который приносит пользу от общей стоимости владения водородными грузовиками, которая носит системный характер. Но так ли это на самом деле? Имеются ли данные, которые ICCT и другие организации должны принять во внимание?

Чтобы найти источник, потребовалось некоторое время, но снова на помощь пришли Калифорния и NREL США. Я нашел отчет за 2022 год, Анализ водородной станции нового поколения, представленный в рамках Водородной программы Министерства энергетики США на ежегодном совещании по оценке заслуг и коллегиальной оценке. Он включал данные о техническом обслуживании насосов на топливных элементах в штате за шесть лет. Данные закончились после второго квартала 2 года, но этого было достаточно, чтобы увидеть рост после COVID, и, конечно же, были данные до COVID.

Данные охватывали 55 розничных станций, в основном для легковых автомобилей, закачивающих водород под давлением 700 атмосфер в Toyota Mirais, Hyundai Nexos и им подобные. У многих есть только один насос, потому что нет спроса на большее. Там также было несколько станций для тяжелых транспортных средств, но они не были выделены отдельно, что прискорбно, поскольку дополнительная сложность, несомненно, увеличивает затраты на техническое обслуживание. 110 новых станций, которые государство намеревалось построить, так и не были реализованы, и пару лет спустя их нынешнее количество остается 55.

Зачем дополнительная сложность? Что ж, заправочные насосы для легковых автомобилей работают медленно, выдавая в среднем 0.93 кг водорода в минуту, согласно отчету NREL о фактических расходах, а это означает, что заправка Toyota Mirai из пустого места занимает около пяти минут. Это сравнимо с газовыми насосами, которые в США работают со скоростью 10 галлонов в минуту, где галлон является энергетическим эквивалентом килограмма водорода. Автомобили на топливных элементах более эффективны, чем автомобили с двигателем внутреннего сгорания, поэтому за пять минут автомобиль расходует эквивалент десяти галлонов топлива.

Этого, конечно, совершенно недостаточно для тяжелых грузовиков, которым при заправке потребуется от 50 до 100 и более килограммов водорода, в результате чего время заправки будет больше, чем время зарядки аккумуляторных электрогрузовиков, до 90 минут. И этого также недостаточно для средств доставки среднего размера, поскольку эти станции для легких транспортных средств оптимизированы для доставки около пяти килограммов без прохождения длительного цикла рекомпрессии. Это часть отчета исследования испытание среднего фургона в Великобритании, где заправка заняла в три раза больше времени, около 15 минут, только для того, чтобы получить 10 килограммов водорода.

Поэтому на заправочные станции большегрузной техники добавляется куча дополнительного оборудования более высокого класса и большей стоимости, чтобы сделать их несколько лучше. Все еще не здорово. В испытательной среде NREL удалось приблизить производительность дизельного насоса к водороду под давлением, но это специальная испытательная установка, и нет никакой гарантии, что она будет экономически выгодна или коммерциализирована.

Диаграммы на восьмой странице отчета ясно показывают, что существует сильная, достаточно прогнозируемая, линейная корреляция между количеством перекачиваемого водорода и требованиями к техническому обслуживанию, то же самое, что и в исследованиях заправочных станций, которые я рассматривал. Перекачивайте в четыре раза больше водорода, проводите в четыре раза больше технического обслуживания.

Но они не уточняют, какой объем обслуживания требуют водородные заправочные станции. Для этого потребовалась математика с цифрами, представленными на разных страницах отчета.

Первой цифрой были килограммы закачанного водорода. Я выбрал первую половину 2021 года, то есть через шесть месяцев после COVID, когда тоннажи перекачиваемого водорода были самыми большими за всю историю программы, а пять лет усовершенствований водородных насосов и программ повышения эффективности эксплуатации успели исчерпать себя.

На 55 станциях было заправлено 540,000 13,000 килограммов водорода для более чем 236 XNUMX водородных автомобилей в Калифорнии. Да, на дорогах этого штата США больше водородных автомобилей, чем в любой другой стране мира, включая Китай. Но это все равно в среднем всего XNUMX автомобилей на станцию.

Некоторые станции выдавали до 300 килограммов в день, то есть ничтожную долю того количества галлонов бензина, которое средняя колонка подает ежедневно. Конечно, на доставку этих килограммов ушло в 10 раз больше времени, поэтому станции выглядят загруженнее, чем есть на самом деле.

55 станций и 540,000 54 килограммов, данные за последние два квартала составляют всего 3 килограмма на станцию ​​в день в среднем. Если предположить, что заправка автомобиля составляет 60 килограмма (18%), то каждая станция принимает только 13 автомобилей в день. Это означает, что они дозаправляются в среднем каждые 15 дней. Это означает, что средний автомобиль на топливных элементах проезжает около 37 миль в день, что намного меньше среднего показателя в XNUMX миль в день для США.

За тот же период было зарегистрировано 3,250 мероприятий по техническому обслуживанию, включая плановые и внеплановые, профилактическое обслуживание и устранение неисправностей. В отчете не указаны часы обслуживания на одно событие за этот период, но на другой странице указано среднее значение за пять лет, составляющее 3.6 часа на одно событие.

Очень мало математических данных указывает на то, что 55 станций, похоже, видели 11,700 часов технического обслуживания за шесть месяцев, около 212 на станцию ​​или около 1.2 часа в день. Насколько я могу судить, это не ежедневный осмотр и затяжка болтов, а плановые и внеплановые мероприятия по техническому обслуживанию, которые выводят насос из строя. На устранение 27% событий технического обслуживания ушло час или меньше, при этом средний показатель составляет довольно высокие 2.5 часа, а для устранения многих событий требуется более дюжины часов или даже 24 часа.

Это высоко? Так казалось. Пошёл искать эквивалентные данные по заправкам. Я нашел исследование 2013 года, Анализ и планирование ремонтных работ сети АЗС, с данными по 570 насосам на 40 станциях. Было обнаружено, что на станциях со средними отказами на одну ТРК приходится 0.002 отказа в час. Имея в среднем 14 насосов на станцию, это были не малозапыленные станции, а очень загруженные. Я не смог определить, являются ли «часы» активными часами или общим количеством часов, но даже разница на порядок не будет большим количеством сбоев в час.

Исследование было сосредоточено на среднем времени между отказами, требующими технического обслуживания, и преимуществах профилактического обслуживания, поэтому в нем не была указана продолжительность мероприятий по техническому обслуживанию, но было ясно, что при среднем уровне профилактического обслуживания на станции с 14 насосами сбой происходил каждые 550 часов. или так, или любой данный насос просто сидит и работает треть года без осмотра, протирки и затяжки болтов.

Так как же это выглядит для водородных заправочных станций в Калифорнии? Помните, что у большинства из них на стоянке заправочной станции есть только одна или две заправки.

Что ж, учитывая среднюю скорость потока 0.93 килограмма, этим станциям, похоже, требовалось 3.6 часа обслуживания на каждые 46 килограммов перекачиваемого ими водорода.

Общее количество часов технического обслуживания — опять-таки полученное на основе заявленной средней продолжительности и количества событий, но не указанное явно в отчете NREL — составило 11,700 55 часов на 2021 станциях за первые шесть месяцев XNUMX года. 

Общее время закачки водорода при расходе 0.93 составило 9,677 часов.

Водородные заправочные станции Калифорнии потратили на ремонт и обслуживание на 2,000 часов больше, чем на перекачку водорода в первой половине 2021 года.

Если бы я написал этот отчет, это первое открытие было бы написано в центре внимания большими кричащими буквами. Вместо этого мне пришлось усердно копать, чтобы найти его. Но как насчет затрат?

Учитывая, что мы имеем дело с давлением в 700 атмосфер, что эквивалентно нахождению на глубине более четырех миль под поверхностью океана, мы не говорим о дешевых специалистах из службы технического обслуживания заправочных станций Джо.

На странице 14 отчета без контекста сообщается, что стоимость обслуживания составила более 10,000 40,000 долларов США на станцию ​​в квартал или более 50,000 XNUMX долларов США в год. Я углубился в это и нашел базовый набор данных, который показал, что затраты на обслуживание растут линейно с ростом использования, а использование остается очень низким. Данные за последние четыре квартала показывали около XNUMX XNUMX долларов на станцию ​​в год.

Тогда за два квартала для 55 станций общие расходы составили $1,375,000 118 XNUMX. Таким образом, почасовая стоимость обслуживания составит XNUMX долларов. 

Насколько низкое потребление по сравнению с заправочными станциями? Средний насос рассчитан на перекачку более 300,000 900 галлонов в год при нормальном использовании, то есть около 14 галлонов в день. На средней заправочной станции, указанной в отчете по заправкам, было 10,000 заправок, то есть более 300 1,200 галлонов в день. 3,000 килограммов в день для крупнейшей заправочной станции водорода — это гомеопатическая сумма с очень высокими капитальными затратами: от XNUMX до XNUMX долларов за килограмм водорода, выдаваемого в день на одного человека. Отчет водородной программы Министерства энергетики США за 2020 год, не амортизируемый на массу килограммов.

В этом отчете указывалось, что приобретаемые станции были способны перерабатывать от 770 до 1,620 кг/день, тогда как самые загруженные станции во всей Калифорнии едва достигали 300 кг. Чтобы внести ясность: существующие заправочные станции были способны доставлять больше водорода, но от них просто не требовалось этого, потому что водородных транспортных средств так мало, и на них так мало ездили.

Давайте сделаем некоторые предположения о стоимости. Исследование затрат на водород показало, что затраты снизились. Давайте предположим, что существующие 55 станций были на самом верхнем уровне — 3,000 долларов за килограмм выданного водорода. Предположим, что они были рассчитаны на гораздо большую нагрузку, чем доставляют, и явно превышали 300 килограммов в день. Предположим, нижняя граница диапазона составляет 770 кг/день. Таким образом, капитальные затраты на среднюю станцию ​​составляют 2.3 миллиона долларов, причем 55 из них стоят около 130 миллионов долларов.

Расходы на техническое обслуживание в размере 4% от капитальных вложений предполагают, что они будут тратить около 5 миллионов долларов в год, но они тратят всего 1,375,000 XNUMX XNUMX долларов в год. Выглядит неплохо.

Но они перекачивают всего 54 килограмма на станцию ​​в день, и, как показывают данные, объем технического обслуживания растет линейно с доставленными килограммами. Увеличение среднего веса с 54 килограммов до 770 килограммов предполагает, что фактические затраты на техническое обслуживание, если бы станции работали на запланированной мощности, составили бы 20 миллионов долларов в год.

Это 15% капвложений, а не 4% капвложений. И это не 10% капвложений, которые, видимо, обещают продавцы водородных заправок. Очевидно, что то, что они делают в торгах, готовит покупателей к еще худшей реальности заправки водородом.

Давайте сделаем краткий экскурс в прогнозирование эталонных классов. Это метод оценки, который профессор Бент Фливбьерг и его команда разработали за почти 30 лет сбора данных о мегапроектах.

Вот вкратце о RCF. Получите все возможные данные о том, что вы пытаетесь сделать. Найдите среднее значение. Используйте это в своих оценках. Если вы строите мост, получите все фактические затраты на построенные мосты, которые вы можете найти. Усредните это. Начни с этого. Корректируйтесь вверх или вниз только в том случае, если у вас есть действительно веские основания полагать, что вы особенный.

Если вы читали книгу Фливбьерга и соавтора Дэна Гарднера, Как совершаются большие дела, который находится в каждом списке лучших бизнес-книг 2023 года, часто наверху, вы читали о RCF и о том, как его применять. И если вы еще не читали «Большие дела», сделайте это сейчас.

Что это означает для исследований совокупной стоимости владения грузовыми автомобилями? Если они рассчитывают расходы на станции, а они должны это делать, то им следует рассчитывать на техническое обслуживание в размере 15% капитальных затрат, а не 4% капитальных затрат.

Если бы я сообщал о ежегодном собрании Министерства энергетики и представлял найденный мной отчет, это было бы чуть менее чем на 2,000 часов больше, чем обслуживание, чем открытие насосов, еще более крупными буквами.

Хорошо, сколько оправданий мы можем найти для этих данных, чтобы объяснить их? Это необходимо для предварительной загрузки аргументов.

№1: Технология еще не развита, и все станет лучше! 

Водородные заправочные станции развертываются по всему миру уже более 25 лет, в Калифорнии их больше, чем в любой другой стране, и это последние пару кварталов за шесть лет, так что пришло время отказаться от лимонов и оптимизировать обслуживание.

№2: Увеличение фактических затрат на техническое обслуживание несправедливо!

Кривая зависимости перекачиваемых килограммов от мероприятий по техническому обслуживанию является линейной, исходя из собственных данных и подтверждается исследованиями по техническому обслуживанию заправочных станций. Я дал им презумпцию невиновности в отношении затрат и возможностей снизить ставку до 15%. Первоначальные цифры были хуже, поэтому я их трижды проверял и переделывал. Предложите лучшую методологию и примените ее к данным.

#3: Эти данные относятся к станциям для легковых автомобилей, а станции для более тяжелых транспортных средств будут более надежными!

Нет, дополнительная сложность и требования к высокоскоростной перекачке водорода затрудняют достижение надежности, а не меньше. Вероятность того, что этот показатель в 15% слишком низок для грузовых автомобилей. Напомним, что 10% неофициальных данных относились к насосным системам с давлением 350 атмосфер.

№4: Это не имеет значения, потому что вместо этого мы будем использовать жидкий водород!

Нет, хранить и перекачивать водород при температуре 20° выше абсолютного нуля гораздо сложнее, чем газ под давлением 700 атмосфер. Проблемы с управлением температурой и давлением умножаются, равно как и опасности. Жидкий водород настолько сложно использовать, что космическая промышленность переходит на метан, а не на жидкий водород.

№5: Они просто разваливаются, потому что никто ими не пользуется, и чем больше их использовать, тем лучше!

На самом деле это не то, что сторонники водорода действительно хотят высказать, см. пункт №2.

#6: Данные плохие, их просто сочинил автор!

Все данные взяты из отчетов водородной программы NREL о фактических результатах на реальных заправочных станциях.

#7: Я заметил несущественную ошибку, поэтому позволяю себе аннулировать всю оценку!

Не будь таким человеком.

№8: Мне не нравятся результаты!

В таком случае вам действительно нужно посидеть с другой моей статьей — Четкое видение климатических решений, несмотря на предубеждения и недостающие данные, является непростой задачей — на некоторое время и поразмышляйте над своим жизненным выбором.

---

Итак, подведем итог: водородные заправочные станции в крупнейшем общедоступном наборе данных, охватывающем 55 станций за шесть лет, на которых были доставлены миллионы килограммов водорода, показывают, что водородные заправочные станции не работают на 20% дольше, чем они перекачивают водород и что ежегодные затраты на техническое обслуживание составляют 15% капитальных вложений, а не 4%.

Ожидаю ли я, что ICCT, Daimler, поставщики водородной заправки и Министерство энергетики США теперь начнут использовать 15%? Нет, я ожидаю, что они воссоздадут исследование, которое я только что провел, используя данные Калифорнии и более реальные данные о капитальных затратах, и получат цифру, которая гораздо более реалистична, чем 4%. Лично меня устраивает 15%, и я буду использовать его и рекомендовать группам, с которыми я сотрудничаю, использовать его.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
• Источник: https://cleantechnica.com/2024/01/27/californias-hydrogen-stations-being-fixed-more-hours-than-pumping-at-15-capex-per-year/