Referatefolien von Christian Bach

hy.muve
hydrogen
hydrogen driven municipal
municipal vehicle
vehicle
Christian Bach
Abteilungsleiter Verbrennungsmotoren
Ma terials Science & Technolog y
Das hy.muvehy.muve-Projektteam
18 Institutionen/Firmen, 57 Personen
Empa: Peter Schlienger, Jean-Yves Favez, Martin Weilenmann, Philippe
Novak, Jan Stilli, Simon Tischhauser, Christian Bach – PSI: Felix Büchi,
Thomas Gloor, Akinori Tsukada, Silvia Ulli-Beer, Stephan Walter – CCEM:
Alexander Wokaun, Philipp Dietrich – BFE: Stefan Oberholzer – Bucher: Alex
Koch, Stefan Moor, Tom Dickenmann, Stefan Näf, Roman Meier, Thomas
Hollinger, Isabelle Mühlheim, Benedikt Brem, Idriss Aissaoui – Proton Motor
Fuel Cell GmbH: Thomas Melczer, Felix Heidelberg, Joachim Krömer, Jürgen
Kraft, Bernd Bauer, Wolfram Achtert, Mario Wohlwender, Manfred Limbrunner,
Arthur Mucsi-Balint – Brusa Elektronik AG: Beat Graf, Arno Mathoy, Walter
Haas – Messer Schweiz AG: Hans-Michael Kellner, René Berger asa: Peter
Wehrlin – STVA Zürich: Emmanuel Schubiger, Rudolf Streuli Electrosuisse:
Hermann Gull – EGI: Kaspar Seiler – TÜV Süd: Bastian Babin – SUVA: Silvan
Aschwanden – Basel: Christoph Brutschin, Dominik Keller, Viviane Joyce,
Christian Blaim, Francois Petitpierre, Alexander Isenburg, Marc Etterlin –
Novatlantis: Roland Stulz, Stephan Lienin, Samuel Perret - Thuba: Roger
Fivaz – Sicherheitsinstitut Basel: Felix Geissmann
Ma terials Science & Technolog y
1
Das hy.muvehy.muve-Projektfahrzeug
Bucher CityCat H2
Ma ter ials Sci ence & Te chnolog y
Ausgangslage
Weshalb sich etwas ändern muss…
muss…
Klimaveränderung
VersorgungsAbhängigkeit
WeltEnergiehunger
Luftbelastung
in Städten
Signifikante
CO2-Reduktion
Neue „einheimische“
Treibstoffe
Diversifizierung
„Zero-Emission“
Vehicles
Umstieg auf
erneuerbare
Energie
Ma ter ials Sci ence & Te chnolog y
2
Wasserstoffbetriebenes Kommunalfahrzeug
Verdopplung der Energieeffizienz
+
Kommunalfahrzeug
Brennstoffzellenantrieb
 Einsatz in sensiblen Bereichen (Fussgänger, Hallen)
 Neue Technologien erlauben Innovationen
 „Kondensationskern“ für Wasserstofftechnologien in der Praxis
Ma ter ials Sci ence & Te chnolog y
Das hy.muvehy.muve-Antriebskonzept
DieselDiesel-Hydraulik  WasserstoffWasserstoff-ElektroElektro-Antrieb
20 kW
Brennstoffzellensystem
Antriebsräder
Diesel
Motor
55 kW
28 kW
Dieseltank
v,F
28 kW
=
=
=
Fahrantrieb
M
~
12 kWh
7 kW
H2 H2
7 kW
Sauger
Leistungsbatterie
(Li-Po)
=
7.5 kg
@ 350bar
Sauger
M
~
5 kW
=
M
~
Zus.- KlimaHydr. anlage
<1 kW
Zusatzaggregate:
Bürsten,
Lenkung, Bremsen
Dieselmotor/Hydraulikantrieb
1.7-4 kW
=
=
12V
Batterie
Wasserstoff-BZ/Elektroantrieb
Ma ter ials Sci ence & Te chnolog y
3
Spezifizierung der Bauteile
Längsdynamikmodell fü
für typischen Einsatz
50
Geschwindigkeit [km/h]
Leistung in kW
Geschwindigkeit
40
Geschwindigkeitsprofil
20% Transferfahrten
80% Reinigungsfahren
30
20
10
0
-10
-20
+
-30
0
1
2
3
50
Topografisches Profil
Annahme: Steigungsverteilung des Kantons
Zürich
4
5
6
7
8
5
6
7
8
5
6
7
8
Zeit in h
S teigung [%]
Leistung
in kW
Steigung
40
=
30
20
10
0
-10
-20
-30
0
1
2
3
4
Zeit in h
50
P_A ntrieb [kW]
40
30
Leistung
in kW
Leistung
Leistungsbedarf Antrieb
daraus abgeleitet:
- Leistungsverteilung
- Energiespeicherung
- Kühlbedarf
-…
20
10
0
-10
-20
-30
0
1
2
3
4
Zeit in h
Ma ter ials Sci ence & Te chnolog y
EnergieEnergie- und CO2-Bilanz
Längsdynamikmodell fü
für typischen Einsatz
Fahrzeug +
Wasserstoffbereitstellung
400 MJ/h
350 MJ/h
300 MJ/h
249 MJ/h
250 MJ/h
200 MJ/h
150 MJ/h
119 MJ/h
100 MJ/h
50 MJ/h
0 MJ/h
40
WtW Energy
WtW CO2
350 MJ/h
300 MJ/h
35
287 MJ/h
30
250 MJ/h
25
203 MJ/h
200 MJ/h
20
21.6 kg/h
150 MJ/h
100 MJ/h
15
13.4 kg/h
50 MJ/h
5
0 MJ/h
Diesel
hydraulic
power train
FC/battery
hybrid
power train
Halbierung des
energetischen
Verbrauchs
10
WTW-CO2-Emissionen in kg/h
400 MJ/h
Energetic WTW fuel consumption in
MJ/h
Energetic TTW fuel consumption in MJ/h
Fahrzeug
0
Diesel hydraulic FC/battery hybrid
power train
power train
40% niedrigere CO2-Bilanz
selbst bei konv. H2-Produktion
(„worst case“)
Ma ter ials Sci ence & Te chnolog y
4
Ausblick
Wie geht es weiter
Parametrisierung des BZ-Systems
 Abstimmung der on-board-Stromproduktion im BZ-System auf den realen
Betrieb, Optimierung des Zusammenspiels Batterie – BZ-System
 Optimierung von Ein-/Ausschaltprozeduren, Anpassung der
Sicherheitskonzepte an den realen Betrieb
 Schulung der Fahrer der Stadtreinigung und Betreuer der Regiebetriebe
(Werksareal)
Start der Praxiserprobung in der Stadt Basel im Frühsommer
 Einsatz des Fahrzeuges auf öffentlichen Strassen durch Stadtreinigung
 Sozio-ökonomische Begleitung des Fahrzeug-Einsatzes im Rahmen einer
Dissertation am PSI
 Technologie-Monitoring (Untersuchung des Betriebs- und Alterungsverhaltens)
Ma ter ials Sci ence & Te chnolog y
Zusammenfassung
hy.muvehy.muve-Projekt
Die Klimaveränderung und die Energieversorgungsabhängigkeit gewinnen
laufend an Bedeutung. Die Bereitschaft wie auch die Notwendigkeit für
„radikalere“ Lösungen steigt.
Wasserstoffantriebe sind für Fahrzeug-Anwendungen mit höherer Reichweite/Betriebsanforderung und/oder begrenzter Betankungszeit neben anderen
Antriebskonzepten wie Elektro- und Biogasfahrzeugen als zukünftige Antriebe
in Diskussion.
Ziel des hy.muve-Projektes ist der Weg der Brennstoffzellentechnologie „vom
Labor auf die Strasse“ und das Generieren von Erfahrungen im praktischen
Alltag.
Das Projekt soll die Schaffung von Planungsgruppen in der Praxis für die
Realisierung von Wasserstofftankstellen in der Schweiz initiieren und als
Türöffner für weitere Wasserstoffprojekte dienen.
Ma ter ials Sci ence & Te chnolog y
5
Besten Dank fü
für Ihre Aufmerksamkeit!
Das Projektteam dankt allen Stellen, die das Projekt ermöglicht haben:
Empa, PSI, Proton-Motor Fuel Cell GmbH, Brusa Elektronik AG,
Messer Schweiz AG, Kompetenzzentrum für Energie und Mobilität im
ETH-Bereich (CCEM), Bundesamt für Energie, Stadt Basel, Novatlantis
und Stadt St. Gallen
sowie allen Stellen, die die Realisierung fachlich unterstützt haben:
Suva, Vereinigung der Strassenverkehrsämter asa, Strassenverkehrsamt
des Kantons Zürich, Electrosuisse, Thuba, Sicherheitsinstitut Basel,
Feuerwehr und Feuerpolizei Basel
Weitere Informationen:
www.empa.ch/hy.muve
[email protected]
Ma ter ials Sci ence & Te chnolog y
6