Voorstel evaluatie brandstofcelbus

Transcriptie

1 1 Voorstel evaluatie brandstofcelbus 1.Samenvatting Het betreft hier de evaluatie van een waterstofbus gebouwd door de firma Van Hool, ingezet op de route 422 Lier-Broechem-Antwerpen van 18 juni februari 2008, vanaf 03 maart maart is de waterstofbus in dienst geweest in Oost Vlaanderen op de lijn St- Niklaas Dendermonde, doorna is de bus ook nog ingezet op lijn 99 Temse Antwerpen LO. Tijdens de maand mei is de bus kort ingezet in Vlaams Brabant te Leuven op de ringweg. Deze evaluatie betreft de bus met zijn verschillende componenten en de waterstoftankinstallatie. In deze evaluatie wordt de van Hool brandstofcelbus aanzien als prototype technologie die mogelijk commercieel ingezet kan worden. De bedoeling van deze evaluatie is om te bepalen in welke mate deze technologie vandaag presteert. 2. Karakteristieken brandstofcelbus Er is gekozen voor een combinatie van een hybride aandrijving en een brandstofcel om tot een optimale inzet te komen. De keuze is gevallen op een 3-assig voertuig om de reizigerscapaciteit gelijk te houden met een klassieke 12 meter bus Zero emissies dus geen lokale uitstoot van broeikasgassen en stikstofoxiden. Remenergie recuperatie. Geen energie verlies, teveel aan energie wordt gebruikt om de batterijen op te laden. Alle hulpaggregaten worden elektrisch aangedreven. Warmte van de brandstofcel wordt gebruikt voor interieurverwarming. 3. Infrastructuur en tankinstallatie(zie bijlage ) In februari 2007 zijn we gestart met de onderhandelingen met Air Liquide betreffende de uitbating van een waterstofvulinstallatie op de terreinen van De Lijn Tjalkstraat Antwerpen. Het was de bedoeling om vanaf augustus 2007 te tanken op bovengenoemde locatie. Door milieutechnische en praktische reden en na gesprekken met de constructeur van de bus Van Hool is gekozen om de tankinstallatie van de firma Van Hool verder te blijven gebruiken. De installatie bestaat uit een oplegger met liter waterstof op maximaal 200 bar, een buffer van 1640 Liter op 350 bar en een vulstation met compressor. Alles staat op een vlak plateau met een omheining en hek als afbakening. 4. Evaluatie resultaten De Van Hool brandstofcelbus is in dienst sinds 18 juni 2007, het contract met de firma Van Hool loopt af einde mei De bus vertrekt daarna naar de wereldtentoonstelling in Zaragoza(Spanje) die loopt van 14/06/ /09/2008. Daarna zal de bus in dienst komen bij de firma Connexxion in Den Haag(NL). De A330 FC van de firma Van Hool maakt gebruik van de hybridetechnologie : Electrische aandrijving en sturing van Siemens, 3 sets ZEBRA Na/Ni Chloride baterijen en met remregeneratie. De gebruikte brandstof cel Puremotion 120 is van het type PEM van de firma UTC power.

2 2 Beschrijving van de route Antwerpen(zie bijlage) Na overleg met de entiteit Antwerpen en de firma Van Hool is uit praktisch oogpunt beslist om aanvankelijk voor een lijn te kiezen die dicht bij de firma Van Hool langskomt omwille van de tankbeurten en technische interventies. Route 422 Lier Broechem Antwerpen zie (bijlage) Oost Vlaanderen(zie bijlage) In overleg met entiteit Oost-Vlaanderen is beslist om de bus in te zetten op de lijn tussen Dendermonde en Sint-Niklaas; deze beslissing is vooral ingegeven door het feit dat we nog steeds dagelijks moesten gaan tanken bij de firma Van Hool. Vooraf was reeds opgemerkt dan een lage brugdoorgang in de buurt van het station van Sint- Niklaas voor problemen kon zorgen, daarom is toen afgesproken om een afwijkende route met de waterstofbus te rijden om deze brug te vermijden. Vrij vlug na de indienstname van de waterstofbus op deze lijn is gebleken dat er een zeker risico bestond dat de chauffeurs uit gewoonte toch onder de brug zouden doorrijden daarom was in eerste instantie aan de firma Van Hool gevraagd om voor een GPS-signaal te zorgen zodanig dat de chauffeur werd verwittigd in de risicozone. Omwille van het brugprobleem is door de directie van Oost-Vlaanderen beslist de inzet van de bus tijdelijk stop te zetten en daarna is de route verplaatst naar de lijn tussen Temse en Antwerpen Linkeroever. Vlaams Brabant(zie bijlage) Tijdens de maand mei is de bus nog kort ingezet in Leuven namelijk op de ringweg. Ervaringen chauffeurs: Alle chauffeurs zijn erover eens dat dit een zeer comfortabele bus is, vooral door het feit dat de bus zeer stil is, weinig trillingen geeft en bijna zonder schokken rijdt dit laatste vooral door de elektrische aandrijving. Ook waren ze zeer positief over de elektrische remmingbediening met hendel aan het stuur, goed regelbaar(3 standen), krachtig en comfortabel. In normale rijomstandigheden moest het klassieke rempedaal bijna nooit worden aangesproken. Dit laatste is belangrijk om zoveel mogelijk remenergie te recupereren. De waterstofbus(13.2 meter lang en drie assig) is wel minder wendbaar dan een standaard 12 meter bus maar na een inloopperiode zijn de chauffeurs dit gewoon en waren er geen problemen meer. Ervaringen passagiers: Waren zeer positief en vooral te spreken over het feit dat de bus zeer stil is, weinig vibraties geeft en veel minder schokt dan een standaard dieselbus. Ervaringen De Lijn De bus heeft dezelfde capaciteit als een standaard 12 meter bus alhoewel hij iets minder wendbaar is. De waterstofbus heeft vergelijkbare prestaties en is bovendien zeer stil zonder lokale uitstoot. Toekomst Van Hool Brandstofcel bus Van Hool heeft ondertussen één gelijkaardige bus gebouwd voor de firma CT Transit(US- Connecticut) Daarbovenop heeft de firma Van Hool van AC Transit recent een order ontvangen voor de bouw van 8 brandstofcelbussen van de nieuwste generatie met een bijkomende optie van nog 4 voertuigen. De bussen zullen voorzien zijn van de nieuwste UTC brandstofcel met een levensduur van uur en tevens voorzien zijn van NiMH batterijen.

3 3 Noodzakelijke optimalisaties van de componenten De brandstofcel moet compacter worden in gewicht en afmetingen. De levensduur van de brandstofcel moet economisch haalbaar worden, vandaag ongeveer uur = ongeveer 2 jaar. Het geleverde vermogen van de brandstofcel moet verhogen. De elektrische aandrijving en beheerssysteem moet verder worden ontwikkeld 5. Beschikbaarheid FC bus Tijdens de evaluatie periode van 18 Juni tot einde april heeft de FC bus km afgelegd. Met een gemiddelde beschikbaarheid van 61 %. De andere periodes werden ingevuld met oppuntstellingen en testen. beschikbaarheid 100% 80% 60% 40% 20% 0% jun/07 jul/07 aug/07 sep/07 okt/07 nov/07 dec/07 jan/08 feb/08 mrt/08 apr/08 6. Brandstof kost en verbruik Afbeelding 1 beschikbaarheid over de testperiode Gemiddelde verbruik Fuel Cell bus kg p er 100 km ju n i ju li au g us tu s s e p tem be r o k to b er n o vem b e r d e ce m b e r janu ari febru ari m a a r t a p ril Afbeelding 2 gemiddeld verbruik tijdens evaluatieperiode

4 4 Gemiddelde kost per km aan De Lijn = 9.5 (waterstof verbruik, huur tankinstallatie en huur bus) details zie bijlage De gemiddelde kost per km voor een 12 meter diesel bus bedraagt ongeveer 1 /km exclusief chauffeurs kost (details zie bijlage) Dus de kost per kilometer voor een waterstofbus is bijna 10x hoger dan voor een gelijkaardige dieselbus. We hebben geen prijsindicatie voor een Van Hool brandstofcel bus, maar Londen heeft recent een bestelling gedaan van 10 brandstofcel bussen bij de constructeur(wright- Ierland) uitgerust met een Ballard brandstofcel en hybride aandrijving van ISE. Deze laatste maakt eveneens gebruik van vergelijkbare Siemens componenten zoals Van Hool heeft gebruikt op de door ons geteste bus. De eenheidsprijs voor de hierboven beschreven waterstofbus bedraagt ongeveer 1,5 miljoen Euro. 7. Specifieke ervaring waterstofbus. De bus in dienst genomen bij De Lijn op 18 Juni 2007 Voor de in dienst name zijn technisch personeel, chauffeurs en veiligheidspersoneel inclusief betrokken brandweerkorpsen opgeleid door de firma Van Hool Deze opleiding betrof de technische aspecten van de waterstofbus, veiligheid en het rijden met de bus. Tijdens deze evaluatieperiode zijn een aantal specifieke problemen opgetreden: 7.1. Tractie batterijen ZEBRA Het batterijsysteem bestaat uit 3 zebra packs die in serie zijn gekoppeld van elk 180 kg. De batterijen leveren een spanning van 550 V en leveren 3 x 17.8 kwh. De batterijen moeten functioneel op een temperatuur van ongeveer 300 C worden gehouden. Daarom is het ook noodzakelijk om de batterijen s nachts aan het net te hangen om de batterijen op temperatuur te houden. Dit type batterijen heeft een aantal belangrijke problemen aan het licht gebracht. De belangrijkste waren batterijceldefecten en problemen met het algoritme van de lading van de batterijen(soc) Een falen van een cel zorgt voor een korte spanningsdaling door het feit dat 3 batterijpacks in serie zijn geschakeld. Sinds begin mei zijn de ZEBRA batterijen door het veelvuldig falen vervangen door Nikkel metaal hybride batterijen(nimh) zoals gebruikt worden voor de Toyota Prius. Positief is dat deze batterijen niet meer op temperatuur moeten worden gehouden Brandstof cel UTC power PureMotion 120 FC De brandstofcel levert een gelijkspanning tussen V De leverancier volgt de degradatie van de brandstof cel dagelijks op. In de beginfase waren er enkele elektrische problemen maar die zijn nu opgelost. Eveneens begin mei is een nieuwe brandstof cel geïnstalleerd daar de originele brandstofcel degradatie verschijnselen begon te vertonen. De nieuwe brandstofcel eveneens van de firma UTC heeft een hogere levensduur van 6000 h.

5 5 7.3.Elektrische aandrijfcomponenten en sturing. De elektrische aandrijving wordt verzekerd door 2 wisselstroom motoren/generatoren die mechanisch gekoppeld zijn door een tandwielkast, zij leveren elk 85 kw. De convertor zorgt voor verhogen van de brandstof cel en batterij gelijkspanning naar een constante gelijkspanning van 600 V De invertors zetten de gelijkspanning van 600 V om naar een wisselspanning van 400V nodig voor de aandrijving van de motoren en hulpaandrijfcomponenten. Bovenstaande componenten worden geleverd door de firma Siemens. Die tevens zorgt voor de afstelling en regeling van het systeem. Er zijn geen noemenswaardige problemen geconstateerd met deze componenten alhoewel door over te schakelen naar een ander batterijtype(nimh) de sturing is moeten bijgesteld worden Waterstoftanks De 8 waterstoftanks(dynetec) van elk 205 Liter zijn gemonteerd op het dak van de bus. De maximale vuldruk bedraagt 350 bar, met deze opslagcapaciteit behoort een actieradius van 400 km tot de mogelijkheden. Zij bestaan uit een alu binnentank met een koolstofvezel omhulsel. Tevens zij ze voorzien van de nodige veiligheden hulpaggregaten Deze worden voorzien van 400 V wisselspanning. Volgende componenten moeten worden elektrisch aangedreven: Airco compressor van 15 kw Servo stuurpomp van 4 kw Rem compressor van 4 kw 7.6. Tankinstallatie De bedoeling was oorspronkelijk om een eigen tankinstallatie te hebben in onze eigen stelplaats te Antwerpen. Omdat het eerst de bedoeling was om de waterstof bus slechts tot einde 2007 in te zetten en door de lange procedure voor het verkrijgen van milieuvergunning is toen besloten om de installatie bij de firma Van Hool te blijven gebruiken. Na een verlenging van het huurcontract tot einde mei 2008 zijn we praktisch verplicht geweest om de tankinstallatie bij Van Hool te blijven gebruiken daar een nieuwe milieuaanvraag door de lange procedure niet tot de mogelijkheden behoorde. Voor ingebruikname van de bus was het voorzien om de chauffeurs zelf te laten tanken maar voor praktische reden is dit overgelaten aan personeel van de firma Van Hool. Het vullen verloopt vrij vlot alleen neemt de laatste stap(na de overloopprocedure) het vullen tot 350 bar ongeveer 4 uur in beslag. De voornaamste reden is dat de tankinstallatie van de firma Air Liquide ook een testinstallatie is met een kleine compressor daarom duurt het oppompen tot 350 bar zoveel tijd in beslag. Tankprocedure waterstof vulinstallatie (zie bijlage)

6 6 8.Besluit Onze ervaring met de brandstofcel bus zijn algemeen genomen vrij positief, vooral de chauffeurs en reizigers waren zeer tevreden over het geringe geluidsniveau en de beperkte trillingen alsook over het bijna schokvrij vertrekken aan de halte. Er waren vrij weinig problemen met de brandstofcel alhoewel we in de eerste 6 maand slechts een halve shift (8 uur) konden rijden daar de constructeur van de brandstofcel de degradatie afhankelijk van de zuiverheid van de waterstof dagelijks wou opvolgen en door de tijdsverschillen met de US was dit met een volledige shift (16 uur) niet mogelijk geweest. Ondertussen heeft UTC voldoende ervaring opgedaan met de degradatie van de brandstof cel en is een dagelijkse opvolging niet meer nodig zodanig dat we de laatste maanden een volledige shift hebben kunnen rijden. Het energie opslagsysteem heeft voor de meeste problemen gezorgd, de ZEBRA batterijen vertoonden een zeer hoge uitval. Daarom heeft Van Hool recentelijk dit type van batterijen vervangen door NiMH. Wij hebben, dit type van batterijen slechts kort kunnen testen daarom lijkt het ons interessant om in de toekomst deze bus verder te kunnen uittesten om de bedrijfszekerheid van dit type van batterijen te kunnen nagaan in een hybrideapplicatie. 9. Visie van de firma van Hool (zie bijlage) Wordt toegevoegd na ontvangst

7 7 Bijlagen 1. specificaties brandstof cel bus Van Hool A330 Brandstof Cel bus 3 assig voertuig met electronisch gestuurde 2de as.. Totale lengte: 13,155 meter. Maximale passagier capaciteit : 104 Rem energie recuperatie UTC PEM(Proton exchange membrane) 120 kw continue vermogen 8 Dynetec waterstof tanks : 8 x 205 L 3 Na-Ni-Cl2 batteries(zebra): 3x 17.8 kwh 2 elektrische Elfa motoren Siemens van elk 85 kw Maximale vuldruk 350 bar Maximale actieradius : 350 km 2. componenten waterstofbus. Electrische omzetters Waterstof tanks Dynetek Electrische motoren Siemens Hoge spanning batterij ZEBRA UTC 120kW Brandstof Cel

8 8 3. Principe schema werking hybride bus 4. Vulprocedure tankinstallatie waterstofbus De waterstofcompressor wordt aangesloten aan de bus. De tankwagen wordt aangesloten aan de compressor. De voorraadbuffer is aangesloten op de compressor. Laat de inhoud van de tankwagen overstromen in de bus; na instellen van evenwicht ca. 185 bar druk. Sluit de tankwagen. Laat de inhoud van de buffertanks overstromen in de bus; na instellen van evenwicht ca. 225 bar druk DUS: NA heeft men reeds 2/3 van de druk bereikt. Wil men kompleet vullen: dan moet de compressor gestart worden en vanuit de buffertank pompt men over; duurtijd ongeveer 3,5-4 uur. Omwille van de verschillende uit te voeren handelingen zijn de eerste 15 manueel, daarna kan de installatie automatisch verder vullen tot einddruk 350 bar.

9 9 5 Layout vulinstallatie : Vulstation met trailer van liter

10 10 Overzicht kosten waterstofbus(juni 2007-april 2008) Exclusief chauffeurskost en verzekering Huur bus Huur tankinstallatie Onderhoud bus Waterstofverbruik totaal Overzicht kosten dieselbus afschrijving onderhoud verbruik totaal 0.35 /km 0.30 /km /km /km Overzicht belangrijkste projectpartners vlaamse overheid

11 11 6 Route beschrijving entiteit Antwerpen( Lier-Broechem-Antwerpen) Antwerpen Rooseveltplaats Lier markt

12 12 7. Route beschrijving entiteit Oost Vlaanderen Lijn Lijn 99

13 13 8.Route beschrijving entiteit Vlaams Brabant(Leuven Ringweg 600)