Veröffentlichung der Projektergebnisse · Wasserstofftankstelle an der Aral-Tankstelle Messedamm...

Clean Energy Partnership (CEP)

Veröffentlichung der Projektergebnisse

für bereits abgeschlossene Projektmodule gem. Abschn. 11.4 der „Nebenbestimmungen für Zuwendungen auf Kostenbasis des Bundesministeriums für Bildung und

Forschung an Unternehmen der gewerblichen Wirtschaft für Forschungs- und Entwicklungsvorhaben“ (NKBF 98)

2G Energietechnik GmbH

Adam Opel AG Air Liquide Deutschland GmbH

Air Products GmbH Berliner Verkehrsbetriebe A.ö.R. (BVG)

Bohlen & Doyen GmbH BMW AG

Daimler AG EnBW Energie Baden-Württemberg AG

Enertrag AG Ford Forschungszentrum Aachen GmbH

H2 MOBILITY Deutschland GmbH & Co. KG Hamburger Hochbahn AG

Honda R&D Europe (Deutschland) GmbH Hyundai Motor Europe GmbH

Linde AG McPhy Energy Deutschland GmbH

OMV Deutschland GmbH Shell Hydrogen BV

Shell Deutschland Oil GmbH Siemens AG Statoil ASA

Stuttgarter Straßenbahnen AG TOTAL Deutschland GmbH Toyota Motor Europe NV

Vattenfall Europe AG Volkswagen AG Westfalen AG

Stand 02/2018

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Inhalt 0 Einführung ................................................................................................................................. 4 1 PROJEKTMODUL: Übergeordnetes Modul – Phase II - Gremien, Projektkoordinierung,

Wissensmanagement, Öffentlichkeitsarbeit und Kommunikation.........................................10 2 PROJEKTMODUL: Weiterbetrieb einer Servicestation für Wasserstoff-Pkw am

Projektstandort Messedamm .................................................................................................19 3 PROJEKTMODUL: „Aufbau, Erprobung und temporärer Betrieb einer mobilen 700bar-

Betankungseinrichtung am Standort Margarete-Sommer-Straße“ (Phase I) .........................26 4 PROJEKTMODUL: „Anschlussvorhaben Erprobung und Weiterbetrieb einer mobilen

700bar-Betankungseinrichtung am Standort Margarete-Sommer-Straße (Phase II)“ ...........31 5 PROJEKTMODUL: „Errichtung einer voll integrierten öffentlichen Wasserstofftankstelle an

der Bramfelder Chaussee in Hamburg“ ..................................................................................34 6 PROJEKTMODUL: „Errichtung einer voll integrierten öffentlichen Wasserstofftankstelle an

der Cuxhavener Straße in Hamburg / Zusätzliche Errichtung einer Wasserstofftankstelle an der Heidestraße in Berlin“ .............................................................41

7 PROJEKTMODUL: „Testbetrieb zweier Toyota FCHV-adv Brennstoffzellenfahrzeuge im Jahr 2010 als Vorbereitung des Flottenbetriebs ab 2011“ .............................................................49

8 PROJEKTMODUL: Übergeordnetes Modul – Phase III - Gremien, Projektkoordinierung, Wissensmanagement, Öffentlichkeitsarbeit und Kommunikation.........................................54

9 PROJEKTMODUL: Aufbau und Betrieb einer voll integrierten, öffentlichen Wasserstofftankstelle an der Holzmarktstraße in Berlin (Leistungsanteil STATOIL) ..............66

10 PROJEKTMODUL: Übergeordnetes Modul – Aufbau und Betrieb einer voll integrierten, öffentlichen Wasserstofftankstelle an der Holzmarktstraße in Berlin (Leistungsanteil TOTAL) .....................................................................................................................................81

11 PROJEKTMODUL: Optimierung des Systemdesigns und Weiterbetrieb einer voll integrierten Wasserstofftankstelle für Pkw und Busse an der Heerstraße in Berlin inkl. Errichtung eines Wasserstoffzwischenspeichers in Prenzlau (Leistungsanteil ENERTRAG) ..............................................................................................................................96

12 PROJEKTMODUL: Optimierung des Systemdesigns und Weiterbetrieb einer voll integrierten Wasserstofftankstelle für Pkw und Busse an der Heerstraße in Berlin inkl. Errichtung eines Wasserstoffzwischenspeichers in Prenzlau (Leistungsanteil TOTAL) ........109

13 PROJEKTMODUL: Übergeordnetes Modul – Phase III.1 - Gremien, Projektkoordinierung, Wissensmanagement, Öffentlichkeitsarbeit und Kommunikation.......................................125

14 PROJEKTMODUL: Shell-Forschungstankstelle Sachsendamm ...................................................142 15 PROJEKTMODUL: Weiterbetrieb von vier Bussen mit Wasserstoffverbrennungsmotoren ......151 16 PROJEKTMODUL: Bereitstellung, Betrieb und Qualifizierung von

Brennstoffzellenfahrzeugen im Rahmen von CEP III ............................................................167 17 PROJEKTMODUL: Weiterführung der Ford Brennstoffzellen-Technologieentwicklung zur

Erreichung von konzernweiten Kostenzielen .......................................................................174 18 PROJEKTMODUL: Aufbau und Betrieb der Wasserstofftankstelle Amelsbüren ........................210 19 PROJEKTMODUL: „HRS Detmoldstraße“ – Aufbau und Betrieb einer H2-Tankstelle mit 300

bar Kryodrucktechnologie (CcH2) und 700 bar Technologie (CGH2) ...................................225 20 PROJEKTMODUL: „Hy-UWE“ – Umbau und Weiterbetrieb derH2-Tankstelle Berlin

Holzmarktstraße ...................................................................................................................238 21 PROJEKTMODUL: Hy8 – Aufbau und Betrieb von 8 Wasserstofftankstellen.............................251 22 PROJEKTMODUL: Betrieb einer voll integrierten, öffentlichen Wasserstofftankstelle an der

Heidestraße in Berlin ............................................................................................................271 23 PROJEKTMODUL: Forschungsbetrieb Wasserstofftankstelle Sachsendamm ...........................282 24 PROJEKTMODUL: Shell5Hy - Integration von 5 HRS in bestehende Mineralöltankstellen .......295

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25 PROJEKTMODUL: Errichtung einer voll integrierten öffentlichen Wasserstofftankstelle an der Schnackenburgallee in Hamburg ....................................................................................306

26 PROJEKTMODUL: SmartFuel® für Hamburg – Entwicklung und Demonstration einer betriebsoptimierten Wasserstofftankstelle am Standort Hamburg .....................................320

27 PROJEKTMODUL: H2BER ...........................................................................................................341

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0 Einführung

0.1 Die Clean Energy Partnership

Im Fokus der Clean Energy Partnership (CEP) steht die saubere Mobilität der Zukunft – geräusch- und emissionsarm. In einer sich entwickelnden Partnerschaft erproben weltweit führende Indsutrieunternehmen seit 2002 die Systemfähigkeit von Wasserstoff (H2) im täglichen Einsatz1.

Ein ehrgeiziges Vorhaben, denn sowohl die technischen als auch wirtschaftlichen Lösungen sollen in der alltäglichen Anwendung überzeugen. Dazu zählen nicht nur der kontinuierliche Betrieb leistungsfähiger Wasserstofffahrzeuge und deren schnelle und sichere Betankung. Die CEP kümmert sich ebenso um die saubere und nachhaltige Erzeugung von Wasserstoff, um den Wasserstofftransport und die Speicherung von H2 im flüssigen und im gasförmigen Zustand.

Wasserstoff ist ein Energiespeicher, der seinen größtmöglichen Beitrag zum Klimaschutz dann leistet, wenn er nachhaltig produziert wird. Deshalb ist die zunehmende Einbindung erneuerbarer Energiequellen für die Wasserstoffproduktion ein klares Ziel der CEP.

Hervorgegangen aus der „Verkehrswirtschaftlichen Energiestrategie“ (VES) wurde die Clean Energy Partnership im Dezember 2002 als gemeinsame Initiative von Politik und Industrie unter Federführung des Bundesverkehrsministeriums etabliert.

Leuchtturmprojekte schlagen eine Brücke zwischen Forschung und Entwicklung und den späteren Märkten und schaffen Plattformen für die Vermarktung. Die Clean Energy Partnership wurde als Leuchtturmprojekt des Nationalen Innovationsprogramms Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NIP) im Verkehrsbereich etabliert. Mit dem Innovationsprogramm stellte die Bundesregierung in der ersten Phase 200 Mio. € öffentlicher Mittel für Forschung und Entwicklung sowie weitere 500 Mio. € für die Demonstration von Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie in den Bereichen Verkehr, stationäre Versorgung und spezielle Märkte zur Verfügung.

Diese Summe wurde durch den Beitrag der Industrie noch verdoppelt: So wurden in Deutschland bis 2016 rund 1,4 Mrd. € in die Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie investiert.

Koordiniert wird das NIP von der NOW GmbH (Nationale Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie). Die Clean Energy Partnership ist das größte Demonstrationsprojekt für Wasserstoffmobilität in Europa.

Seit 2017 wird die CEP als ausschließlich industriefinanzierte Initiative fortgeführt.

0.2 Demonstration in vier Phasen

Phase I – Erste Tankstellen und Fahrzeuge im Aufbau: Im Oktober 2004 wurde die erste CEP-Wasserstofftankstelle an der Aral-Tankstelle Messedamm in Berlin eröffnet. Neben Diesel und Benzin konnte man dort zum ersten Mal öffentlich gasförmigen und flüssigen Wasserstoff tanken.

In der ersten Phase von Dezember 2002 bis Mai 2008 testete die Partnerschaft eine Vielzahl von Wasserstoffanwendungen: Dazu zählten die Vor-Ort-Erzeugung von Wasserstoff durch Wasserelektrolyse oder Flüssiggas-Reformierung, die zentrale Wasserstoffproduktion durch Dampfreformierung aus Erdgas sowie die Distribution per Tanklastzug. Des Weiteren wurden die Lagerung und Bereitstellung von druckförmigem und flüssigem Wasserstoff an den Tankstellen sowie die mobile Anwendung als Kraftstoff in durchschnittlich 17 Wasserstofffahrzeugen mit Brennstoffzellen oder Verbrennungsmotoren erprobt.

1 Ehemalige Mitglieder umfassen die Berliner Verkehrsbetriebe, Statoil und Vattenfall.

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Ebenfalls Teil der ersten Phase war die Einweihung der teilweise öffentlichen CEP-Wasserstofftankstelle an der Heerstraße in Berlin-Spandau, die derzeit am stärksten frequentierte H2-Tankstelle der Welt. Dort werden nicht nur die Pkw der Partnerschaft flüssig und gasförmig betankt, auch BVG-Busse werden direkt auf dem angrenzenden Betriebshof mit großen Mengen Wasserstoff versorgt.

Phase II - Technologie auf dem Prüfstand: Im Mai 2008 startete die CEP in ihre zweite Phase. Bis Ende 2010 erfolgte die Weiterentwicklung der relevanten Technologien und der Nachweis, dass diese den Anforderungen im praktischen, alltäglichen Einsatz gerecht werden. Insgesamt fuhren bis Ende 2010 über 40 Pkw von sechs verschiedenen Herstellern, vier Nahverkehrsbusse der Berliner Verkehrsbetriebe sowie sechs Busse der Hamburger Hochbahn in der CEP-Flotte.

Alle Daten und Erfahrungen, die im Flottenbetrieb gesammelt wurden, helfen dabei, die Technologie zu verbessern und Markthemmnisse zu beseitigen. So konnte an Brennstoffzellensystemen sowohl ein gesteigerter Wirkungsgrad als auch die Frost-Start-Fähigkeit bei bis zu -30° C im Fahrzeug nachgewiesen werden.

Darüber hinaus konnten die Fahrzeugreichweiten auf bis zu 790 km pro Tankfüllung (je nach Fahrzeug) erhöht werden, was Wasserstoffautos gegenüber herkömmlichen Pkw auch in diesem Aspekt konkurrenzfähig macht. Und letztlich sorgten technische Weiterentwicklungen dafür, dass auch die Kosten für die Wasserstoffspeicherung und das Brennstoffzellensystem kontinuierlich reduziert wurden.

Im Bereich Betankung setzte die CEP mit der modernsten Wasserstofftankstelle Europas den Standard für den weiteren Ausbau der Infrastruktur. An der CEP-Tankstelle an der Holzmarktstraße in Berlin wird Wasserstoff vor Ort per Elektrolyse erzeugt. Besonders innovativ ist die unterirdische Speicherung des gasförmigen Wasserstoffs bei einem Druck von 1000 Bar und die dadurch erreichte Platzersparnis bei der Lagerung. Für die Kunden bedeuten die Fortschritte, dass mehr Tankstellen zur Verfügung stehen und das Tanken einfacher und schneller geworden ist.

Der CEP als dynamischer Gemeinschaft gelingt es auf Basis der bisherigen Erfolge in immer stärkerem Maße, weitere Key-Player zu integrieren. In Phase II wurden mit Shell und der Hamburger Hochbahn zwei weitere Partner gewonnen. Im Januar 2010 ist Toyota als sechster Automobilkonzern der Partnerschaft beigetreten. Auch Nordrhein-Westfalen und Baden-Württemberg wirken seit 2010 als assoziierte Partner in der CEP mit. Weitere Interessenten bemühen sich um eine Aufnahme in das Projekt.

Als wichtiges Demonstrationsprojekt setzt die CEP darüber hinaus auf internationale Allianzen: Bei der Kooperation mit der California Fuel Cell Partnership (CaFCP) und dem Austausch mit HyNor, einem Norwegischen Projektverbund, stehen Standardisierungsprozesse und Forschungsergebnisse im Vordergrund.

Phase III – Stückzahlen: Im Mittelpunkt der Phase III der Clean Energy Partnership von 2011 bis 2016 stand die Marktvorbereitung mit einem breit angelegten Betrieb von Fahrzeugen in Kundenhand, um weitere Erkenntnisse über die Schnittstellen zwischen Fahrzeug, Kunde und Infrastruktur zu erlangen.

Bis 2013 wurde die Fahrzeugflotte auf über 100 Brennstoffzellen-Pkw aufgestockt. Die Fahrzeughersteller hatten sich hierbei die weitere Optimierung von Fahrzeugeffizienz, -leistungsfähigkeit und -zuverlässigkeit als Ziel gesetzt. Neue Partner und weitere Regionen trugen dazu beitragen, dass die Clean Energy Partnerschaft wuchs – und mit ihr das Tankstellennetz und die Fahrzeugflotte.

Im Bereich der Infrastruktur erfolgte ein substantieller Ausbau des Tankstellennetzwerks. Zwischen 2015 und 2016 erfolgte im Rahmen des sogenannten 50-Tankstellen-Programms ein Ausbau des Netzwerks auf annähernd 50 Standorte deutschlandweit. Parallel gründeten Partner der CEP im Jahr

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2015 die H2 MOBILITY Deutschland GmbH & Co. KG, die ab 2017 den weiteren Netzausbau im Wesentlichen übernahm.

Die Erzeugung von „grünem“ Wasserstoff und seine Distribution eine eine wichtige Zielvorgabe der CEP. Mindestens die Hälfte des Wasserstoffs an CEP-Tankstellen stammte aus regenerativer Erzeugung.

Phase IV – Die Phase des Markteintritts: Die CEP stellt seit 2017 die Weichen für eine zuverlässige, bezahlbare und mit attraktiven Geschäftsmodellen verbundene Wasserstoffmobilität von morgen. Sie wird wie in der Vergangenheit auch zukünftig die zentrale Industrieplattform und wesentlicher Ansprechpartner für Politik und Gesellschaft sein, wenn es um Fragen des Beitrags der Wirtschaft zur nachhaltigen Transformation des Verkehrs- und Energiesektors hin zu einer klimaneutralen Wasserstoffwirtschaft geht. Zur Realisierung des Schulterschlusses mit der Energiewende, der die Voraussetzung für eine klimafreundliche und auf regionaler Wertschöpfung basierenden Wasserstoffwirtschaft bildet, sollen die vorhandene Expertise und die unternehmenseigenen Ressourcen verstärkt genutzt und die Partnerschaft für neue Akteure geöffnet werden. Um die Vorteile der Wasserstoffmobilität nicht nur im Bereich der Dekarbonisierung des Verkehrssektors, sondern auch in den Bereichen Luftqualität in Innenstädten (Feinstaub, Stickoxide) sowie Lärmschutz (lärmreduzierte Antriebe) zeitnah für die Gesellschaft spür- und sichtbar zu machen, bedarf es neben einer höheren Durchdringung des Pkw- und Bus-Fahrzeugbestands mit Brennstoffzellenantrieben auch einer Ausweitung der Wasserstoffmobilität auf andere Verkehrsträger. Die CEP wird in Phase IV daher verstärkt Entwicklungen anstoßen und Kooperationen eingehen, die Lösungen für die Versorgung von innerstädtischen Lieferverkehren, Güterverkehren auf Straße und Schiene und im ÖPNV mit Wasserstoff als Kraftstoff vorsehen. In der CEP bündelt sich die Expertise der Partnerunternehmen aus den Bereichen der Automobil-, Mineralöl- und Technische Gaseindustrie sowie der Energiewirtschaft. Die guten Erfahrungen der langjährigen unternehmens- und branchenübergreifenden Kooperation in der CEP sollen nun genutzt werden, um die durch die Auslagerung des Tankstellenbaus und -betriebs für 700 bar Pkw an die H2Mobility freiwerdenden Ressourcen zur

• Integration von Wasserstoff als Kraftstoff in betriebliche, kommunale und öffentliche

Fahrzeugflotten (Entwicklung Flottenmobilität mit Wasserstoff),

• verkehrsträgerübergreifende Ausweitung des Angebots an Fahrzeugen, die Wasserstoff

effizient als Kraftstoff in Brennstoffzellenantrieben nutzen (insbesondere motorisierte

Zweiräder, Nutzfahrzeuge im innerstädtischen Personen- und Lieferverkehr, Nutzfahrzeuge im

überregionalen Schwerlastverkehr, Reisebusse, Schienenfahrzeuge), und

• Versorgung der Flotten mit steigenden Anteilen grünen Wasserstoffs

einzusetzen. Hierbei wird wie in der Vergangenheit darauf geachtet, dass die entwickelten Lösungsansätze durch gemeinsame Demonstrationsvorhaben und unternehmenseigene Aktivitäten in Hinblick auf ihre Praxistauglichkeit getestet und evaluiert werden. Mehr als zuvor rückt in Phase IV der CEP die Entwicklung neuer Geschäftsmodelle in den Vordergrund, um die Wasserstoffmobilität nicht nur technologisch möglich, sondern auch wirtschaftlich sinnvoll zu gestalten. Hierbei gilt es, neben Maßnahmen zur Senkung der Kosten und zur Erschließung der Märkte auch die aktuellen regulativen Rahmenbedingungen zu prüfen und konstruktiv mit allen Beteiligten darauf hinzuwirken, dass vorhandene Synergien und Potenziale der Wasserstoffmobilität im Kontext der Energiewende (Sektorenkopplung, Speicherung erneuerbarer Energien) optimal ausgeschöpft werden können.

0.3 Zu diesem Dokument

Zur Erreichung ihrer Projektziele realisiert die Clean Energy Partnerschip eine Reihe verschiedener Verbundvorhaben (sogenannte Projektmodule) in unterschiedlichen partnerschaftlichen Konstellationen, mit unterschiedlichen Laufzeiten.

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Im Rahmen dieses Dokuments werden diejenigen Projektmodule in ihren Projektergebnissen umfassend dargestellt, die durch die CEP-Partnerschaft - beginnend mit Phase II der CEP (ab 1.5.2008) - erfolgreich abgeschlossen wurden. Keine Berücksichtigung finden einerseits die vor Start des Nationalen Innovationsprogramms – also im Rahmen der Phase I der CEP - erzielten Ergebnisse. Andererseits erfahren zunächst diejenigen Projektmodule keine Berücksichtigung, die bislang nicht abgeschlossen wurden. Entsprechende Ergebnisse werden bis jeweils spätestens 9 Monate nach Ende der Laufzeit eines Verbundvorhabens in diesem Dokument ergänzt.

Dieses Dokument gibt mithin keinen Überblick über das Gesamtspektrum der durch die CEP realisierten Aktivitäten sondern beleuchtet lediglich einen kleinen Ausschnitt. Es gibt ferner kein schlüssiges Bild vom aktuellen Sachstand des Leuchtturmvorhabens Clean Energy Partnership.

Folgende Verbundvorhaben wurden durch die Projektpartnerschaft inzwischen erfolgreich abgeschlossen:

Projekttitel Laufzeit Weitere Informationen

Übergeordnetes Modul: Gremien, Projektkoordinierung, Wissensmanagement, Öffentlichkeitsarbeit und Kommunikation

1.5.2008-31.12.2010 Kap. 1

Projektmodul: Weiterbetrieb einer Servicestation für Wasserstoff-PKW am Projektstandort Messedamm

1.7.2008-31.1.2011 Kap. 2

Projektmodul: Aufbau, Erprobung und temporärer Betrieb einer mobilen 700bar-Betankungseinrichtung am Standort Margarete-Sommer-Straße“

1.8.2008-30.4.2009 Kap. 3

Projektmodul: Anschlussvorhaben Erprobung und Weiterbetrieb einer mobilen 700bar-Betankungseinrichtung am Standort Margarete-Sommer-Straße

1.5.2009-31.3.2010 Kap. 4

Errichtung einer voll integrierten öffentlichen Wasserstofftankstelle an der Bramfelder Chaussee in Hamburg

1.11.2010-30.11.2011

Kap. 5

Errichtung einer voll integrierten öffentlichen Wasserstofftankstelle an der Cuxhavener Straße in Hamburg / Zusätzliche Errichtung einer Wasserstofftankstelle an der Heidestraße in Berlin

1.4.2010-30.11.2011 Kap. 6

Testbetrieb zweier Toyota FCHV-adv Brennstoffzellenfahrzeuge im Jahr 2010 als Vorbereitung des Flottenbetriebs ab 2011

1.3.2010-31.12.2010 Kap. 7

Übergeordnetes Modul: Gremien, Projektkoordinierung, Wissensmanagement, Öffentlichkeitsarbeit und Kommunikation (Sachstand zum Ausstieg der Statoil ASA am 30.9.2012)

1.1.2011-31.12.2014 Kap. 8

Aufbau und Betrieb einer voll integrierten, öffentlichen Wasserstofftankstelle an der Holzmarktstraße in Berlin (Sachstand zum Ausstieg der Statoil ASA am 31.12.2012)

1.1.2009-31.12.2013 Kap. 9

Aufbau und Betrieb einer voll integrierten, öffentlichen Wasserstofftankstelle an der Holzmarktstraße in Berlin (Sachstand zum Projektende)

1.1.2009-31.03.2014 Kap. 10

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Optimierung des Systemdesigns und Weiterbetrieb einer voll integrierten Wasserstofftankstelle für Pkw und Busse an der Heerstraße in Berlin inkl. Errichtung eines Wasserstoffzwischenspeichers in Prenzlau (Sachstand zum Ende der Engagements der Enertrag AG im Rahmen des Vorhabens)

1.8.2009-31.12.2012 Kap. 11

Optimierung des Systemdesigns und Weiterbetrieb einer voll integrierten Wasserstofftankstelle für Pkw und Busse an der Heerstraße in Berlin inkl. Errichtung eines Wasserstoffzwischenspeichers in Prenzlau (Sachstand zum Projektende)

01.08.2009-31.12.2013

Kap. 12

Übergeordnetes Modul – Phase III.1 - Gremien, Projektkoordinierung, Wissensmanagement, Öffentlichkeitsarbeit und Kommunikation (Sachstand zum Projektende)

01.05.2011-31.12.2014

Kap. 13

Shell-Forschungstankstelle Sachsendamm 01.08.2008-31.12.2014

Kap. 14

Weiterbetrieb von vier Bussen mit Wasserstoffver-brennungsmotoren

01.02.2010-31.01.2015

Kap. 15

Bereitstellung, Betrieb und Qualifizierung von Brennstoffzellenfahrzeugen im Rahmen von CEP III

01.01.2011-31.12.2014

Kap. 16

Weiterführung der Ford Brennstoffzellen-Technologieentwicklung zur Erreichung von konzernweiten Kostenzielen

01.04.2012-30.09.2016

Kap. 17

Aufbau und Betrieb der Wasserstofftankstelle Amelsbüren 01.04.2015-31.12.2016

Kap. 18

HRS Detmoldstraße – Aufbau und Betrieb einer H2-Tankstelle mit 300 bar Kryodrucktechnologie (CcH2) und 700 bar Technologie (CGH2)

01.10.2013-30.06.2017

Kap. 19

Hy-UWE – Umbau und Weiterbetrieb derH2-Tankstelle Berlin Holzmarktstraße

15.10.2013-30.06.2017

Kap. 20

Hy8 – Aufbau und Betrieb von 8 Wasserstofftankstellen 01.09.2013-30.06.2017

Kap. 21

Betrieb einer voll integrierten, öffentlichen Wasserstofftankstelle an der Heidestraße in Berlin

01.12.2011-31.12.2016

Kap. 22

Forschungsbetrieb Wasserstofftankstelle Sachsendamm 01.06.2016-31.12.2016

Kap. 23

Shell5Hy - Integration von 5 HRS in bestehende Mineralöltankstellen

01.07.2016-30.06.2017

Kap. 24

Errichtung einer voll integrierten öffentlichen Wasserstofftankstelle an der Schnackenburgallee in Hamburg

15.10.2013-30.06.2017

Kap. 25

SmartFuel® für Hamburg – Entwicklung und Demonstration einer betriebsoptimierten Wasserstofftankstelle am Standort Hamburg

01.09.2014-30.06.2017

Kap. 26

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H2BER 01.01.2012/3-31.12.2016

Kap. 27

Übergeordnetes Modul – Phase II - Gremien, Projektkoordinierung, Wissensmanagement, Öffentlichkeitsarbeit und Kommunikation

01.04.2015-31.12.2016

Kap. 28

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1 PROJEKTMODUL: Übergeordnetes Modul – Phase II - Gremien, Projektkoordinierung, Wissensmanagement, Öffentlichkeitsarbeit und Kommunikation

Projekttitel: Clean Energy Partnership (CEP) - Phase II, Übergeordnetes Modul: Gremien, Projektkoordinierung, Wissensmanagement, Öffentlichkeitsarbeit und Kommunikation

Verbundpartner im Projektmodul: Adam Opel GmbH Berliner Verkehrsbetriebe A.ö.R. (BVG) BMW AG Daimler AG Ford Forschungszentrum Aachen GmbH Hamburger Hochbahn AG Linde AG Shell Hydrogen BV Statoil ASA Total Deutschland GmbH Toyota Motor Europe NV (ab 1.1.2010) Vattenfall Europe AG Volkswagen AG

Laufzeit des Vorhabens: 01.05.2008-31.12.2010

Förderquote 48%

Förderprogramm: Nationales Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NIP)

Förderkennzeichen: 03BV301<A-M>

Projektstatus abgeschlossen;

Anschlussaktivität „Übergeordnetes Modul – Phase III - Gremien, Projektkoordinierung, Wissensmanagement, Öffentlichkeitsarbeit und Kommunikation“

1.1 Kurzfassung

Im Rahmen dieses Vorhabens realisierten die Verbundpartner die begleitenden Maßnahmen, die für den Ausbau der Clean Energy Partnership zu einem Vorhaben mit weltweit richtungsweisender Wirkung und mit Leuchtturmcharakter für den künftigen Einsatz von Wasserstoff als Kraftstoff im Straßenverkehr erforderlich waren.

Insbesondere umfassten die projektbegleitenden Aktivitäten

• die organisatorische Betreuung und Vernetzung eigenständig beantragter technischer Projektmodule mittels verschiedener durch die Projektpartner personell auszustattender Gremien,

• die Projektkoordinierung und das Projektmanagement des Gesamtvorhabens und seiner nachgeordneten Projektmodule durch einen externen Dienstleister,

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• den Aufbau und die Pflege eines wegweisenden Informations- und Wissensmanagementsystems zum internen Austausch der Forschungsergebnisse durch einen externen Dienstleister,

• die Koordinierung und Durchführung der Projektkommunikation und Öffentlichkeitsarbeit durch einen externen Koordinator Kommunikation („Pressesprecher“) in Zusammenarbeit mit einem externen Dienstleister (PR-Agentur).

1.2 Aufgabenstellung

Die in Phase II der CEP aktiven Verbundpartner,

• die Adam Opel GmbH,

• die Berliner Verkehrsbetriebe A.ö.R. (BVG),

• die BMW AG,

• die Daimler AG,

• die Ford Forschungszentrum Aachen GmbH,

• die Hamburger Hochbahn AG,

• die Linde AG,

• die Shell Hydrogen BV,

• die Statoil ASA,

• die Total Deutschland GmbH,

• die Vattenfall Europe AG und

• die Volkswagen AG

• und die Toyota Motor Europe (ab dem 1.1.2010),

hatten sich zum Ziel gesetzt, im Rahmen dieses Verbundprojekts die erforderlichen begleitenden Maßnahmen für das Gesamtvorhaben zu realisieren.

Dabei umfassten die im Rahmen dieses Übergeordneten Moduls umzusetzenden projektbegleitenden Aktivitäten vor allem:

• die organisatorische Realisierung und Vernetzung der Projektmodule durch die Steuerungs- und Kontrollgremien Vollversammlung (VV) und Steuerkreis (SK) sowie die fachlich inhaltliche Arbeit in den Arbeitsgruppen zu

• Kommunikation und Öffentlichkeitsarbeit

• Infrastruktur und Produktion

• Mobilität/Pkw

• Mobilität/Bus

• Internationale Kooperation (erst im Laufe des Vorhabens ins Leben gerufen),

• Betrieb eines ständig besetzten Projektbüros am Projektstandort Berlin,

• Projektkoordinierung und –management des Gesamtvorhabens und seiner nachgeordneten Projektmodule durch einen externen Dienstleister,

• Aufbau und Pflege eines wegweisenden Informations- und Wissensmanagementsystems zum internen Austausch der Forschungsergebnisse durch einen externen Dienstleister,

• Koordinierung und Durchführung der Projektkommunikation und Öffentlichkeitsarbeit durch einen Koordinator Kommunikation („Pressesprecher“) in Zusammenarbeit mit einem externen Dienstleister (PR-Agentur).

Die technische Realisierung der geplanten Vorhaben zur industriellen Forschung, Entwicklung und vorwettbewerblichen Demonstration von Wasserstofftechnologien erfolgte parallel in sogenannten Projektmodulen, die jeweils Gegenstand eigener Förderanträge und damit nicht Teil des hier beschriebenen Übergeordneten Moduls waren und zum Teil darüber hinaus weiterhin sind (vgl. hierzu auch die nachfolgenden Kap. 2 ff.).

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Ziel war es, durch die Konzentration der begleitenden Aktivitäten in einem einzigen Vorhaben nicht nur eine verbindende Klammer um die Projektmodule zu schließen und sie hierdurch in einen Prozess des inhaltlichen Austauschs und der kontinuierlichen Synergiebildung einzubinden sondern auch die Projektmodule von administrativen Prozessen freizuhalten und so hierdurch die Möglichkeit zu geben, sich voll auf die technische Realisierung ihrer Inhalte zu beschränken.

Im Rahmen des Vorhabens wurde das sogenannte Knowledge and Information Management System (KIM) als gemeinsamer übergeordneter Wissenspool aufgebaut und ab Herbst 2008 betrieben. In der CEP generiertes Know-how stand hiermit jederzeit für alle Projektmodule zur Verfügung und ermöglicht es so Synergien zu erschließen, wie dies bislang in anderen vergleichbaren Vorhaben nicht möglich war. Das System KIM wird in Phase III des Vorhabens seit 1.1.2011 ohne Unterbrechung weiterbetrieben. Sämtliche im Fördervorhaben gesammelten Informationen stehen in weit über tausend Dokumenten den Projektpartnern auch in Phase III des Vorhabens (Anschlussvorhaben) zur Verfügung.

1.3 Zusammenarbeit mit anderen Stellen

Die Realisierung der geplanten Maßnahmen erfolgte in enger Kooperation aller zunächst 12 - ab 1.1.2010 dann 13 - Projektpartner. Unterstützt wurden diese Arbeiten durch die folgenden Unternehmen, die im Rahmen des Vorhabens durch die Partnerschaft beauftragt wurden, ohne selbst Projektpartner zu sein:

• Spilett New Technologies GmbH, Berlin: Das Unternehmen wurde nach einer zu Beginn des Vorhabens durchgeführten Ausschreibung mit der Projektunterstützung und dem Aufbau des Wissensmanagementsystems KIM beauftragt.

• be: Public Relations GmbH, Hamburg: Das Unternehmen wurde nach einer zu Beginn des Vorhabens durchgeführten Ausschreibung mit der Erbringung von Agenturleistungen im Arbeitsbereich Öffentlichkeitsarbeit / Kommunikation beauftragt.

• Motum GmbH: Das Unternehmen stellte im Zeitraum 1.1.-31.12.2010 die Pressesprecherin der CEP.

Im Rahmen des Projekts arbeitete die Partnerschaft darüber hinaus eng mit der California Fuel Cell Partnership zusammen. Zur Pflege dieser Partnerschaft wurde die Arbeitsgruppe Internationale Kooperation ins Leben gerufen. Die Aktivitäten dieser Arbeitsgruppe konnten im Rahmen des ursprünglich beantragten Budgets zusätzlich realisiert werden.

1.4 Projektverlauf

1.4.1 Übersicht

Das Vorhaben startete planmäßig am 1.5.2008, endete zunächst am 31.12.2010 und wurde am 1.1.2011 als Anschlussvorhaben Clean Energy Partnership (CEP) – Phase III - Übergeordnetes Modul: „Gremien, Projektkoordinierung, Wissensmanagement, Öffentlichkeitsarbeit und Kommunikation“ fortgesetzt.

Das Übergeordnete Modul bildete eine wesentliche Voraussetzung dafür, dass die übergeordneten Ziele der CEP,

• technische Weiterentwicklung von Pkw und Bussen mit Brennstoffzellen und Wasserstoffverbrennungsmotoren sowie Einführung neuer Fahrzeuggenerationen,

• technische Weiterentwicklung von Betankungsinfrastrukturen, Installation von Technologien auf dem aktuellsten Entwicklungsstand,

• Ausbau bestehender Betankungs- und Serviceinfrastrukturen,

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• Errichtung neuer öffentlicher Betankungsstandorte zur Sicherstellung einer regionalen Versorgungssicherheit und zur regionalen Flächenabdeckung,

• Aufbau ausreichender Kapazitäten zur Betankung von Busflotten und zur Abgabe von Wasserstoff in Mengen, die auch im Hinblick auf einen künftigen Einsatz belastbare Aussagen hinsichtlich Verfügbarkeit und Distribution von Wasserstoff im großen Maßstab zulassen,

• Realisierung von technologischen und operativen Verbesserungspotenzialen durch Umsetzung der „lessons learned“ aus CEP Phase I,

• die Erprobung der Fahrzeug-, Erzeugungs- und Betankungstechnik unter Alltagsbedingungen,

• die Definition alternativer Bereitstellungspfade für Wasserstoff,

• die gemeinsame Meilensteinüberprüfung und Festlegung der genauen Inhalte für Phase III.

erreicht werden konnten.

Insbesondere das im Rahmen des Vorhabens entwickelte und umgesetzte Informations- und Wissensmanagementsystem hatte maßgeblichen Einfluss darauf, dass technologische Herausforderungen zügig erkannt und „lessons learned“ rasch umgesetzt werden konnten. Dank der engen Zusammenarbeit der Partner der Bereiche setzte das Projekt erhebliche Synergien frei, die eine beschleunigte Marktvorbereitung für Wasserstofftechnologien in der sich anschließenden Phase III begünstigen. Hiermit konnten Projektprozesse insbesondere in den Arbeitsgruppen des Übergeordneten Moduls so erfolgreich implementiert werden, dass eine steigende Nutzung von Wasserstoff und Brennstoffzellen nach Phase III des Vorhabens realistisch wird.

Die Bereitschaft der Partner, wesentliche Ergebnisse ihrer angewandten Forschung und Entwicklung sowie wesentliche Betriebsdaten ihrer Fahrzeuge und Anlagen in einem gemeinsamen Wissenspool zusammenzutragen und dieses Know-how im Interesse einer raschen Weiterentwicklung zu teilen, führte dazu, dass Phase II mit einem maßgeblichen Zugewinn an Wissen und wesentlichen Erkenntnissen für eine künftige wirtschaftliche wie technische Optimierung der Anlagen und relevanten Prozesse abgeschlossen werden konnte.

Die Umsetzung des Vorhabens erfolgte in vier Arbeitspaketen.

1.4.2 Strategische Projektentwicklung und –steuerung, Gremien

Im Rahmen dieses Arbeitspakets wurden die folgenden Projektgremien ins Leben gerufen und über die gesamte Projektlaufzeit durch die Projektpartner personell ausgestattet:

• Vollversammlung (VV),

• Steuerkreis (SK),

• Arbeitsgruppe Infrastruktur und Produktion - AGIP,

• Arbeitsgruppe Mobilität /PKW – AGMP,

• Arbeitsgruppe Mobilität/Busse – AGMB,

• PR Task Force,

• Arbeitsgruppe Internationale Kooperation.

1.4.3 Projektkoordinierung

Mit der Durchführung der Projektkoordinierung beauftragte die CEP die Spilett New Technologies GmbH mit Sitz in Berlin.

Der Projektkoordinator erbrachte im Rahmen dieses Arbeitspakets umfassende Leistungen in folgenden Aufgabenfeldern:

• Schnittstellenverortung und –management,

• Interne Kommunikation,

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• Budget- und Förderungsmanagement,

• Technisches Berichtswesen,

• Sitzungsmanagement,

• Raumbelegungs- und Terminmanagement,

• Vertrags- und Beitrittsmanagement,

• Koordinierung Aus- und Weiterbildung,

• Akzeptanzanalysen,

• Projektvertretung,

• Projektsekretariat,

• Bilateraler Informationsaustausch.

1.4.4 Wissensmanagement

Mit dem Aufbau und Betrieb sowie der kontinuierlichen Erweiterung des projekteigenen Wissens- und Informationsmanagementsystems beauftragte die CEP ebenfalls die Spilett New Technologies GmbH mit Sitz in Berlin.

Im ersten Berichtszeitraum wurde die Erstellung der Plattform zunächst konzeptionell vorbereitet und umgesetzt. Die Konzeptionsphase umfassten die Definition der funktionalen Anforderungen des Tools in Abstimmung mit der technischen Umsetzbarkeit sowie die graphische Gestaltung der intuitiv bedienbaren Nutzeroberfläche.

Desweiteren wurde ein Konzept erstellt, in dem die individuellen Zugriffsrechte auf Arbeitsgruppenbasis detailliert geregelt wurden.

Das Wissensmanagementtool wurde im Entwurf am 18.12.2008 in Zusammenarbeit mit dem Systementwickler Community4you GmbH, einem Unterauftragnehmer der Spilett GmbH, fertiggestellt und stand planmäßig ab Anfang 2009 zur Verfügung. Die vollständige Fertigstellung des Tools erfolgte im April 2009.

Die Definition der Wissensziele des Projekts begann im Frühjahr 2009, da sich die Mehrzahl der erwarteten Module zunächst in der Planungs- bzw. Antragsphase befanden und somit noch kein abschließender Überblick über alle Aktivitäten möglich war. Die Liste der Wissensziele wurde über die Projektlaufzeit kontinuierlich fortgeschrieben.

Die Informations- und Wissenserhebung wurde 2008 begonnen und über die Projektlaufzeit fortgesetzt. Verschiedene Konzepte zur Erfassung und Bereitstellung der laufend erhobenen Daten (Betankungsdaten und Betriebsdaten der Tankstellen, Betankungsdaten und Wartungsinformationen der Mobilitätspartner) wurden erörtert. Ein Datenmodell auf Basis einer relationalen Datenbank wurde entwickelt.

Automatisierungstechniken für den Rohdatenimport, Prüfroutinen für Plausibilitätschecks und Auswerteroutinen zur Berichtsgenerierung der Infrastruktur- ebenso wie der Mobilitätsdaten wurden entwickelt. Für die Auswertungen zum Abgleich der Betankungsdaten zwischen Tankstelle und Pkw wurden automatisierte Importroutinen entwickelt, die die Rohdaten, die durch die Partner bereitgestellt werden, aufbereitet und halbautomatisiert zuordnet.

Die automatisiert nach Import von Rohdaten erstellten Berichte wurden in Abhängigkeit der Vertraulichkeitsstufe in regelmäßigem Turnus zu folgenden Themenbereichen zur Verfügung gestellt:

Vertraulichkeitsstufe öffentlich

• Aufstellung aller in CEP Phase II betriebenen Pkw-Modelle mit technischen Grunddaten

• CEP-Faktensammlung

• Monatliche Betankungs- und Betriebsdaten (Pkw- und Busflotte)

• Monatliche Betankungsdaten nach Tankstellen (Pkw- und Busflotte)

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Vertraulichkeitsstufe CEP

• Aufstellung aller in CEP Phase II betriebenen Pkw mit technischen Grunddaten und Zulassungsangaben

• Monatliche Betankungs- und Betriebsdaten (Busflotte)

• Monatliche Betankungs- und Betriebsdaten (Pkw-Flotte)


• Zeitplan Infrastruktur und Mobilität

Vertraulichkeitsstufe AGMP

• Aufstellung aller in CEP betriebenen Pkw mit technischen Detaildaten

• Projektdatenblätter Fahrzeugbetrieb

• Vergleich Betankungsdaten der Pkw-Flotte

• Vergleich Betankungsdaten der Busflotte

Vertraulichkeitsstufe AGIP

• Monatliche Energiebilanzen

• Monatliche Massenbilanzen (GH2)

• Monatliche Massenbilanzen (LH2)

• Projektdatenblätter Tankstelle



Bei der Bearbeitung von Anfragen aus Wissenschaft und Forschung bzw. von nationalen und internationalen Projekten wie „Prepare H2“, „H2moves Scandinavia“ etc. konnte direkt bzw. indirekt unterstützt werden.

Auf Grundlage des entwickelten Datenmodells wurden Defizite bei der bisherigen Datenerhebung aufgedeckt. Diese Defizite in Art und Umfang der erhobenen Daten waren im Rahmen des Projekts auszuräumen, um eine zielgerichtete Auswertung zu ermöglichen. Eine Anwendung des Datenmodells über die Projektlaufzeit erfolgt in Phase III des Vorhabens.

1.4.5 Kommunikation und Öffentlichkeitsarbeit

Die Kommunikation und Öffentlichkeitsarbeit der CEP wurde während der gesamten Projektlaufzeit durch die folgenden Organe abgewickelt:

• den CEP-Pressesprecher, der in dieser Funktion zugleich Leiter der PR Task Force ist,

• die PR Task Force als zuständige Arbeitsgruppe für diesen Arbeitsbereich,

• eine durch die Partnerschaft zu gleichen Teilen beauftragte externe PR-Agentur.

Leistungen, die im Rahmen dieses Arbeitspakets durch die o.g. Projektorgane erbracht wurden, umfassten (in chronologischer Reihenfolge) im Detail:

• Überarbeitung CEP-Außendarstellung und Erarbeitung von Kommunikationsmitteln (Branding Manual, Logo, Branding, Broschüre, Stelen, Standardpräsentation, Relaunch des Internetauftritts inkl. Technologiekonzept, Laborblick, FAQ, Expertenwissen),

• Erarbeitung CEP-Projektbeschreibung,

• Erstellung eines transportablen Messemodells mit integriertem Technologiekonzept,

• Beantwortung von Anfragen und Durchführung von Besucherterminen an der Tankstelle Heerstraße,

• Erstellung von Quartalsberichten mit Medienspiegel,

• Erstellung neuer Roll-ups für Messeaktivitäten,

• Teilnahme an einer Vielzahl von Events,

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• Erstellung von Pressemitteilungen zu allen relevanten Meilensteinen,

• Ausarbeitung eines Public Affairs Konzeptes,

• Erstellung einer Pressemappe

• laufende Erarbeitung von Pressetexten,

• Erstellung und Versand eines regelmäßigen Newsletters,

• Erstellung von Brandingmaterial für die CEP-Fahrzeugflotte,

• Erstellung Partner-Postkarten als Kommunikationsmittel,

• Erarbeitung Konzept für NOW Kampagne „Energie im Wandel“ im Vorfeld zur WHEC,

• Erarbeitung von Kommunikationsstrategien: Elektromobilität, Grüner Wasserstoff, Preisgestaltung,

• Organisation & Medienarbeit Events,

• Präsentation erster Kommunikationsansätze für Phase III.

1.5 Projektevaluation

1.5.1 Ergebnisse und Zielerreichung

Alle wesentlichen Projektziele konnten im Rahmen des Vorhabens erreicht werden.

Zu Beginn des Gesamtvorhabens CEP hatte sich die Partnerschaft eine Reihe wissenschaftlicher und technischer Arbeitsziele gesteckt, die es durch Realisierung des Übergeordneten Moduls und geeigneter Projektmodule bis zum Ende der Laufzeit von Phase II zu unterstützen galt (die technische Realisierung selbst war i.d.R. Gegenstand nachgeordneter technischer Module):

• Technische Weiterentwicklung von wasserstoffgetriebenen Pkw und Bussen: Während der Projektlaufzeit wurden mit dem Hydrogen4 und dem F-Cell neue Fahrzeuggenerationen der Projektpartner Opel und Daimler ins Projekt eingebracht. Auch Volkswagen brachte mit Tiguan, Audi Q5 und Caddy technische Weiterentwicklungen gegenüber den in Phase I erprobten Fahrzeugen ein. Die Einführung einer neuen Generation von Brennstoffzellenbussen stand zum Projektende in Hamburg bevor.

• Technische Weiterentwicklung von Betankungsinfrastrukturen, Installation von Technologien auf dem aktuellsten Entwicklungsstand: Schwerpunkt in Phase II war die Einführung einer weitgehend standardisierten Tankstellentechnologie mit dem Ziel Anlagenpreise zu erreichen, wie sie im Sinne einer Markteinführung unerlässlich sind. Insbesondere die parallel erfolgende Gründung der Initiative H2Mobility im Jahr 2009 ermöglichte es den Anlagenherstellern, mit entsprechend standardisierten Produkten unterschiedlicher Größe (H2Mobility sieht drei unterschiedlich dimensionierte Standardanlagentypen vor) in Wettbewerb zueinander zu treten. Mit dem Ziel einer hohen Kundenzufriedenheit führte die CEP während der Laufzeit ein alle Betankungsstandorte umfassendes Nutzermeldesystem ein. Jederzeit ist es nun den Nutzern möglich, vor Anfahrt einer Tankstelle deren Betriebszustand zu überprüfen. Die Vereinbarung und Umsetzung eines einheitlichen CEP-Betankungsmindeststandards für alle Standorte war daneben eines der wesentlichen Ergebnisse der Projektphase.

• Ausbau bestehender Betankungsinfrastrukturen: Die zu Beginn des Vorhabens bereits bestehende Tankstelle Berlin Heerstraße wurde im Rahmen der zweiten Phase umfassend ertüchtigt und insbesondere auf den Betrieb von 700 bar umgerüstet. Eine Ausrüstung sämtlicher bestehender Standorte mit dem Nutzermeldesystem erfolgte ebenfalls in Phase II. Der Einsatz eines gemeinsamen Kartenlesesystems, welches künftig die Betankung mit nur einer Tankkarte an allen CEP-Standorten erlauben soll, befand sich zum Ende des Vorhabens in der Vorbereitung.

• Errichtung neuer öffentlicher Betankungsstandorte zur Sicherstellung einer regionalen Versorgungssicherheit und zur regionalen Flächenabdeckung: Während der Projektlaufzeit wurde eine weitere Tankstelle an der Holzmarktstraße in Berlin eröffnet. Zusätzlich erfolgte

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während der Projektlaufzeit der Betrieb von bis zu zwei temporären Betankungseinrichtungen. In Hamburg befanden sich zum Projektende drei Stationen in Bau oder Planung, in Berlin befanden sich drei weitere Standorte im Aufbau bzw. in der Vorbereitung. Die Vorbereitungen für eine Ausweitung um weitere Standorte in weiteren Regionen waren zum Projektende getroffen.

• Realisierung von technologischen und operativen Verbesserungen durch Umsetzung der „lessons learned“ aus CEP Phase I: Wesentliche Meilensteine waren die Erweiterung aller bestehenden Standorte auf 700 bar, der Aufbau eines Nutzermeldesystems und die Forcierung eines hohen Standardisierungsgrades für Anlagen im Interesse hoher Kosteneffizienz.

• Erprobung der Fahrzeug-, Erzeugungs- und Betankungstechnik unter Alltagsbedingungen: Rund 500.000 Pkw-Kilometer und weit über 200.000 Bus-Kilometer dienten während der Projektlaufzeit der intensiven Erprobung der eingesetzten Technologien. Nahezu 10.000 Betankungen wurden in dieser Zeit an den CEP-Tankstellen erfolgreich durchgeführt.

• Die Untersuchung alternativer Bereitstellungspfade: Zum Ende der Projektlaufzeit widmete sich die CEP sehr intensiv dem Bemühen, weit früher als geplant, einen hohen Anteil regenerativ erzeugten Wasserstoffs im Projekt zum Einsatz zu bringen. War es zu Beginn der Projektlaufzeit Ziel der Partnerschaft, zum Ende von Phase III (2016) einen Anteil von 50% zu erreichen, so wurde das Erreichen dieses Ziel zum Ende der Projektlaufzeit bereits konkret für 2011 vereinbart. Möglich wird dies insbesondere durch die Einführung von BtH-Wasserstoff aus Leuna sowie von Windwasserstoff aus Prenzlau (Erzeugung erfolgt hier im Rahmen der Aktivitäten um das Hybridkraftwerk der Enertrag AG) sowie die neue Wasserstoffproduktion in Hamburg.

• Gemeinsame Meilensteinüberprüfung und Festlegung der genauen Inhalte für Phase III: Zum Ende der Laufzeit des Vorhabens erfolgte eine umfassende Überarbeitung der die Arbeitsbereiche Mobilität/Pkw, Infrastruktur und Produktion konstituierenden Konzeptpapiere, die in ihren nun vorliegenden überarbeiteten Fassungen dem aus Phase II resultierenden Anpassungsbedarf Rechnung tragen.

Das Übergeordnete Modul, welches Gegenstand dieses Schlussberichts ist, bildete eine wesentliche Voraussetzung dafür, dass die genannten Ziele erreicht werden konnten. Insbesondere das geplante Informations- und Wissensmanagementsystem hatte maßgeblichen Einfluss darauf, dass technologische Herausforderungen erkannt und „lessons learned“ rasch umgesetzt werden konnten. Die enge Zusammenarbeit der am Projekt beteiligten Wettbewerber setzte im Projekt erhebliche Synergien frei, die eine beschleunigte Marktvorbereitung für Wasserstofftechnologien massiv begünstigen. Nach gegenwärtigem Stand ist eine Markteinführung von Wasserstofftechnologien zum Abschluss von Phase III des Vorhabens (um 2015/2016) realistisch.

1.5.2 Verwertbarkeit der Ergebnisse

Bei den im Rahmen dieses Vorhabens durchgeführten Aktivitäten handelte es sich um eine Begleitmaßnahme zu den unter dem Leuchtturm CEP bereits zu Beginn des Vorhabens laufenden oder erst im Zuge des Vorhabens begonnen Projektmodulen, welche der technischen Realisierung des Gesamtvorhabens dienten und weiterhin dienen.

Das Übergeordnete Modul selbst ist nicht dazu angelegt, verwertbare sachbezogene Ergebnisse in nennenswertem Umfang zu liefern. Vielmehr soll es durch den Einsatz eines hochentwickelten Informations- und Wissensmanagementsystems, einer umfassenden Öffentlichkeitsarbeit und einer strukturierten Gremienarbeit maßgeblich dazu beitragen, die Verwertungspotentiale im Rahmen der nachgeordneten Projektmodule schneller und effizienter auszuschöpfen. Das im Rahmen des Vorhabens entwickelte Informations- und Wissensmanagementsystem setzt Maßstäbe für vergleichbare Projekte mit großen und komplexen Konsortien. Von besonderer Bedeutung für den wissenschaftlichen Erfolg war der erstmals geprobte Einsatz eines gemeinsamen Datenpools, der intern umfassende technische Analysen unterschiedlicher Antriebssysteme, unterschiedlicher

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Kraftstoffarten und Druckstufen, unterschiedlicher Erzeugungspfade und Technologien und unterschiedlicher Betankungsanlagendesigns erlaubte.

Die umfassende Erprobung von Komponenten für Betankungsanlagen und Fahrzeuge führte zu einem umfassenden Know-how-Aufbau in diesem Bereich und damit einhergehend zu höheren Standzeiten bei Komponenten sowie zu höherer Anlagenverfügbarkeit.

Das Übergeordnete Modul bildete als unabdingbare Voraussetzung für die Implementierung der nachgeordneten Projektmodule die Grundlage für den Erfolg des CEP-Projekts als Ganzes. Ziel der CEP unter Berücksichtigung aller von ihr geplanten Projektmodule ist eine Vorbereitung des Marktes für Wasserstoff als Kraftstoff bis zum Ende der nun in der Umsetzung befindlichen Phase III des Vorhabens.

Unter Verwertung der Ergebnisse dieses Vorhabens und der Phase II als Ganzer steht Phase III nun ganz im Zeichen der Marktvorbereitung, indem es Fahrzeughersteller auf dem Weg zur beginnenden Serienfertigung (von einzelnen Partnern aus der Automobilindustrie bereits für 2015 geplant) begleitet. Sie arbeitet dabei mit der Initiative H2Mobility der Auto- und Mineralölindustrie und Energiewirtschaft zusammen, die infrastrukturseitig die Schaffung einer für die Markteinführung ausreichenden Betankungsinfrastruktur ebenfalls bis 2015 vorsieht. Entsprechende Planungen sind in den Konzeptpapieren der jeweiligen Arbeitsgruppen bereits angelegt.

Vor diesem Hintergrund werden die wirtschaftlichen Erfolgsaussichten von Wasserstoff als Kraftstoff auch weiterhin als gut eingestuft. Maßgeblich für eine erfolgreiche Kommerzialisierung ist es, dass auch in Zukunft ausreichende Mittel durch Industrie und Fördermittelgeber bereitgestellt werden, um die Entwicklung der Technologien und die anschließende Marktvorbereitung als lang angelegten Prozess zu Ende führen zu können.

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2 PROJEKTMODUL: Weiterbetrieb einer Servicestation für Wasserstoff-Pkw am Projektstandort Messedamm

Projekttitel: Clean Energy Partnership (CEP) - Phase II, Projektmodul Mobilität/Pkw 1: „Weiterbetrieb einer Servicestation für Wasserstoff-PKW am Projektstandort Messedamm“

Verbundpartner im Projektmodul: Adam Opel GmbH

BMW AG

Daimler AG

Ford Forschungszentrum Aachen GmbH

Volkswagen AG


Förderquote 48%


Förderkennzeichen: 03BV204A-E


Anschlussaktivität Keine

2.1 Kurzfassung

Im Rahmen dieses Projektmodules, nutzten die Projektpartner eine Servicestation für Wasserstoff-Pkw am Standort Messedamm 8-10 in Berlin-Charlottenburg, welche im Auftrag der Partner durch einen externen Betreiber bereitgestellt wurde. Begleitet wurden diese Maßnahmen durch einen Arbeitskreis „Sicherheit in Werkstätten“, welcher mit der Herausgabe der berufsgenossenschaftlichen Informationsschrift "Wasserstoffsicherheit in Werkstätten" (BGI 5108) seine Arbeit abschließen konnte. Ziele des Vorhabens waren u.a.:

• die Erhöhung der Verfügbarkeit der im Rahmen der CEP eingesetzten Wasserstofffahrzeuge,

• die Erprobung geeigneter Betreiberkonzepte,

• die Entwicklung, Erprobung und Verifizierung geeigneter Sicherheitskonzepte.

2.2 Ausgangslage

Im Frühjahr 2003 war zu Beginn der ersten Phase der CEP durch die Mobilitätspartner die Realisierung einer voll integrierten Servicestation für Wasserstofffahrzeuge beschlossen worden. Als Standort wurde das Gelände der Aral-Tankstelle am Berliner Messedamm 8-10 identifiziert, die in Phase I der CEP als Wasserstofftankstelle betrieben wurde.

Aufgebaut wurde in Phase I eine Servicestation mit sechs Arbeitsplätzen, von denen zwei mit mobilen Hebebühnen ausgestattet waren, sowie mit Sozial- und Büroräumen, welche unmittelbar in den Gebäudekomplex der Tankstelle integriert wurden.

Das Nutzungsprofil der Servicestation umfasste seit ihrer Inbetriebnahme Leistungen einer Demonstrations-, Service- und Betriebseinrichtung, wobei auch kleinere Wasserstoffarbeiten bis hin zu Fahrzeuginertisierungen vorgenommen werden konnten. Detailarbeiten (z.B. Stack-Zerlegung) fanden an diesem Standort nicht statt.

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Seitens der Mobilitätspartner wurde 2003 beschlossen, einen externen Investor mit der Errichtung der Servicestation zu betrauen. Man erteilte im November 2003 der Internationalen Omnibusbahnhof Betreibergesellschaft, IOB GmbH, einem Tochterunternehmen der Berliner Verkehrsbetriebe, den Zuschlag.

Ein Planungs-, Errichtungs- und Nutzungsvertrag verpflichtete die IOB, die Servicestation in enger Zusammenarbeit mit den Partnern zu planen, zu errichten, zu betreiben und an diese zu vermieten. Durch Einsetzung eines Servicemanagers sollte die IOB den reibungslosen Betrieb der Servicestation sicherstellen.

Die Errichtung der Servicestation begann im September 2004. Die vollständige Betriebsbereitschaft der Servicestation war ab September 2005 hergestellt.

Ein gemeinsames Sicherheitskonzept wurde von den Sicherheitsexperten der beteiligten Unternehmen auf Grundlage der Sicherheitskonzepte und Erfahrungen der Partner erarbeitet und in Form einer mit den Genehmigungsbehörden abgestimmten Sicherheitsmatrix als Vorgabe für die Ausführung der Sicherheitsinstallationen bereitgestellt.

Im Zuge der Inbetriebnahme der Servicestation wurden verschiedene Dokumente erarbeitet, die seitdem den ordnungsgemäßen Betrieb regeln:

• Qualitätsmanagement-Arbeitsanweisung: Sicherheitsbelehrung und Gebäudebetrieb

• Qualitätsmanagement-Arbeitsanweisung: Meldeplan Wasserstoff und Brandalarm

• Qualitätsmanagement-Funktionsbeschreibung: Servicemanager

• Alarmkarte – Verhalten im Alarmfall

Folgende Betriebsanweisungen wurden für den ordnungsgemäßen Betrieb der Anlage erlassen:

• Allgemeine Betriebsanweisung

• Betriebsanweisung Wasserstoff, verdichtet

• Betriebsanweisung Wasserstoff, tiefgekühlt, flüssig

• Betriebsanweisung Helium, verdichtet

• Betriebsanweisung Stickstoff, verdichtet

• Betriebsanweisung Benzin


Das hier beschriebene Vorhaben war als ergänzende und begleitende Maßnahme zu den fahrzeugbezogenen Projektmodulen der beteiligten Fahrzeughersteller im Rahmen der CEP und in unmittelbarer Fortsetzung der oben beschriebenen Aktivitäten in Projektphase I zu realisiert.

Nur mit der Verfügbarkeit ausreichender Servicemöglichkeiten für die in der CEP einzusetzenden Fahrzeuge, die allerdings zu Beginn der 2. Phase der CEP in den Niederlassungen der Partner i.d.R. noch nicht zur ausreichend ausgebaut waren, waren die wissenschaftlichen und technischen Arbeitsziele jener Projektmodule zu erreichen, die unmittelbar den Einsatz und die Erprobung von Wasserstoff-Pkw zum Gegenstand hatten. Allein mit der Verfügbarkeit geeigneter Servicekapazitäten konnte auch eine hohe Verfügbarkeit der Fahrzeuge gewährleistet werden.

Ziel des Vorhabens war es daher, auf Grundlage der bereits in Phase I der CEP geleisteten Vorarbeiten eine Servicestation mit mindestens sechs sicherheitstechnisch voll ausgestatteten Arbeitsplätzen über die Projektlaufzeit verfügbar zu halten und diese mit einem Servicemanager personell auszustatten.

Dieses Projektmodul diente mithin insbesondere der logistischen Unterstützung weiterführender Module, indem es

• die kontinuierliche Verfügbarkeit der Fahrzeuge im Rahmen des Projekts sicherstellte,

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• durch die Sicherstellung einer hohen Verfügbarkeit der Fahrzeuge eine wesentliche Voraussetzung für die Markteinführung von Wasserstoff als Kraftstoff schuf,

• durch die Bereitstellung eines geeigneten Umfelds für Aus- und Weiterbildung von Fahrzeugtechnikern einen wesentlichen Grundstein für eine künftige flächendeckende Servicelandschaft legte,

• durch die Erprobung und Validierung von Sicherheitstechniken und -konzepten von Wasserstoffwerkstätten wesentliche Grundlagen für eine Auslegung künftiger Servicestationen schuf und so dazu beiträgt, dass sicherheitstechnische mit ökonomischen Aspekten sinnvoll in Einklang gebracht werden können,

• durch die Erprobung und Validierung von Betreiberkonzepten zu deren Optimierung beiträgt.

Das Projektmodul zielte damit nicht vorrangig auf die Erreichung eigener wissenschaftlicher und technischer Arbeitsziele; es diente vielmehr der Erreichung wissenschaftlicher und technischer Arbeitsziele in anderen Projektmodulen im Arbeitsfeld „Mobilität/Pkw“.


Die Realisierung der Maßnahmen erfolgte in enger Kooperation aller fünf Projektpartner, die ihrerseits alle Vollmitglieder der CEP sind und sich entsprechend als Projektpartner am sogenannten Übergeordneten Modul der CEP beteiligen. Unterstützt wurden diese Arbeiten durch die folgenden Unternehmen, die im Rahmen des Vorhabens durch die Partnerschaft beauftragt wurden, ohne selbst Projektpartner zu sein:

• Internationale Omnibusbahnhof Betreibergesellschaft mbH (IOB), Berlin: Nachdem das Unternehmen in der ersten Projektphase auf Initiative der CEP als Investor und Bauherr der CEP-Servicestation aufgetreten war, agierte es im Rahmen dieses Vorhabens als Vermieter und Betreiber der bestehenden Servicestation. Zum Leistungsumfang der IOB gehörte neben der Bereitstellung des Gebäudes und der wasserstoffspezifischen Gebäudetechnik auch die Bereitstellung eines Servicemanagers

• Spilett New Technologies GmbH, Berlin: Das Unternehmen wurde mit der Projektunterstützung und dem Aufbau des Wissensmanagementsystems KIM beauftragt. Beide Leistungspakete trugen maßgeblich zur erfolgreichen Umsetzung dieses Vorhabens bei. Die Förderung der Leistungen der Spilett GmbH erfolgt nicht im Rahmen dieses Vorhabens sondern im Rahmen des Übergeordneten Moduls, das als eigenständiges Fördervorhaben realisiert wurde (vgl. Kap. 1).

2.5 Projektverlauf

2.5.1 Übersicht

Kern des Leistungsumfangs in diesem Projektmodul war die Fortsetzung des in Phase I (11/2003-05/2008) begonnenen Betriebs der bestehenden Servicestation am Standort Messedamm 8-10 in 14057 Berlin-Charlottenburg im Zeitraum 01.07.2008-31.01.2011.

Die Servicestation diente in Phase II ebenso wie zuvor bereits in Phase I der Wartung und Reparatur der im Rahmen der CEP durch die Partner dieses Fördervorhabens bereitgestellten und weitgehend in Kundenhand betriebenen Wasserstoff-Pkw. Die Entwicklung, der Aufbau und der Betrieb dieser Fahrzeuge waren und sind Bestandteil anderer Projektmodule.

Die Servicestation verfügte über sechs insbesondere sicherheitstechnisch voll ausgestattete Arbeitsplätze für Pkw, die seit dem Übergang der Anlage in den Regelbetrieb im Frühjahr 2005 von den beteiligten Partnern in Abstimmung gemeinsam genutzt wurden. Zwei Arbeitsplätze waren während der gesamten Projektlaufzeit mit mobilen Hebebühnen ausgestattet. Eine dritte Hebebühne

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wurde während der Projektlaufzeit zusätzlich beschafft. In der Anlage standen zusätzlich Büro-, Sanitär- und Lagerräumlichkeiten zur Verfügung.

Der Betrieb der Servicestation erfolgte bis einschließlich 31.12.2010 durch einen externen Betreiber, die Internationale Omnibusbahnhofs-Betreibergesellschaft mbH (IOB mbH). Ein durch den Betreiber bereitgestellter Servicemanager stellte während der gesamten Projektlaufzeit die reibungslose gemeinsame Nutzung sicher.

Auf der Freifläche vor der Servicestation standen den Partnern zusätzliche Gemeinschaftsstellplätze (z.T. überdacht) sowie zwei Gemeinschaftsfertiggaragen zur Verfügung.

Wesentliche, bereits seit 2005 in der Servicestation ausgeführte Arbeiten umfassten im Förderzeitraum:

• Datenauslesungen und Einsatz von Diagnosesystemen,

• Servicearbeiten, Routinekontrollen und Funktionschecks,

• Tankinertisierungen.

Aktivitäten der Servicestation umfassten daneben:

• die anschauliche Demonstration der o.g. Arbeiten sowie der Wasserstofftechnologie für Besuchergruppen,

• Erprobung des Gebäudedesigns insbesondere im Hinblick auf Sicherheitskonzepte und -technik,

• Schulungen, z.B. für Fahrzeugtechniker und Sicherheitskräfte der Feuerwehr, im Umgang mit der Wasserstofftechnologie.

2.5.2 Arbeitspaket 1: Erschließungsmaßnahmen nach dem Ausstieg von BP

Durch den Ausstieg der Deutschen BP AG zum Ende der Phase I, den damit einhergehenden Rückbau der Wasserstoffbetankungstechnologie und die hieraus resultierenden organisatorischen Veränderungen am Projektstandort Messedamm wurde zu Beginn des Vorhabens im Sommer 2008 eine Neuerschließung der Servicestation mit den Medien Wasser, Abwasser, Strom und Telefon erforderlich.

Es wurden daher in der 1. Berichtsperiode ein autonomer Stromanschluss, ein autonomer Frischwasseranschluss und ein autonomer Abwasserkanal neu errichtet. Abweichend von der Projektplanung und -budgetierung wurden die Kosten hierfür den Partnern durch den Betreiber IOB im Rahmen dieses Vorhabens nicht weiterberechnet sondern im Rahmen der Betreiberschaft von der IOB selbst übernommen.

Eine Trennung des Telefonanschlusses von der Telefonanlage der Tankstelle erfolgte nicht.

2.5.3 Arbeitspaket 2: Fortsetzung des laufenden Servicestationsbetriebs

Der in Phase I der CEP begonnene Betrieb wurde im Rahmen dieses Vorhabens im Zeitraum 1.7.2008-31.12.2010 uneingeschränkt fortgesetzt. Zu diesem Zweck wurde der am 27.4.2004 geschlossene Mietvertrag zwischen den Projektpartnern und der IOB GmbH durch einen Nachtrag vom 10.12.2007 ergänzt.

Eine kontinuierliche Nutzung der Anlage durch die während der 2. Phase der CEP in Berlin betriebenen Fahrzeuge konnte verzeichnet werden. Ca. 160 Nutzungsvorgänge wurden während der Projektlaufzeit verzeichnet. Da die CEP-Flotte über die Projektlaufzeit auf bis zu 47 Fahrzeuge in der Spitze angewachsen war, konnte auch die Zahl der Nutzungsvorgänge zunächst regelmäßig gesteigert werden. Parallel konnten aber ganz im Sinne der geplanten Marktvorbereitung auch eigene Werkstätten der meisten OEM für die Wartung von Wasserstofffahrzeugen ertüchtigt und

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Servicemitarbeiter der Niederlassungen geschult werden. Im Laufe der 4. Berichtsperiode war der Aufbau herstellereigener Servicekapazitäten bereits früher als geplant bei denjenigen OEM abgeschlossen, die in Phase III einen Weiterbetrieb oder Ausbau ihrer Flotten planen. Entsprechend war die Nutzungsfrequenz letztlich nicht im selben Maße gestiegen wie die Zahl der Fahrzeuge im Projekt.

2.5.4 Arbeitspaket 3: Erweiterungsmaßnahmen

Im Zuge der Antragstellung erwog die Partnerschaft die Durchführung verschiedener Erweiterungs- und Optimierungsmaßnahmen, die das Gebäude selbst, aber auch die Ausstattung und das Umfeld betrafen und mit deren Durchführung sie den Betreiber zu beauftragen beabsichtigte.

Die Durchführung der geplanten Maßnahmen erwies sich im Zuge der Projektdurchführung weitgehend als unnötig und wurde daher verworfen.

Eine zusätzliche Hebebühne, ein erweiterter Standardwerkzeugsatz und ein Servicewagen wurden durch den Anlagenbetreiber IOB GmbH kostenneutral bereitgestellt und mussten daher durch die Partnerschaft nicht beschafft werden.

2.5.5 Arbeitspaket 4: Rückbau

Im Zuge der Antragstellung war ein Rückbau der Anlage zum Projektende optional vorgesehen worden. Da sich der Betreiber jedoch zu einer Nachnutzung der Anlage entschied, konnte der Rückbau entfallen.

2.5.6 Arbeitspaket 5: Arbeitskreis „Sicherheit in Werkstätten“

Bereits in Phase I hatte eine Arbeitsgruppe innerhalb der CEP in Zusammenarbeit mit der Berufsgenossenschaft Bahnen und der Norddeutschen Metall-Berufsgenossenschaft (jetzt Berufsgenossenschaft Metall Nord-Süd) begonnen, sich intensiv mit Fragestellungen rund um den Umgang mit wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen in Fahrzeugwerkstätten auseinanderzusetzen. Eine gemeinsame Arbeitsgruppe „Sicherheit in Werkstätten“ war ins Leben gerufen worden und sollte ihre Aktivitäten im Rahmen dieses Projektmoduls fortsetzen. Ziel war es, die im Rahmen dieser Arbeitsgruppe erlangten Ergebnisse bis spätestens zum Ende dieses Vorhabens in einer Berufsgenossenschaftliche Informationsschrift (BGI) zusammenzufassen.

Diese konnte schließlich im ersten Halbjahr 2010 als Berufsgenossenschaftliche Informationsschrift "Wasserstoffsicherheit in Werkstätten" (BGI 5108) vorgelegt werden. Die Arbeitsgruppe hatte damit ihr Ziel erreicht.

2.5.7 Arbeitspaket 6: Projektkoordinierung/-management

Im Rahmen dieses Arbeitspakets waren insbesondere auswertbare Betriebsdaten der Anlagen für das Wissens- und Informationsmanagement der CEP zu liefern, dessen Aufbau und Pflege seinerseits Teil des Übergeordneten Moduls (vgl. Kap. 1) ist.

Die Verwaltung der Werkstattkapazitäten erfolgte seit Anfang 2009 über das Wissens- und Informationsmanagementsystem (KIM) der CEP (vgl. hierzu die Aktivitäten im Übergeordneten Modul, Kap. 1). Die Verfügbarkeit von Serviceplätzen konnte seitdem Online von allen Partnern abgefragt werden. Die Pflege des Belegungsplans erfolgte durch den Werkstattmanager.

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Alle Projektziele konnten im Rahmen des Vorhabens erreicht werden.

Zu Beginn des Vorhabens hatte sich die Partnerschaft eine Reihe wissenschaftlicher und technischer Arbeitsziele für dieses Vorhaben gesteckt, die es bis zum Ende der Laufzeit von Phase II zu realisieren galt:

• Sicherstellung einer kontinuierlichen Verfügbarkeit der Fahrzeuge: Dank der Servicestation in Berlin war es allen Projektpartnern, von denen die meisten zu Projektbeginn keine eigenen wasserstofftauglichen Servicekapazitäten in der Region vorhielten, möglich, eine hohe Verfügbarkeit ihrer Fahrzeuge sicherzustellen. Zum Ende des Vorhabens hin konnten die Leistungen von den meisten Partnern in herstellereigene Werkstätten übertragen werden, womit ein wesentlicher Schritt zur Markteinführung vollzogen und ein wesentliches Projektziel erreicht war.

• Schaffung der Voraussetzungen für die rasche Markteinführung von Wasserstoff als Kraftstoff: Die Markteinführung neuer Fahrzeugtechnologien setzt voraus, dass hierfür bereits mit Markteintritt geeignete Serviceeinrichtungen in ausreichendem Umfang bereitstehen. Im Falle von Wasserstoff als Kraftstoff konnte es nicht nur um den reinen Aufbau des Systems gehen. Es waren zunächst umfassende Erkenntnisse darüber zu sammeln, wie insbesondere die Sicherheitssysteme auszulegen sind, um den sicherheitstechnischen Anforderungen zu genügen, ohne dass hierbei die wirtschaftliche Machbarkeit auf der Strecke bleibt. Das Vorhaben mit seiner musterhaften Servicestation diente insbesondere dazu, Erkenntnisse zum ökonomisch tragfähigen Ausbau eines Servicenetzwerks zu gewinnen. Dieses Ziel wurde erreicht. Im Ergebnis des Vorhabens konnten die meisten Partner bereits herstellereigene Servicekapazitäten in der Region aufbauen.

• Vorbereitung einer künftig flächendeckenden Servicelandschaft durch Aus- und Weiterbildung von Fahrzeugtechnikern: Im Zuge des Vorhabens nutzten alle Hersteller die Möglichkeit, das Servicepersonal ihrer regionalen Niederlassungen am Projektstandort zu schulen.

• Erprobung und Validierung von Sicherheitstechniken und -konzepten für Wasserstoffwerkstätten: Im Zentrum stand das Bemühen, im Sinne der Marktvorbereitung die zwingenden sicherheitstechnischen Anforderungen mit ökonomischen Aspekten sinnvoll in Einklang zu bringen. Hier konnten während der Projektlaufzeit maßgebliche Fortschritte gemacht werden, die bei der Auslegung der herstellereigenen Werkstätten der Projektpartner von großer Relevanz waren. Mit den Erfahrungen, die in Phase I und II der CEP gesammelt wurden, sind Wasserstoffwerkstätten heute deutlich günstiger sicherheitstechnisch auszustatten, als dies zum Zeitpunkt der Konzeptionierung der CEP-Servicestation möglich war.

• Erprobung und Validierung von Betreiberkonzepten: Die gemeinsame Anmietung der durch einen Betreiber auf Initiative der Partnerschaft errichteten Station als Konzept für eine Marktvorbereitungsphase hat sich in vollem Umfang bewährt. Sicherheitskonzepte konnten zunächst an einer gemeinsamen Anlage umfassend erprobt werden, ehe eine Realisierung an verschiedenen Standorten erfolgte. Die Kosten der Anlage konnten geteilt werden – eine gemeinsame Nutzung war angesichts der zunächst relativ geringen Fahrzeugzahlen und der damit einhergehenden niedrigen Nutzungsfrequenz wirtschaftlich sinnvoll. Zudem erlaubte das Konzept einer gemeinsamen Nutzung auch den intensiven technologischen Austausch der beteiligten Unternehmen untereinander. Von Bedeutung war andererseits die vertragliche Vereinbarung geeigneter Ausstiegsoptionen aus dem Betreibervertrag. In Abhängigkeit des Projekterfolgs und der damit einhergehenden beschleunigten Entwicklung am Markt war von einer Überführung entsprechender Aktivitäten an herstellereigene Standorte noch während der Vertragslaufzeit auszugehen.

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Die im Rahmen dieses Vorhabens gesammelten Erkenntnisse sind wesentliche Voraussetzung für den kurzfristigen Aufbau und Betrieb herstellereigener Serviceeinrichtungen in den CEP-Regionen, sofern ein Aufbau nicht bereits erfolgt ist. Sie dienen darüber hinaus dem flächendeckenden Aufbau eines Servicenetzwerks.

Erkenntnisse, die im Zusammenhang mit der Entwicklung, Realisierung und insbesondere der Evaluierung von Sicherheitskonzepten für Wasserstoffservicestationen stehen, halfen maßgeblich dabei, inzwischen realisierte oder in der Realisierung befindliche herstellereigene Werkstätten wirtschaftlich nachhaltig zu projektieren.

Grundsätzlich werden die wirtschaftlichen Erfolgsaussichten von Wasserstoff als Kraftstoff gerade im Zuge der aktuellen Diskussionen um einen kommenden Einsatz von elektrischer Energie im Verkehrsbereich als sehr gut eingestuft. Wasserstoff als Energiespeicher für Strom aus regenerativen Quellen sowie als Technologie für die Reichweitensteigerung batterieelektrischer Fahrzeuge wird bei der Entwicklung der Elektromobilität von maßgeblicher Bedeutung sein. Wesentlich für eine erfolgreiche Kommerzialisierung ist es, dass auch in Zukunft ausreichende Mittel durch Industrie und Fördermittelgeber bereitgestellt werden, um die Entwicklung der Technologien und die anschließende Marktvorbereitung als lang angelegten Prozess zu Ende führen zu können.

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3 PROJEKTMODUL: „Aufbau, Erprobung und temporärer Betrieb einer mobilen 700bar-Betankungseinrichtung am Standort Margarete-Sommer-Straße“ (Phase I)

Projekttitel: Clean Energy Partnership (CEP) - Phase II, Projektmodul: Aufbau, Erprobung und temporärer Betrieb einer mobilen 700bar-Betankungseinrichtung am Standort Margarete-Sommer-Straße

Verbundpartner im Projektmodul: Total Deutschland GmbH


Förderquote 48%


Förderkennzeichen: 03BV302

Projektstatus Abgeschlossen

Anschlussaktivität Clean Energy Partnership (CEP) - Phase II, Projektmodul: Anschlussvorhaben Erprobung und Weiterbetrieb einer mobilen 700bar-Betankungseinrichtung am Standort Margarete-Sommer-Straße (vgl. Kap. 4)

3.1 Kurzfassung

Im Rahmen des Vorhabens erfolgte der temporäre Aufbau und Betrieb einer mobilen Tankstelle an der Margarete- Sommer-Straße in Berlin Friedrichshain mit dem Ziel, den durch den Rückbau der in Phase I wichtigen Aral-Tankstelle entstehenden Versorgungsengpass bis zum Aufbau neuer stationärer Kapazitäten zu überbrücken.

Aufgrund der zeitlichen Verschiebung der Fertigstellung der stationären Tankstelle an der Berliner Holzmarktstraße (von Frühjahr 2009 nach Herbst 2009) wurde die Verlängerung des Vorhabens notwendig (vgl. Kap. 4).

3.2 Ausgangslage

Der Übergang aus der Phase I in die technisch und logistisch anspruchsvollere Phase II der CEP ging mit einer Vielzahl von Umbrüchen einher, die insbesondere durch ein nachhaltiges Infrastrukturmanagement zu bewältigen waren.

Vor allem der Ausstieg von BP zum Ende der Phase I erforderte zum Beginn der neuen Projektphase verstärkte Anstrengungen der übrigen Infrastrukturpartner, um die gewohnte Versorgungssituation für die Kunden zu erhalten oder zu verbessern – eine unerlässliche Voraussetzung dafür, dass eine Akzeptanz der Technologie während der Laufzeit des Programms erreicht und ein Markteintritt vorbereitet werden kann. Eine wenn auch nur vorübergehende Verschlechterung der Versorgungsqualität durch den Wegfall der Tankstelle am Messedamm würde daher in erheblichem Maße einer langfristigen Kommerzialisierung der Technologie schaden und war unbedingt zu vermeiden.

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Ziel des hier beschriebenen Projektmoduls war es, eine temporäre Betankungsalternative zu der rückgebauten Aral-Tankstelle am Messedamm zu schaffen und hierbei zugleich neue technische Ansätze für eine mobile 700bar-Betankungsanlagen zu erproben. Neben der Versorgung der bestehenden Fahrzeugflotten war es zugleich Projektziel, mobile Betankungsanlagen als Versorgungsoptionen für frühe Märkte umfassend zu erproben und zu validieren.

Die mobile Betankungsanlage sollte bis zur Inbetriebnahme der stationären Tankstelle an der Berliner Holzmarktstraße in Betrieb bleiben und bis dahin wertvolle Erkenntnisse über die Machbarkeit mobiler Lösungen insbesondere in Kombination mit der 700bar-Technologie liefern. Die Erprobung diente zugleich der frühzeitigen Einführung der jüngsten, auf 700 bar entwickelten Fahrzeuggeneration in das Projekt und ermöglichte so dem Gesamtvorhaben CEP einen erheblichen technologischen Schritt, der zugleich von großer Bedeutung für die Kundenakzeptanz sein würde.


Eine Realisierung der geplanten Maßnahme erfolgte in enger Zusammenarbeit zwischen der Total Deutschland GmbH als Projektpartnerin und der AirLiquide DTA. Das Landesamt für Arbeitsschutz, Gesundheitsschutz und technische Sicherheit (LAGetSi) genehmigte den Betrieb der Anlagen nach Prüfung durch den TÜV. Desweiteren wurden Aktivitäten der SAE Arbeitsgruppe zur Etablierung des Standards J2601 (Betankungsparameter 700bar) unterstützt.

3.5 Projektverlauf

Die Aktivitäten zur Planung und Bauvorbereitung des Vorhabens verliefen ohne wesentliche Planabweichungen.

Abbildung 1: Lageplan der mobilen H2-Betankungsanlage an der Margarete-Sommer-Str.

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Die Installation der mobilen Betankungseinrichtung erfolgte im Auftrag von Total durch AirLiquide.

Aufgrund des mobilen Charakters der Anlage und der begrenzten Nutzungsdauer war keine Baugenehmigung für das Vorhaben erforderlich. Die Errichtungs- und Betriebserlaubnis erging am 11.09.2008 durch das Landesamt für Arbeitsschutz, Gesundheitsschutz und technische Sicherheit Berlin (LAGetSi). Dieser Erlaubnis vorangegangen war eine gutachterliche Stellungnahme des TÜV Rheinland.

Die Betankungseinrichtung wurde durch den TÜV Rheinland am 15.09.2008 abgenommen und in Betrieb genommen. Der für die erfolgreiche Betankung der Fahrzeuge notwendige Schnittstellenabgleich erfolgte bis Ende September 2008.

Die reguläre Wartung der Anlage wurde von Air Liquide im Januar 2009 im Auftrag von Total übernommen.



• Betankungszahlen: Im Projektzeitraum wurden an der mobilen Betankungsanlage 191 Betankungen durchgeführt und insgesamt 254 kg GH2 an Fahrzeuge abgegeben. Davon entfielen 49 Betankungen mit insgesamt 103 kg GH2 auf 700bar-Fahrzeuge. Somit konnte der Nachweis erbracht werden, dass die 700bar-Betankungstechnologie sowohl infrastrukturseitig wie auch im Fahrzeug alltagstauglich ist. Die Aufstellung und der Betrieb der Anlage haben gezeigt, dass sich auch räumlich begrenzte Standorte zur Nachrüstung mit einer (mobilen) H2-Betankungsanlage eignen und der Standort Margarete-Sommer-Str. von den Nutzern der Fahrzeuge als vorübergehende Alternative bis zur Eröffnung der H2-Tankstelle an der Holzmarktstr. im Herbst 2009 angenommen wurde. Mithilfe der mobilen Betankungseinrichtung an der Margarete-Sommer-Str. konnten außerdem die notwendigen Voraussetzungen für den fristgerechten Einsatz neuer Fahrzeuge in Berlin geschaffen werden. Im Rahmen des Projekts wurde der Nachweis erbracht, dass mit der hier erprobten Technologie eine Betankung der 350bar-Fahrzeuge in unter 4 Minuten und der 700bar-Fahrzeuge in 5 Minuten möglich ist.

• Anlagenverfügbarkeit: Seit Inbetriebnahme der Anlage wurden im Projektzeitraum insgesamt 14 Instandhaltungs- bzw. Reparatureinsätze seitens der Betreiberfirma Air Liquide DTA notwendig. Die mobile Betankungseinrichtung war von Januar bis Ende April 2009 an 59 Tagen störungsfrei in Betrieb. An 28 Tagen musste die mobile H2-Tankstelle aus Gründen von Störungsmeldungen durch die Elektroventile bzw. deren Behebung/ Nachrüstung, sowie zu Wartungszwecken abgeschaltet werden. An insgesamt 9 Tagen in diesem Zeitraum konnte nur ein eingeschränkter Betrieb der Tankstelle erfolgen. Die Störungen der Anlage sind im Wesentlichen auf Ventile zur Anlagensteuerung und Fehler in der Steuerungssoftware zurückzuführen (s. Abbildung 2). Insbesondere traten Probleme durch Verunreinigungen der Ventile (Ablagerungen) auf, die ein Wiederverschließen der Klappen verhinderten und somit die geregelte Steuerung beeinträchtigten. Die Sicherheit der Anlage war hierdurch nicht beeinträchtigt.

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Abbildung 2: Anlagenstörung durch verunreinigte Elektroventile

• In Konsequenz erfolgte in der 2. Projektphase eine noch gründlichere Überwachung der Anlage. Zu diesem Zweck wurden durch TOTAL Datenübermittlungssysteme installiert, um die Anlagendaten lückenlos aufzuzeichnen. Air Liquide fernüberwachte den kompletten Betankungsprozess und dokumentiert parallel Druck- und Temperaturverläufe während der Betankung. Opel unterstützte den Prozess durch die Analyse von Fahrzeugdaten.

• Optimierungsprozesse: Im Laufe des Projekts stellte sich heraus, dass die 700bar-Betankungsprotokolle der Fahrzeuge uneinheitlich bzw. entgegen der Planung nicht kompatibel mit der Tankstelle waren. Durch eine klare Definition der Anforderungen des Protokolls, sowie der PIN-Belegung der Verbindungsstecker konnten diese Kommunikationsprobleme an der Schnittstelle zwischen Fahrzeugen und Tankstelle behoben werden. Zur Weiterentwicklung bzw. Optimierung der kommunikativen Schnittstellen zwischen Tankstelle und Fahrzeug wurde im Rahmen der CEP eine verstärkte bereichsübergreifende Kooperation mit den Fahrzeugherstellern initiiert, um die Standardisierung von Betankungsprozessen konstruktiv zu unterstützen und somit die individuellen Kompatibilitätsprobleme einzelner Fahrzeugtypen oder Fahrzeuge zukünftig auszuschließen.


Im Vergleich der im Zuge des Betriebs gesammelten Anlagendaten mit der stationären 700bar-Anlage an der Heerstraße wurden wertvolle Erkenntnisse über die Leistungsfähigkeit dieser mobilen Anlage, ebenso wie über die Gestaltung der 700bar-Druckstufe für den künftigen Infrastrukturausbau geliefert. Die Erkenntnisse aus diesem Projektmodul wurden im Design der von Total geplanten Tankstelle an der Holzmarktstraße in Berlin berücksichtigt.

• Infrarotschnittstelle vs. Verkabelung (Hardwire-Interface): Die vergleichende Evaluierung der am Standort Heerstraße erprobten Hardwire-Kommunikationsschnittstelle mit der Infrarotschnittstelle an der Margarete-Sommer-Str. zeigte die deutlichen Vorteile der Infrarotschnittstelle auf:

• Einfachere Bedienung für den Endkunden, da die Ver- bzw. Entkabelung des Fahrzeugs vor und nach dem Betankungsvorgang entfällt.

H2

N2

Elektroventile

Terminal

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• Geringere Kosten für den Betreiber aufgrund des geringeren Personalaufwands.

• Vermeidung von Fehlbedienungen bei der Verkabelung des Fahrzeugs.

• Vermeidung von Materialverschleiß an den Steckverbindungen.

• Aufgrund der im Projektverlauf gemachten Erfahrungen wird das Anlagendesign der neu zu errichtenden Tankstelle an der Holzmarktstraße in Berlin-Mitte über eine Infrarot-Kommunikationsschnittstelle sein.

• Betankungsdauer 700bar: Die Betankungsdauer der 700bar-Betankungen (Vollbetankung) konnte am Standort Margarete-Sommer-Str. nicht auf die geplanten 3 Minuten gesenkt werden. Die Ursache hierfür lag insbesondere in der zu gering dimensionierten Zwischenspeicherkapazität: Sobald ein 2. Fahrzeug in Folge eine 700bar-Betankung durchführen wollte, mussten die kaskadenförmig angelegten Zwischenspeicher (200bar – 450bar-850bar) nachgeladen bzw. der Boostermode initiiert werden, was zu Zeitverlusten führte und eine Zweitbetankung in 5-7 Minuten ermöglichte. Zum Vergleich: Das Design in der Heerstraße mit größeren Zwischenspeichern erlaubte eine kontinuierliche Zielerreichung von 3 Min. je 700bar-Vollbetankung. Daher wird im Anlagendesign der zu errichtenden Tankstelle an der Holzmarktstr. auf ausreichend dimensionierte MD- und HD-Speicher für die Sicherstellung einer 3-minütigen Betankung geachtet.

• Anlageneffizienz: Die H2-Kompressoren wurden durch einen Druckluftkompressor versorgt, der über eine Maximalleistung von 22 kW verfügte. Diese Leistung stellte sich im Projektverlauf als zu gering heraus. Zur Steigerung der Anlageneffizienz ist für den Standort Holzmarktstr. die Nutzung eines Elektrokompressors statt eines Druckluftkompressors vorgesehen.

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4 PROJEKTMODUL: „Anschlussvorhaben Erprobung und Weiterbetrieb einer mobilen 700bar-Betankungseinrichtung am Standort Margarete-Sommer-Straße (Phase II)“

Projekttitel: Clean Energy Partnership (CEP) - Phase II, Projektmodul: Anschlussvorhaben Erprobung und Weiterbetrieb einer mobilen 700bar-Betankungseinrichtung am Standort Margarete-Sommer-Straße



Förderquote 48%




Anschlussaktivität keine

4.1 Kurzfassung

Im Rahmen des Vorhabens wurde der Betrieb einer mobilen Tankstelle an der Margarete- Sommer-Straße in Berlin Friedrichshain fortgesetzt, die im Vorläuferprojekt (vgl. Kap. 3) mit dem Ziel installiert worden war, den durch den Rückbau der in Phase I wichtigen Aral-Tankstelle entstehenden Versorgungsengpass bis zum Aufbau neuer stationärer Kapazitäten zu überbrücken.


Ziel des hier beschriebenen Projektmoduls war es, den Betrieb der mobilen Tankstelle über den im Fördervorhaben „Aufbau, Erprobung und temporärer Betrieb einer mobilen 700bar-Betankungseinrichtung am Standort Margarete-Sommer-Straße“ (vgl. Kap. 3) geplanten Zeitraum hinaus bis zum 31.03.2010 fortzusetzen, um eine Betankung der Fahrzeuge der Clean Energy Partnership bis zur Fertigstellung der stationären Betankungsanlagen am Standort Berlin-Holzmarktstraße zu gewährleisten. Der anschließende Rückbau der Gesamtanlage war ebenfalls Teil dieses Vorhabens.

Die im Vorgängerprojekt unzureichende Betriebszuverlässigkeit der Anlage sollte anhand einer noch gründlicheren Überwachung deutlich gesteigert werden. Zu diesem Zweck wurden durch Total Rechner und Datenübermittlungssysteme zur lückenlosen Aufzeichnung der Anlagendaten installiert. Daneben unterstütze der CEP-Partner GM/ Opel als Fahrzeugbetreiber die Auswertung am Standort durch Aufzeichnung der fahrzeugseitigen Daten zur 700-bar-Betankung. Air Liquide fernüberwachte den kompletten Betankungsprozess und dokumentierte parallel Druck- und Temperaturverläufe während der Betankung.


Eine Realisierung der geplanten Maßnahme erfolgte in enger Zusammenarbeit zwischen der Total Deutschland GmbH als Projektpartnerin und der AirLiquide DTA.

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4.4 Projektverlauf

Der Tankstellenbetrieb wurde nahtlos vom Vorgängervorhaben weitergeführt. Die mobile Anlage wurde am Standort Margarete-Sommer-Straße betrieben und bestand aus der Betankungsanlage, zwei Wasserstoff-Hochdrucksektionen und einem N2-Tank. Total stellte neben dem Betriebspersonal sämtliche erforderlichen Medien für den Betrieb bereit.

Die im Vorgängervorhaben errichtete Einzäunung der Anlage sowie die Sicherheits- und Elektroanlagen (Überwachungskamera, Bewegungsmelder, Beleuchtung/ Strahler) wurden weiterbetrieben.

Die Bedienung der Wasserstoffbetankungsanlage erfolgte über eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (Siemens MP370 Touchscreen), die außerhalb des Ex-Bereiches installiert war. Die Bedienung konnte alternativ auch über einen mobilen Computer erfolgen. Die Betankung erfolgte in jedem Fall komplett automatisch.

Die Wartung der Anlage wurde von Air Liquide übernommen. Der gesamte Betankungsvorgang erfolgte nach einem festgelegten Sicherheitsprotokoll und wurde durch das Vor-Ort-Personal vorgenommen.

Die technische Sicherung erfolgte redundant durch physische wie auch elektronische Maßnahmen auf Seiten der Tankstelle und der Fahrzeuge. Während der Projektlaufzeit fanden keine sicherheitsrelevanten Ereignisse statt.

Im Berichtszeitraum wurden insgesamt in 220 Betankungen 397 kg GH2 am Standort abgegeben, davon 115 kg in 278 Betankungen bei 700bar.

Die Softwaresteuerung der Prototyp-Anlage wurde wiederholt durch Air Liquide optimiert. Inhalt der Maßnahmen war die Optimierung der Betankungszyklen zur Reduzierung von Betankungszeiten bzw. zur Vermeidung von Betankungsabbrüchen.

Die Rückrüstung der Wasserstoff-Hochdruck-Betankungsanlage erfolgte durch Air Liquide zu Projektende.



• Betankungszahlen: Im Projektzeitraum wurden an der mobilen Betankungsanlage 220 Betankungen durchgeführt und insgesamt 397 kg GH2 an Fahrzeuge abgegeben. Davon entfielen 115 Betankungen mit insgesamt 278 kg GH2 auf 700bar-Fahrzeuge. Hiermit konnte der Nachweis erbracht werden, dass die 700bar-Betankungstechnologie sowohl infrastrukturseitig wie auch zur Nutzung in Fahrzeugen alltagstauglich ist. Die Aufstellung und der Betrieb der Anlage haben gezeigt, dass sich auch räumlich begrenzte Standorte zur Nachrüstung mit einer (mobilen) H2-Betankungsanlage eignen, und der Standort Margarete-Sommer-Str. von den Nutzern der Fahrzeuge als vorübergehende Alternative bis zur Eröffnung der H2-Tankstelle an der Holzmarktstr. im Frühjahr 2010 angenommen wurde. Mithilfe der mobilen Betankungseinrichtung an der Margarete-Sommer-Str. konnten außerdem die notwendigen Voraussetzungen für den fristgerechten Einsatz neuer Fahrzeuge in Berlin geschaffen und gesichert werden.

• Anlagenverfügbarkeit: Im Projektzeitraum wurden insgesamt 17 Instandhaltungs- bzw. Reparatureinsätze seitens der Betreiberfirma Air Liquide DTA notwendig, um die Anlage vor Ort instandzusetzen. Die mobile Betankungseinrichtung war von Mai 2009 bis Ende März 2010 an 98 Tagen störungsfrei in Betrieb. An 70 Tagen musste die mobile H2-Tankstelle aus Gründen von Störungsmeldungen bzw. deren Behebung sowie zu Wartungszwecken abgeschaltet werden. An insgesamt 18 Tagen in diesem Zeitraum konnte ein nur eingeschränkter Betrieb

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der Tankstelle erfolgen. Während der Systemoptimierung der Anlage beim Hersteller befand sich eine mobile Betankungsanlage der Firma Linde an 56 Tagen am Standort Margarete-Sommer-Straße im Einsatz. Die wider Erwarten auftretenden Probleme mit der Verfügbarkeit der Anlage waren weiterhin hauptsächlich auf Störungen beim Einsatz der Ventile zur Anlagensteuerung und Fehler in der Steuerungssoftware zurück zuführen. Die im Vorgängervorhaben entwickelten und installierten Lösungen erwiesen sich als nicht abschließend geeignet, die Steuerungsprobleme der pneumatischen Ventile zu lösen. Weitere Optimierungsaktivitäten im Rahmen dieses Vorhabens verbesserten die Situation deutlich, deuten jedoch auf die Notwendigkeit weiterer Optimierungsschritte hin. Die Sicherheit der Anlage war zu jedem Zeitpunkt vollständig gewährleistet.


Im Vergleich der gesammelten Anlagendaten mit denen der stationären 700bar-Anlage an der Heerstraße wurden wertvolle Erkenntnisse über die Leistungsfähigkeit dieser mobilen Anlage, ebenso wie über die Gestaltung der 700bar-Druckstufe für den künftigen Infrastrukturausbau geliefert. Die Erkenntnisse aus diesem Projektmodul wurden im Design der von Total geplanten Tankstelle an der Holzmarktstraße in Berlin berücksichtigt.

• Infrarotschnittstelle vs. Verkabelung (Hardwire-Interface): Die vergleichende Evaluierung der am Standort Heerstraße erprobten Hardwire-Kommunikationsschnittstelle mit der Infrarotschnittstelle an der Margarete-Sommer-Str. zeigte die deutlichen Vorteile der Infrarotschnittstelle auf:

o Einfachere Bedienung für den Endkunden, da die Ver- bzw. Entkabelung des Fahrzeugs vor und nach dem Betankungsvorgang entfällt.

o Geringere Kosten für den Betreiber kein Personalaufwand erforderlich ist. o Vermeidung von Fehlbedienungen bei der Verkabelung des Fahrzeugs. o Vermeidung von Materialverschleiß an den Steckverbindungen.

• Aufgrund der im Projektverlauf gemachten Erfahrungen wurde an der neu errichteten Tankstelle an der Holzmarktstraße in Berlin-Mitte eine Infrarot-Kommunikationsschnittstelle installiert.

• Betankungsdauer 700bar: Die Betankungsdauer der 700bar-Betankungen (Vollbetankung) konnte am Standort Margarete-Sommer-Str. nicht auf 3 Minuten gesenkt werde. Die Ursache hierfür lag insbesondere in der zu gering dimensionierten Zwischenspeicherkapazität: Sobald ein 2. Fahrzeug in Folge eine 700bar-Betankung durchführen wollte, mussten die kaskadenförmig angelegten Zwischenspeicher (200bar – 450bar-850bar) nachgeladen bzw. der Boostermode initiiert werden, was zu Zeitverlusten führte und eine Zweitbetankung nur in 5-7 Minuten ermöglichte. Zum Vergleich: Das Design in der Heerstraße mit größeren Zwischenspeichern erlaubte eine kontinuierliche Zielerreichung von 3 Min. je 700bar-Vollbetankung. Daher wurde im Anlagendesign der neu errichteten Tankstelle an der Holzmarktstr. auf ausreichend dimensionierte MD- und HD-Speicher für die Sicherstellung einer 3-minütigen Betankung geachtet.

• Anlageneffizienz: Die H2-Kompressoren wurden durch einen Druckluftkompressor versorgt, der über eine Maximalleistung von 22 kW verfügt. Zur Steigerung der Anlageneffizienz wurde für den Standort Holzmarktstr. die Nutzung eines Elektrokompressors statt eines Druckluftkompressors gewählt.

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5 PROJEKTMODUL: „Errichtung einer voll integrierten öffentlichen Wasserstofftankstelle an der Bramfelder Chaussee in Hamburg“

Projekttitel: Clean Energy Partnership (CEP), Projektmodul: Errichtung einer voll integrierten öffentlichen Wasserstofftankstelle an der Bramfelder Chaussee in Hamburg

Verbundpartner im Projektmodul: Shell Oil Deutschland GmbH


Förderquote 50%

Förderprogramm: Konjunkturpaket II (KoPa II)

Förderkennzeichen: 03KP692


Anschlussaktivität Anschlussvorhaben zum Anlagenbetrieb in Vorbereitung

5.1 Kurzfassung

Im Rahmen dieses Vorhabens errichtete die Shell Oil Deutschland GmbH erstmals eine Wasserstofftankstelle, die als standardisierte Tankstelle der Größenklasse „very small“ gem. Pflichtenheft der H2-Mobility-Initiative konzipiert wurde. Die Tankstelle an der Bramfelder Chaussee in Hamburg markiert einen Meilenstein in der durch die Clean Energy Partnership forcierten infrastrukturseitigen Erschließung des Großraums Hamburg mit Wasserstoffbetankungs-einrichtungen.

Die Anlage erlaubt die Abgabe von bis zu 112 kg Wasserstoff pro Tag. Die Abgabe des auf 700 bar verdichteten Wasserstoffs erfolgt gem. dem Betankungsstandard SAE J2601.


Ziel dieses im Rahmen des Konjunkturpakets II der Bundesregierung geförderten Projektmoduls der CEP war die Integration einer neuen Wasserstofftankstelle mit einer Abgabestelle für hochverdichteten gasförmigen Wasserstoff (700 bar) in die bestehende öffentliche Shell-Tankstelle an der Bramfelder Chaussee 370 in Hamburg. Die Tankstelle sollte ab Inbetriebnahme vorrangig der Betankung der im Rahmen der CEP betriebenen Wasserstoff-Pkw dienen.

Leistungen im Rahmen des Vorhabens sollten die Projektierung, Errichtung und die Inbetriebnahme der Tankstelle umfassen, während ein Betrieb der Anlagen bis zum Ende der geplanten Phase III der CEP (31.12.2016) außerhalb des hier beschriebenen Vorhabens verbindlich vorgesehen wurde.

Erstmalig sollte die Umsetzung des im Rahmen der H2-Mobility-Initiative erarbeiteten Pflichtenheftes „Hydrogen Refuelling Station Standardization“ zur Errichtung von standardisierten Wasserstofftankstellen in Deutschland erfolgen. Das Pflichtenheft enthält die technische Beschreibung für verschiedene Tankstellengrößenklassen (sehr klein, klein, mittel und groß), die sich auch durch die Art der Wasserstoffversorgung voneinander unterscheiden können

An der Bramfelder Chaussee sollte eine sehr kleine („very small“) Tankstelle, versorgt durch mittels Trailer angelieferten gasförmigen Wasserstoff, errichtet werden. Wesentliche Ziele dieses Vorhabens waren damit:

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• die Bereitstellung von Wasserstoff (CGH2 700bar) für die in Phase III der CEP in Hamburg zu betreibenden 25 Pkw,

• und hierauf aufbauend der im Sinne eine Marktvorbereitung obligatorische Beginn des Aufbaus eines Infrastrukturnetzwerks mit annähernd flächendeckender Erschließung für den Großraum Hamburg (vgl. hierzu auch Kap. 6 ),

• Verknüpfung der Wasserstoffregionen Berlin und Hamburg,

• sehr zügige Umsetzung einer Versorgungsinfrastruktur für das Hamburger Stadtzentrum im Interesse einer Bindung der vornehmlich im Zentrum ansässigen Kunden und hiermit Sicherstellung eines hohen Nutzungsgrades der eingesetzten Fahrzeuge,

• die maßgebliche Steigerung der Flexibilität und Effizienz der Speicherungs- und Verdichtungseinrichtungen gegenüber früheren Generationen,

• die deutliche Steigerung des Anteils erneuerbarer Energien an der Erzeugung und Aufbereitung des Wasserstoffs für die Betankung,

• der Einsatz und die Erprobung neuester verfügbarer Technologien für die Erzeugung, Aufbereitung, Speicherung und Abgabe von Wasserstoff als Kraftstoff.

Ungewöhnlich für dieses Vorhaben – ebenso wie auch für andere CEP-Module, die aus Mitteln des KoPa II gefördert wurden - ist die kurze Laufzeit von i.d.R. nur ca. einem Jahr (hier: 13 Monate).

Der durch die Programmlaufzeit vorgegebene Rahmen für die Projektdurchführung musste als sehr ambitioniert gelten. Die komplette Fertigstellung einer Wasserstofftankstelle von Planung, über Genehmigung, Ausschreibung, Hoch- und Tiefbau, Technologieaufbau und Installation vor Ort bis hin zur Inbetriebnahme und Kundenfreigabe war in einem so engen Zeitfenster bislang noch nicht versucht worden.

Ferner war die zum Einsatz kommende, gem. H2-Mobility standardisierte Tankstellentechnologie zwar für den Einsatz als Serienprodukt konzipiert. Sie kam im Rahmen dieses Vorhabens allerdings erstmalig zum Einsatz, so dass dieses Vorhaben nicht nur eine Vorreiterrolle einnimmt, sondern auch die praktische Erprobung nicht abgeschlossen und Fertigungsprozesse nicht vollständig implementiert waren. Hierdurch verzögerte sich die Bereitstellung der Wasserstoffkomponenten.

5.3 Projektverlauf

5.3.1 Übersicht

Im Rahmen dieses Vorhabens stellte Shell zwischen November 2010 und November 2011 am Standort Bramfelder Chaussee 370 in Hamburg-Bramfeld eine voll in eine konventionelle, bereits bestehende Tankstelle integrierte Wasserstofftankstelle für die Abgabe von CGH2 annähernd fertig. Sämtliche Vorarbeiten für den Einbau der Wasserstoffkomponenten wurden abgeschlossen, während der Aufbau der Wasserstoffkomponenten im Werk bei Air Products weitgehend beendet wurde. Die Anlage war zum Projektende zu etwa 80% fertiggestellt, da die Lieferung letzter Bauteile noch ausstand. Die Installation der Komponenten erfolgte im Dezember 2011.

Die Tankstelle erschließt im Wesentlichen das nördliche Zentrum der Hansestadt. Sie dient schwerpunktmäßig der Betankung der im Rahmen der CEP in Hamburg eingesetzten Pkw.

Die Wasserstoffanlage ist als „sehr kleine“ Tankstelle gem. Definition der „H2-Mobility-Initiative“ mit einem durchschnittlichen Bereitstellungsvolumen von ca. 112 kg/Tag ausgelegt. Die Wasserstofftankstelle ist allerdings so konzipiert, dass eine Verdoppelung der Kapazität in Zukunft ohne größeren Aufwand möglich sein wird.

Die Planung und Entwicklung der Anlage erfolgte durch Shell.

Der Lieferant für die Wasserstofftechnologie wurde im Rahmen des Vorhabens per ordentlicher Ausschreibung identifiziert. Unmittelbar nach Projektstart begann der Ausschreibungs- und

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Vergabeprozess für die Anlagentechnologie. Den Zuschlag für die Lieferung folgender Komponenten erhielt die Air Products GmbH:

• On-site Wasserstoffspeicherung (200bar) inkl. Traileranschluss für die Traileranlieferung des auf 200 bar vorverdichteten Wasserstoffs,

• Wasserstoffverdichtungssystem zur Herstellung eines Betankungsdrucks von 700 bar (Prozessablauf gemäß Protokoll SAE J2601) inkl. Kolbenkompressor, Kontroll- und Steuerungseinrichtungen, Sicherheitseinrichtungen, Container,

• Hochdruckspeichersystem für einen Kaskadenbefüllprozess gem. SAE J2601 inkl. Druckmesseinrichtungen, Belüftungssystem und Absperrarmaturen,

• Vorkühlungsystem zur Wasserstoffvorkühlung auf -40°C gem. den Anforderungen der SAE J2601 für sog. A-70-Tankstellen,

• im existierenden Tankfeld installierte CGH2-Abgabeeinheit zur Betankung von 700-bar Fahrzeugen inkl. Tankkupplung WEH TK17, H2-Massenflussmessgerät, Verkaufsdisplay und Kartenleser,

• Verrohrung und Verbindungen vor Ort.

Shell folgte mit dem Konzeption und Ausschreibung dieser Tankstelle mit CGH2 in der Druckstufe 700 bar (mit Vorkühlung) konsequent der bisherigen Linie der Clean Energy Partnership, zusammen mit den Kunden eine nutzerfreundliche Tankstelleninfrastruktur zu erproben. Shell setzte hierbei auf die aktuellsten derzeit verfügbaren Erzeugungs-, Speicherungs- und Abgabetechnologien.

Zum Ende der ersten Berichtsperiode begannen die Vertragsverhandlungen mit dem Lieferanten. Die Vertragsunterzeichnung erfolgte im Februar 2011.

Durch Shell war für den Betrieb der Kompressoren zusätzlich eine Transformatorenstation zu errichten.

Die Ausschreibung und Vergabe von Hoch- und Tiefbauleistungen erfolgte im August 2011.

Die Detailplanungen für den Standort Bramfelder Chaussee wurden Anfang 2011 fertiggestellt. Der endgültige Aufstellungsplan für die Tankstelle wurde im Juli 2011 bekanntgegeben.

Die Genehmigungsunterlagen für die Errichtung und den Betrieb der Anlage wurden den zuständigen Behörden in Hamburg Wandsbek im Juni 2011 übergeben.

Erste umfassende Sicherheitsuntersuchungen an den zu errichtenden technischen Anlagen wurden im Juli 2011 durchgeführt. Seit Juni 2011 ist auch der TÜV Rheinland aktiv in das Vorhaben involviert und mit technischen Details der Anlage vertraut.

Die Hoch- und Tiefbauarbeiten am Standort wurden planmäßig im September 2011 abgeschlossen.

Eine Reihe maßgeblicher Neuerungen wurde wasserstoffseitig realisiert.

• Erstmals erfolgte die Integration der Wasserstofftankstelle als standardisiertes Modul der Größe „sehr klein“ in eine bestehende Tankstelle mit der Option der Kapazitätsverdoppelung. Die CGH2-Wasserstoffanlieferung erfolgt per Trailer.

• Die Beschaffung aller Technologiekomponenten erfolgte auf Basis des durch die „H2-Mobility-Initiative“ erarbeiteten Pflichtenhefts, welches im Rahmen der für dieses Vorhaben durchgeführten Ausschreibung erfolgreich zur Anwendung kam.

• Durch eine praxisgerechte Speicherausstattung wird ein konstanter Betrieb unterstützt. Sie erhöht zugleich die kurzfristige Kapazität der Anlage und gewährleistet eine hohe Verfügbarkeit von Kraftstoff an der Zapfsäule.

Am Projektstandort steht dem Kunden das übliche Serviceangebot einer Tankstelle mit Shop, Fahrzeugwaschanlage und Servicepunkt zur Verfügung.

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Eine Inbetriebnahme der Wasserstofftechnologie erfolgte zum Projektende nicht, da der Anlagenbauer Air Products einige Komponenten aufgrund der kurzen Projektlaufzeit nicht nach Zeitplan beschaffen konnten, so dass sich der Aufbau der Wasserstofftechnik bis Dezember 2011 verzögerte.

An der Tankstelle können dann ab Februar 2012 ohne Einschränkungen Pkw und leichte Nutzfahrzeuge gem. dem Standard „SAE J2601 Fueling Protocols for Light Duty Gaseous Hydrogen Surface Vehicles“ betankt werden.

Der gasförmige Wasserstoff wird per 200 bar Trailer angeliefert. Gemäß den internen Vereinbarungen der CEP ist ein Anteil von mindestens 50% regenerativ erzeugtem Wasserstoff vorgesehen. Es wird derzeit verhandelt, ob z.B. Wasserstoff aus der Erzeugung am Hybridkraftwerk Prenzlau bezogen werden kann.

5.3.2 Planung, Anlagendesign, Ausschreibung, Genehmigungsverfahren,

Bauvorbereitung

Unmittelbar nach Projektstart begann Shell mit den Detailplanungen, die Anfang 2011 abgeschlossen wurden, und der Einleitung des Genehmigungsverfahrens für die zu errichtenden Gebäude, die technischen Anlagen und die Außenlagen. Ziel war es, insbesondere Erfahrungen aus vergleichbaren Projekten umzusetzen, Leitungswege im Interesse einer möglichst hohen Anlageneffizienz kurz zu halten und die Zapfsäulen kundenfreundlicher zu positionieren, als dies an früher errichteten Standorten der Fall war.

Bei den zuständigen Behörden wurden alle erforderlichen Genehmigungen für die Errichtung und den Betrieb der Anlagen beantragt. Parallel wurde der Ausschreibungs- und Vergabeprozess für die Anlagentechnologie angeschoben, der innerhalb von 8 Wochen abgeschlossen werden konnte. Die Vergabe der Hoch- und Tiefbauarbeiten war weniger zeitkritisch für die rechtzeitige Fertigstellung der Anlage. Sie erfolgte im August 2011.

Im Zuge der Ausschreibung wurde die Firma Air Products als Lieferantin für die Wasserstoffkomponenten identifiziert. Angeboten wurde ein weitgehend standardisiertes H2Mobility-konformes Produkt der Größe „very small“ mit einer Tageskapazität von 112 kg/Tag. Planungsseitig wurde der spätere Ausbau der Anlage vorbereitet, so dass ein Upgrade auf die H2Mobility-Größenklasse „small“ ohne großen Aufwand kurzfristig möglich ist.

Im Juli 2011 wurde planmäßig eine umfassende Sicherheitsstudie mit Bezug auf die geplanten technischen Anlagen angefertigt. Im Einzelnen wurden eine HAZOP, eine Folgenabschätzung und eine erste HSSE („Gesundheit, Arbeitsschutz, Sicherheit und Umweltschutz“) zur Umsetzung gebracht. Alle projektierten Anlagenteile wurden umfassenden Analysen unterzogen, Sollfunktionen wurden für alle Anlagenteile und Prozesse definiert und die Auswirkungen möglicher Fehlfunktionen beschrieben. Außerdem wurden alle möglichen Risiken identifiziert; die Wahrscheinlichkeit ihres Auftretens wurde quantifiziert. Im Ergebnis der Untersuchungen erfolgten kleinere technische Modifikationen an der Anlage, die allerdings keinen Einfluss auf das Gesamtlayout des Systems oder auf die vertraglichen Vereinbarungen mit dem Anlagenhersteller Air Products gehabt haben. Seit Juni 2011 ist auch der TÜV Rheinland aktiv in das Vorhaben involviert und mit technischen Details der Anlage vertraut.

Im Rahmen des Arbeitspakets wurden ab Sommer 2011 alle bauvorbereitenden Maßnahmen wie die Beräumung des Geländes, die Baustelleneinrichtung und –sicherung usw. umgesetzt.

Zum Ende der Baumaßnahmen erfolgten im Oktober 2011 die Abnahme der Anlagen durch den zuständigen TÜV sowie die Erteilung einer Genehmigung zur Errichtung und Aufstellung einer mobilen Wasserstofftankstelle durch die zuständige Behörde Bezirksamt Wandsbek - Zentrum für Wirtschaftsförderung, Bauen und Umwelt I.

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5.3.3 Entwicklung und Aufbau CGH2-Schiene

Im Rahmen dieses Arbeitspakets erfolgten der Aufbau und Einzeltests der folgenden H2Mobility-konformen Komponenten im Werk bei Air Products:

• On-site Wasserstoffspeicher inkl. Hochdruckspeicher

• Wasserstoffverdichtungssystem

• Wasserstoff-Vorkühlung

• Zapfsäule

• Verrohrung und Verbindungen

Aufgrund der kurzen Projektlaufzeit von nur 13 Monaten konnten - wiewohl eine Bestellung der Anlage unmittelbar nach Abschluss der Ausschreibungsprozedur erfolgt war - einige Bauteile für die Anlage nicht so rechtzeitig durch den Auftragnehmer beschafft werden, dass eine Fertigstellung des Gesamtsystems, eine Installation vor Ort und die Inbetriebnahme zum Projektende möglich gewesen wären. Ausgehend von Erfahrungen, wie sie der Förderempfänger und andere CEP-Partner in vergleichbaren Projekten machten und angesichts des Umstands, dass es sich bei der eingesetzten Technologie bislang nicht um Serienkomponenten sondern um standardisierte Einzelanfertigungen handelt, überraschte diese Entwicklung die Beteiligten Unternehmen letztlich nicht.

Der Aufbau der Anlage am Standort Bramfelder Chaussee erfolgte letztlich im Dezember 2011, die Einstellung und die erforderlichen betriebsvorbereitenden Tests erfolgen im Januar 2012. Die Kundenfreigabe ist für Mitte Februar 2012 geplant.

5.3.4 Bau Anlagenperipherie

Sämtlich zum Auf- und Einbau der Wasserstoffkomponenten erforderlichen Hoch- und Tiefbauarbeiten ebenso wie alle sonstigen Maßnahmen, die zum sicheren Kundenbetrieb der Anlage erforderlich, zugleich aber nicht unmittelbarer Bestandteil des standardisierten Tankstellenmoduls sind, wurden während der Projektlaufzeit abgeschlossen:

• Erschließungsmaßnahmen zur Anbindung der Wasserstoffanlage an das öffentliche Strom- und Telekommunikationsnetz wurden umgesetzt.

• Die erforderlichen elektrischen Einrichtungen und Leitungen wurden installiert. Eine Anbindung der Wasserstofftechnologie erfolgte nach Projektende im Dezember 2011.

• Eine Transformatorstation wurde am Projektstandort errichtet.

• Alle erforderlichen Fahrbahnen unter Berücksichtigung der für Tankstellen gesetzlich vorgeschriebenen Abdichtungen sowie der Gewichtsrestriktionen (insbesondere Befahrbarkeit durch den Wasserstofftrailer) wurden aufgebaut.

• Die konzeptionelle Entwicklung und Errichtung eines Tankautomaten in Abstimmung mit den Betreibern anderer CEP-Tankstellen wurde abgeschlossen. Die Anlage wird in das inzwischen vereinbarte projektweit einheitliche Tankkartensystem der CEP eingebunden. Hiermit wird dem Kunden die Betankung an allen CEP Tankstellen mit nur einer einzigen Tankkarte möglich.

• Die Umsetzung des Shell eigenen Wasserstoff-Tankstellendesigns erfolgte für den Projektstandort in Analogie zu anderen Shell-Standorten,

• Die Gestaltung des Außenbereichs der Tankstelle wurde im Rahmen des Arbeitspakets abgeschlossen.

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Alle wesentlichen Projektziele konnten im Rahmen des Vorhabens erreicht werden. Die Inbetriebnahme verzögerte sich aufgrund von Lieferschwierigkeiten für einzelne Anlagenbauteile allerdings bis Mitte Februar.

Zu Beginn des Vorhabens hatte Shell eine Reihe wissenschaftlicher und technischer Arbeitsziele formuliert, die es durch Realisierung dieses Fördervorhabens zu erreichen galt:

• Erstmalige Umsetzung des in der „H2-Mobility-Initiative“ entwickelten standardisierten Tankstellenkonzepts (inklusive Erprobung Pflichtenheft) für eine kleine bis mittlere Tankstelle: Erstmals wurde mit der hier beschriebenen Tankstelle eine gemäß den Spezifikationen der „H2-Mobility-Initiative“ standardisierte Anlage der Größe „very small“ weitgehend fertiggestellt. Abweichend von den ursprünglichen Planungen handelt es sich hierbei jedoch um eine Anlage der Klasse „sehr klein“, die im Bedarfsfall allerdings problemlos erweitert werden kann. Entsprechende Vorkehrungen hierfür wurden im Rahmen des Vorhabens getroffen.

• Weiterentwicklung, Erprobung und Validierung der 700 bar-Betankungstechnologie und der zugehörigen Hochdruckspeichertechnologie: Während eine Erprobung und Validierung der 700-bar-Technologie naturgemäß im Rahmen dieses sehr kurzen KoPa-II-Projekts nicht zu bewältigen war, bildet die Anlage nach ihrer endgültigen Fertigstellung – insbesondere im Verbund mit der parallel ebenfalls in Hamburg errichteten H2-Mobility-standardisierten Anlage der TOTAL – eine hervorragende Plattform für die künftige Erprobung dieses SAE-J2601-konformen 700-bar-Konzepts. Umfassende Auswertungen der Anlagendaten und weitreichende Konzeptvergleiche werden im Rahmen des Übergeordneten Moduls der CEP erfolgen.

• Erbringung des Nachweises, dass Regionen infrastrukturseitig durch geeigneten Maßnahmen zügig erschlossen werden können: Erstmals konnte in nur einem Jahr eine Wasserstofftankstelle von der Planung, über Genehmigung, Grundstücksvorbereitung, begleitende Baumaßnahmen und werksseitigen Aufbau der Anlagentechnik weitgehend fertiggestellt werden. Angesichts der durch einige OEMs bereits ab 2015 geplanten Markteinführung der Technologie ist der Nachweis der Machbarkeit eines raschen Infrastrukturausbaus von elementarer Bedeutung für den Erfolg der Technologie am Markt. Etwa 1000 Tankstelle werden erforderlich, um eine flächendeckende Kraftstoffversorgung sicherzustellen. Das Projekt schafft die Voraussetzungen für die Erbringung des Nachweises, dass standardisierte Tankstellentechnologie geeignet ist, den Infrastrukturausbau maßgeblich zu beschleunigen

• Fortsetzung und Ausweitung der in Phase I und II der CEP begonnen Aktivitäten zur Erreichung kritischer Massen an Infrastruktureinrichtungen und Fahrzeugen: Durch den Aufbau der Anlage konnte die Versorgungssituation in der Region Hamburg maßgeblich verbessert werden. Zusammen mit den parallel durch TOTAL und Vattenfall errichteten Stationen an der Cuxhavener Straße und in der Hafencity ist damit bereits eine marktnahe Versorgungsituation etabliert.


Von besonderer Bedeutung für die weitere Entwicklung und Markteinführung von Wasserstoff als Kraftstoff sind die im Rahmen dieses Projekts erzielten Erkenntnisse über die Machbarkeit und letztlich die Leistungsfähigkeit einer weitgehend standardisierten Tankstellentechnologie.

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Erstmals wurde im Rahmen dieses Vorhabens eine standardisierte, modulare Tankstelle der Größenklasse „very small“ gem. den Vorgaben der H2-Mobility-Initiative entwickelt, die zugleich auch den aktuellen Betankungsstandard für 700-bar-Betankungen, die SAE J-2601, umsetzt. Durch die weitgehende Standarisierung der Tankstelle ist eine weit kostengünstigere Realisierung möglich, als dies bei bisherigen individuell entwickelten und geplanten Anlagen der Fall war. Bereits erste H2-Mobility standardisierte Anlagen sind unter einer Million Euro realisierbar. Weitere Skaleneffekte sind bei einem raschen Ausbau der Infrastruktur zu erwarten. Im Umkehrschluss wird allein durch diese Kostenreduktion ein rascher Ausbau möglich und wahrscheinlich. Bis 2015 soll dieser Aufbau so weit vorangeschritten sein, dass eine Markteinführung von Wasserstofffahrzeugen möglich wird.

Gerade angesichts der jüngsten, im Rahmen dieses Vorhabens erstmals vollumfänglich realisierten Entwicklungen sind die wirtschaftlichen Erfolgsaussichten von Wasserstoff als Kraftstoff besser denn je. Maßgeblich für eine erfolgreiche Kommerzialisierung ist es, dass auch in Zukunft ausreichende Mittel durch Industrie und Fördermittelgeber bereitgestellt werden, um den weiteren Infrastrukturaufbau auch unter Einsatz standardisierter Technologiekomponenten vorantreiben zu können.

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6 PROJEKTMODUL: „Errichtung einer voll integrierten öffentlichen Wasserstofftankstelle an der

Cuxhavener Straße in Hamburg / Zusätzliche Errichtung einer Wasserstofftankstelle an der

Heidestraße in Berlin“

Projekttitel: Clean Energy Partnership (CEP), Projektmodul: Errichtung einer voll integrierten öffentlichen Wasserstofftankstelle an der Cuxhavener Straße in Hamburg / Zusätzliche Errichtung einer Wasserstofftankstelle an der Heidestraße in Berlin



Förderquote 50%

Förderprogramm: Konjunkturpaket II (KoPa II)

Förderkennzeichen: 03KP593

Projektstatus abgeschlossen

Anschlussaktivität Anschlussvorhaben zum Anlagenbetrieb in Vorbereitung

6.1 Kurzfassung

Im Rahmen dieses Vorhabens errichtete die Total Deutschland GmbH zwei Wasserstofftankstellen, die als standardisierte Anlagen der Größenklasse „small“ gem. Pflichtenheft der H2-Mobility-Initiative konzipiert wurden. Die Tankstelle an der Cuxhavener Straße in Hamburg und an der Heidestraße in Berlin-Mitte markieren einen Meilenstein in der durch die Clean Energy Partnership forcierten infrastrukturseitigen Erschließung der Regionen Berlin und Hamburg mit Wasserstoffbetankungseinrichtungen.

Die Anlagen erlauben die Abgabe von bis zu 200 kg Wasserstoff pro Tag. Die Abgabe des auf 700 bar verdichteten Wasserstoffs erfolgt gem. dem Betankungsstandard SAE J2601.


Ziele dieses im Rahmen des Konjunkturpakets II der Bundesregierung geförderten Projektmoduls der CEP waren

• die Integration einer neuen Wasserstofftankstelle mit einer Abgabestelle für hochverdichteten gasförmigen Wasserstoff (700 bar) in die bestehende öffentliche Total-Tankstelle an der Cuxhavener Straße in Hamburg. Die Tankstelle dient künftig vorrangig der Betankung der im Rahmen der CEP in Hamburg betriebenen Wasserstoff-Pkw. Geplant war ursprünglich die Errichtung einer neuen Tankstelle mit Wasserstoffbetankungsmöglichkeit an der Eiffestraße.

• die Integration einer neuen Wasserstofftankstelle mit einer Abgabestelle für hochverdichteten gasförmigen Wasserstoff (700 bar) in die im Aufbau befindliche Total-Tankstelle an der Heidestraße in Berlin-Mitte. Die Tankstelle dient künftig vorrangig der Betankung der im Rahmen der CEP in Berlin betriebenen Wasserstoff-Pkw.

Leistungen im Rahmen des Vorhabens sollten für den Standort Cuxhavener Straße die Projektierung, Errichtung und die Inbetriebnahme der Tankstelle umfassen, während ein Betrieb der Anlagen bis zum Ende der geplanten Phase III der CEP vorgesehen ist.

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Für Standort Heidestraße waren Gegenstand dieses Vorhabens die Beschaffung und die Installation der Anlagentechnik und der Anlagenperipherie inkl. der Bauleitung, der technischer Koordinierung und der Beschaffung von Genehmigungen und Abnahmen. Sowohl die vorbereitenden Planungen wie auch Hoch- und Tiefbauarbeiten sowie der Anlagenbetrieb sind Gegenstand eines anderen Vorhabens, welches im Rahmen des NIP realisiert wird („Clean Energy Partnership (CEP) - Phase II / III: Projektmodul: Betrieb einer voll integrierten, öffentlichen Wasserstofftankstelle an der Heidestraße in Berlin“).

In diesem Projektmodul erfolgte erstmalig die Umsetzung des im Rahmen der H2-Mobility-Initiative erarbeiteten Pflichtenheftes „Hydrogen Refuelling Station Standardization“ zur Errichtung von standardisierten Wasserstofftankstellen in Deutschland parallel an zwei Projektstandorten, die durch denselben Anlagenbauer beliefert werden. Entsprechende intendierte Skalierungseffekte konnten hierdurch im Rahmen dieses Vorhabens realisiert werden.

Das Pflichtenheft enthält die technische Beschreibung für verschiedene Tankstellengrößenklassen (sehr klein, klein, mittel und groß), die sich auch durch die Art der Wasserstoffversorgung voneinander unterscheiden können.

An der Cuxhavener Straße und an der Heidestraße sollten identische Anlagen vom Typ „small“, versorgt jeweils durch mittels Trailer angelieferten gasförmigen Wasserstoff, errichtet werden.

Ungewöhnlich für dieses KoPaII-Vorhaben war die kurze Laufzeit. Im Falle der Berliner Tankstelle erfolgte die Realisierung ab Beantragung sogar in weniger als sechs Monaten.

Da im Interesse einer vollständigen Förderung des Vorhabens auch eine vollständige Fertigstellung der geförderten Gegenstände zu erfolgen hatte, musste der durch die Programmlaufzeit vorgegebene Rahmen für die Projektdurchführung als sehr ambitioniert gelten. Die komplette Fertigstellung einer Wasserstofftankstelle von Planung, über Genehmigung, Ausschreibung, Hoch- und Tiefbau, Technologieaufbau und Installation vor Ort bis hin zur Inbetriebnahme und Kundenfreigabe war in einem so engen Zeitfenster zuvor noch nicht versucht worden und wurde so erstmals im Rahmen der KoPa-II-geförderten Tankstellenprojekte realisiert.

Ferner war die zum Einsatz kommende, gem. H2-Mobility standardisierte Tankstellentechnologie zwar für den Einsatz als Serienprodukt konzipiert. Sie kam im Rahmen der KoPa-II-geförderten Vorhaben allerdings erstmalig zum Einsatz, so dass dieses Vorhaben gemeinsam mit dem parallel von Shell in Hamburg realisierten nicht nur eine Vorreiterrolle übernimmt, sondern auch die praktische Erprobung nicht abgeschlossen und Fertigungsprozesse nicht vollständig implementiert waren. Trotz dieser schwierigen Begleitumstände standen alle Komponenten des Wasserstoffstrangs rechtzeitig zur Verfügung, um das Vorhaben erfolgreich abschließen zu können.

Die Realisierung der geplanten Maßnahmen erfolgte in enger Kooperation insbesondere mit dem Anlagenlieferanten für die H2-Betankungskomponenten, dem Anlagenbauer Linde.

6.3 Projektverlauf

Im Rahmen dieses Vorhabens stellte Total zwischen April 2010 und November 2011 (eine Projektverlängerung von zunächst 30.9.2011 auf 15.11.2011 wurde im Rahmen eines Aufstockungsantrags beantragt, später eine Verlängerung bis zum 30.11.2011) am Standort Cuxhavener Straße 380 in Hamburg eine voll in eine konventionelle, bereits bestehende Anlage integrierte Wasserstofftankstelle für die Abgabe von CGH2 einschließlich abschließender TÜV-Abnahme vollständig fertig.

Die Tankstelle erschließt im Wesentlichen den Süden der Hansestadt und bildet einen wesentlichen Meilenstein zu dem aktuell stattfindenden und in den kommenden Jahren zu forcierenden Aufbau eines Netzwerks von Wasserstoffbetankungseinrichtungen im Raum Hamburg. Im Hinblick auf eine Vorbereitung der Markteinführung von Wasserstoff als Kraftstoff bildet sie damit einen wesentlichen

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Baustein der künftigen Versorgungsseite. Sie dient schwerpunktmäßig der Betankung der im Rahmen der CEP in Hamburg eingesetzten Pkw. Die Flotte befindet sich seit Frühjahr 2011 im Aufbau.

Ziel dieses Projektmoduls war zum Zeitpunkt der Beantragung zunächst der Aufbau einer Wasserstofftankstelle im Zuge der vollständigen Neuerrichtung einer Anlage an der Eiffestraße in Hamburg gewesen. Nachdem zunächst Zustimmung zum geplanten Standort von oberster Stelle durch den ehemaligen Ersten Bürgermeister der Hansestadt Hamburg, Ole von Beust, signalisiert worden war, wurde wider Erwarten die Nutzungserlaubnis für den gewählten Standort Eiffestraße vom zuständigen Bezirksbürgermeister versagt. Die in 2010 wechselnden politischen Personalien und Zuständigkeiten erschwerten und verzögerten zunächst die Suche nach einem Ausweichstandort. Die ungeklärten politischen Verhältnisse im Vorfeld der Bürgerschaftswahlen vom 20.2.2011 wirkten sich unmittelbar auf den Umgang mit Investoren aus und machten die Suche nach einem Alternativstandort vor der Konstituierung der neuen Landesregierung weitgehend unmöglich. Es konnten daher 2010 zunächst nur verschiedene Alternativen identifiziert werden. Erst im ersten Halbjahr 2011 fiel endgültig die durch das Land Hamburg bestätigte Entscheidung für den Standort Cuxhavener Str. 380.

Erstmalig wollte Total an diesem Standort das im Rahmen der „H2-Mobility-Initiative“ erarbeitete Pflichtenheft „Hydrogen Refuelling Station Standardization“ zur Errichtung von standardisierten Wasserstofftankstellen in Deutschland zur Anwendung bringen, wie dies analog bereits für den Standort Eiffestraße geplant gewesen war. Errichtet wurde schließlich ab Sommer 2011 eine „kleine“ Wasserstofftankstelle mit einer Abgabekapazität von rund 200 kg/Tag mit CGH2-Versorgung durch Wasserstoffanlieferung mittels Trailer.

Im Juni 2011 war durch den Zuwendungsempfänger ein Aufstockungsantrag vorgelegt worden. Gegenstand dieses Antrags war der Investmentumfang für die parallel bereits im Aufbau befindliche Tankstelle an der Heidestraße in Berlin-Mitte, die der in Hamburg geplanten Anlage technisch entsprach und ebenfalls durch den zu diesem Zeitpunkt bereits identifizierten Anlagenlieferanten – die Linde AG – geliefert werden sollte. Diese Tankstelle ergänzt die bestehenden Versorgungseinrichtungen im Berliner Stadtzentrum und stellt den Kunden eine dritte Option nach den bereits bestehenden Standorten Holzmarktstraße und Sachsendamm zur Verfügung. Mit Inbetriebnahme dieser Anlage ist im Berliner Zentrum eine marktnahe Versorgungsituation für die Kunden hergestellt.

Nicht Gegenstand des Fördervorhabens war der Betrieb beider Anlagen. Für den Standort Berlin waren bereits vor der Errichtung der Anlage Fördermittel für den Betrieb aus dem NIP beantragt worden. Im Rahmen des NIP-geförderten Vorhabens wurden für diesen Standort auch vorbereitenden Planungen ebenso wie Hoch- und Tiefbauarbeiten und der Anlagenbetrieb bis zunächst 30.11.2015 gefördert. Mit dem Aufstockungsantrag wurde zugleich auch eine Projektverlängerung bis 15.11.2011, letztlich bis 30.11.2011 beantragt.

Am Hamburger Standort kam es im Jahr 2010 zunächst zu keinen konkreten Maßnahmen, da nach dem Ausfall des geplanten Standortes an der Eiffestraße zunächst ein neuer Standort zu identifizieren sowie politisch und genehmigungstechnisch durchzusetzen war. So gab es erst im Frühjahr 2011 eine verbindliche Verständigung auf den Ausweichstandort Cuxhavener Straße. Sämtliche für die Gesamtlaufzeit des Projekts geplanten Maßnahmen waren nun in der verbleibenden Projektlaufzeit zu bewältigen. Dank einer hohen Einsatzbereitschaft aller beteiligten und dank der durch den Fördergeber letztlich ermöglichten Projektverlängerung bis 30.11.2011 konnten aber alle erforderlichen Maßnahmen innerhalb der Projektlaufzeit erfolgreich abgeschlossen werden:

Im ersten Halbjahr 2011 wurde über die Bebaubarkeit des neuen Standorts Cuxhavener Str. 380 sowohl mit den Behörden wie auch mit den Eigentümern angrenzender Grundstücke grundsätzliches Einvernehmen erzielt. Die Detailplanungen für den Standort wurden abgeschlossen. Die Genehmigungsunterlagen wurden bei den zuständigen Behörden eingereicht. Anfang 2011 wurden

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ferner die Ausschreibungen für die Anlagentechnik wir auch für Bauleistungen abgeschlossen. Als Lieferant für die Wasserstofftechnik wurde im Frühjahr 2011 die Linde AG identifiziert. Ein entsprechender Liefervertrag für zwei Anlagen – die Hamburger und die Berliner - wurde unterzeichnet. Die Vergabe der Bauleistungen erfolgte im Frühsommer 2011.

Im 2. Halbjahr 2011 erfolgte der Aufbau der H2-Mobility-standardisierten Anlage bei Linde im Werk. Die Unterbringung der gesamten Wasserstofftechnik inkl. Kompressor, Kühleinheit und Hochdruckspeicher erfolgt in einem Standardcontainer.

Nachdem die Hoch- und Tiefbauarbeiten in Hamburg im August 2011 abgeschlossen worden waren – in Berlin war dies außerhalb des Vorhabens bereits im Frühjahr 2011 der Fall gewesen – erfolgten Lieferung und Installation der Hamburger Anlage im September 2011. Die kalte Inbetriebnahme und die Abnahme durch den zuständigen TÜV erfolgten im Oktober 2011. Testbetankungen und die Kundenfreigaben durch die Mobilitätspartner der CEP waren z.T. zum Projektende noch nicht vollständig abgeschlossen.

Die Anlage für Berlin wurde im Oktober 2011 geliefert und bis zum Projektende vollständig montiert. Eine Inbetriebnahme dieses Standorts konnte aus logistischen Gründen aber erst nach Abschluss des Vorhabens im Dezember 2011 erfolgen.

Beide Anlagen weisen die folgenden Beschaffenheiten auf:

• On-site Wasserstoffspeicherung (200bar) inkl. Traileranschluss für die Traileranlieferung des auf 200 bar vorverdichteten Wasserstoffs,

• Wasserstoffverdichtungssystem zur Herstellung eines Betankungsdrucks von 700 bar (Prozessablauf gemäß Protokoll SAE J2601). inkl. Ionenkompressor, Kontroll- und Steuerungseinrichtungen, Sicherheitseinrichtungen, Container,

• Hochdruckspeichersystem für einen Kaskadenbefüllprozess gem. SAE J2601 inkl. Druckmesseinrichtungen, Belüftungssystem und Absperrarmaturen,

• Vorkühlungsystem zur Wasserstoffvorkühlung auf -40°C gem. den Anforderungen der SAE J2601 für sog. A-70-Tankstellen,

• CGH2-Abgabeeinheit zur Betankung von 700-bar Fahrzeugen inkl. Tankkupplung WEH TK17, H2-Massenflussmessgerät, Verkaufsdisplay und Kartenleser.

Eine Reihe maßgeblicher Neuerungen wurde wasserstoffseitig an den beiden Projektstandorten umgesetzt:

• Erstmals erfolgte die Integration der Wasserstofftankstellen in Form H2-Mobility-standardisierter Module der Größe „klein“ in konventionelle Tankstellen. Die CGH2-Wasserstoffanlieferung erfolgt per Trailer.

• Die Beschaffung aller Technologiekomponenten erfolgte auf Basis des durch die „H2-Mobility-Initiative“ erarbeiteten Pflichtenhefts, welches im Rahmen der für dieses Vorhaben durchgeführten Ausschreibung erfolgreich zur Anwendung kam.

• Die Ausschöpfung von Skaleneffekten wurde durch die Realisierung mehrerer Anlagen in Zusammenarbeit mit demselben Anlagenbauer möglich.

Der an den Anlagen abgegebene gasförmige Wasserstoff wird per 200 bar Trailer angeliefert. Gemäß den internen Vereinbarungen der CEP ist ein Anteil von mindestens 50% regenerativ erzeugtem Wasserstoff vorgesehen.

6.3.1 Cuxhavener Straße, Hamburg: Planung, Anlagendesign, Ausschreibung,

Genehmigungsverfahren, Bauvorbereitung

Erst nach dem geplanten Projektstart stellte sich heraus, dass der geplante Standort an der Eiffestraße in Hamburg aufgrund politischen Widerstands auf lokaler Ebene nicht zu realisieren war.

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Zwischen April 2010 und Februar 2011 war Total daher außerplanmäßig genötigt, zunächst einen geeigneten Ausweichstandort zu identifizieren. Erst im März 2011 wurde der schließlich für geeignet befundene Standort an der Cuxhavener Straße 380 durch die zuständigen Behörden bestätigt. Es war damit viel Zeit für die Erbringung der geplanten Leistungen verlorengegangen. Mit dem Aufstockungsantrag zum Vorhaben wurde daher eine Projektverlängerung vom 30.9. auf den 15.11.2011 beantragt, später eine Verlängerung bis zum 30.11.2011.

Unmittelbar nach der Verständigung auf den neuen Standort begann Total mit den Detailplanungen, die im Frühjahr 2011 abgeschlossen wurden, und der Einleitung des Genehmigungsverfahrens für die zu errichtenden Gebäude, die technischen Anlagen und die Außenlagen. Ziel war es, insbesondere Erfahrungen aus vergleichbaren Projekten umzusetzen, Leitungswege im Interesse einer möglichst hohen Anlageneffizienz kurz zu halten und die Zapfsäulen kundenfreundlicher zu positionieren, als dies an früher errichteten Standorten der Fall gewesen war. Nachdem die Detailplanungen für den Standort abgeschlossen worden waren, wurden die Genehmigungsunterlagen für die Errichtung und den Betrieb der Anlage im Juli 2011 an die zuständigen Behörden übergeben. In enger Zusammenarbeit mit dem TÜV, dem Hamburger Amt für Arbeitsschutz und den Landes- und Bezirksbehörden wurde das Genehmigungsverfahren vorangetrieben. Parallel war auch mit den Eigentümern der benachbarten Grundstücke Einvernehmen über die Realisierung der geplanten Maßnahmen herzustellen.

Parallel wurde der Ausschreibungs- und Vergabeprozess für die Anlagentechnologie vorangebracht. Anfang 2011 wurden das Ausschreibungsverfahren abgeschlossen. Der Auftrag für den Aufbau der Anlage ging für diesen ebenso wie für den Berliner Standort im Frühjahr 2011 an die Linde AG.

Zu liefern waren zwei weitgehend standardisierte H2-Mobility-konforme Produkte der Größe „small“ mit einer Tageskapazität von ca. 200 kg/Tag.

Die Vergabe der Hoch- und Tiefbauarbeiten war weniger zeitkritisch für die rechtzeitige Fertigstellung der Anlage. Sie erfolgte im Frühsommer 2011.

Im Rahmen des Arbeitspakets wurden ab Frühjahr 2011 alle bauvorbereitenden Maßnahmen wie die Beräumung des Geländes, die Baustelleneinrichtung und –sicherung usw. umgesetzt.

Zum Ende der Baumaßnahmen erfolgten im Oktober 2011 die Abnahme der Anlagen durch den zuständigen TÜV sowie die Erteilung einer Betriebsgenehmigung durch die zuständige Behörde.

6.3.2 Cuxhavener Straße, Hamburg: Entwicklung und Aufbau CGH2-Schiene

Im Rahmen dieses Arbeitspakets erfolgten der Aufbau und Einzeltests der folgenden H2-Mobility-konformen Komponenten im Werk bei Linde, nachdem eine Bestellung durch Total im Frühjahr 2011 erfolgt war:


• Wasserstoffverdichtungssystem

• Wasserstoff-Vorkühlung

• Zapfsäule


Im September 2011 wurden die getesteten Komponenten nach Hamburg überführt und installiert. Die kalte Inbetriebnahme und die Freigabe für den Normalbetrieb durch den zuständigen TÜV erfolgten im Oktober 2011. Testbetankungen und die Kundenfreigaben durch die Mobilitätspartner der CEP waren z.T. zum Projektende noch nicht vollständig abgeschlossen. Die Kundenfreigabe durch Daimler erfolgte Ende November.

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6.3.3 Cuxhavener Straße, Hamburg: Bau Anlagenperipherie

Sämtlich zum Auf- und Einbau der Wasserstoffkomponenten erforderlichen Hoch- und Tiefbauarbeiten ebenso wie alle sonstigen Maßnahmen, die zum sicheren Kundenbetrieb der Anlage erforderlich, zugleich aber nicht unmittelbarer Bestandteil des standardisierten Tankstellenmoduls sind, wurden während der Projektlaufzeit abgeschlossen:

• Erschließungsmaßnahmen zur Anbindung der Wasserstoffanlage an das öffentliche Wasser-, das Abwasser-, das Strom und das Telekommunikationsnetz wurden umgesetzt.

• Die erforderlichen elektrischen Einrichtungen und Leitungen wurden installiert. Eine Anbindung der Wasserstofftechnologie erfolgte nach Lieferung im Oktober 2011.

• Die konzeptionelle Entwicklung und Errichtung eines Tankautomaten in Abstimmung mit den Betreibern anderer CEP-Tankstellen wurde abgeschlossen. Die Anlage wird in das inzwischen vereinbarte projektweit einheitliche Tankkartensystem der CEP eingebunden. Hiermit wird dem Kunden die Betankung an allen CEP-Tankstellen mit nur einer einzigen Tankkarte möglich.

• Die Umsetzung des eigenen Wasserstoff-Tankstellendesigns erfolgte für den Projektstandort in Analogie zu anderen Total-Standorten,

• Die Gestaltung des Außenbereichs der Tankstelle wurde im Rahmen des Arbeitspakets abgeschlossen.

6.3.4 Heidestraße, Berlin: Beschaffung und Installation Wasserstofftechnik

Sämtliche vorbereitenden Maßnahmen für den Aufbau der Wasserstofftankstelle in Berlin wie Planungsleistungen, Beschaffung von Genehmigungen, Ausschreibung und Vergabe der Leistungen, die Grundstücksvorbereitung, Erd- und Gründungsarbeiten waren bereits im Vorfeld der Projektrealisierung abgeschlossen worden. Sie waren damit nicht Teil dieses Arbeitspakets, durch das das Projekt im Rahmen eines Aufstockungsantrags ab Juni 2011 ergänzt wurde. Die Aktivitäten in Berlin begannen mit der Beschaffung der Wasserstofftechnik von Projektpartner Linde. Linde war bereits im Vorfeld – d.h. im Zusammenhang mit den Vorbereitungen für die Hamburger Tankstelle als Technologiepartner für die Lieferung der Wasserstoffeinrichtungen identifiziert worden.

Im Rahmen dieses Arbeitspakets erfolgten durch Linde die Lieferung (Oktober 2011) und der Aufbau (November 2011) der folgenden H2-Mobility-konformen Wasserstoffkomponenten, die bereits vor Einreichung des Aufstockungsantrags bestellt worden waren:


• Wasserstoffverdichtungssystem (Werksabnahme)

• Wasserstoff-Vorkühlung (Werksabnahme)

• Zapfsäule


Im Rahmen des Arbeitspakets wurde ferner eine Sicherheitsuntersuchung für die Gesamtanlage erarbeitet. Hierzu wurden systematisch alle Teile des Projekts analysiert, Sollfunktionen für alle Anlagenteile und Prozesse definiert und die Auswirkungen möglicher Fehlfunktionen beschrieben. Bei den zuständigen Behörden wurden alle erforderlichen Genehmigungen für die Errichtung und den Betrieb der Anlagen beantragt.

TOTAL erbrachte im Rahmen des Arbeitspakets die folgenden Leistungen und schloss sämtliche der genannten Leistungspakete erfolgreich ab:

• Bauleitung und technische Koordinierung der Berliner Aktivitäten,

• Beschaffung von Genehmigungen und Vorbereitung der erforderlichen Abnahmen (die Inbetriebnahme der Anlage erfolgt erst im Dezember 2011),

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• Bestellung der o.g. Wasserstoffkomponenten sowie eines Verdichtercontainers bei Linde und Übernahme sämtlicher der Kosten hierfür.

Angesichts des durch die Förderbedingungen im KoPa II vorgebenen sehr engen Rahmens für die Projektimplementierung konnten eine Abnahme der Anlagen durch den zuständigen TÜV und die Erteilung einer Betriebsgenehmigung nicht mehr im Rahmen des Vorhabens erfolgen. Beide Aktivitäten sollen im Dezember 2011 abgeschlossen sein.

6.3.5 Heidestraße, Berlin: Bau Anlagenperipherie

Im Rahmen dieses Arbeitspakets wurden durch Total an der Heidestraße eine Reihe baulicher Maßnahmen umsetzen, die die Voraussetzungen für die Installation der Wasserstoffkomponenten waren.

Insbesondere umfassten Leistungen im Rahmen dieses Arbeitspakets:

• die Erschließung der Wasserstofftankstelle durch Anbindung der Tankstelle an das öffentliche Wasser-, das Abwasser-, das Strom und das Telekommunikationsnetz,

• die Errichtung eines Tankautomaten/Kartenlesers und seine Einbindung in das in der Einführung befindliche projektweit einheitliche Tankkartensystem der CEP,

• die Umsetzung eines Total eigenen Wasserstoff-Tankstellendesigns für diesen Standort,

• die Errichtung erforderlicher elektrischer Einrichtungen und Leitungen im Außenbereich der Wasserstofftankstelle.

• Einbindung der Tankstelle in das Fahrerinformationssystem der CEP durch Installation der erforderlichen Hardware

Sämtliche im Rahmen dieses Arbeitspakets zu erbringenden Leistungen waren zum Projektende abgeschlossen.



Alle wesentlichen Projektziele konnten im Rahmen des Vorhabens vollständig erreicht werden, obwohl das Projekt anfänglich durch den Verlust des für Hamburg geplanten Projektstandorts eine erhebliche Verzögerung erfuhr.

Zu Beginn des Vorhabens hatte Total eine Reihe wissenschaftlicher und technischer Arbeitsziele formuliert, die es durch Realisierung dieses Fördervorhabens zu erreichen galt:

• Erstmalige Umsetzung des in der „H2-Mobility-Initiative“ entwickelten standardisierten Tankstellenkonzepts (inklusive Erprobung Pflichtenheft) für kleine Tankstellen: Erstmals wurden mit den hier beschriebenen Tankstellen zwei den Spezifikationen der „H2-Mobility-Initiative“ entsprechende Anlagen der Größenklasse „klein/small“ fertiggestellt.

• Weiterentwicklung, Erprobung und Validierung der 700 bar-Betankungstechnologie und der zugehörigen Hochdruckspeichertechnologie: Während eine Erprobung und Validierung der 700-bar-Technologie naturgemäß im Rahmen dieses sehr kurzen KoPa-II-Projekts nicht zu leisten war, konnten beide Anlage so weit fertiggestellt werden, dass sich die Erprobung und Validierung unmittelbar an das Vorhaben anschließen kann. Insbesondere soll im Verbund mit der parallel in Hamburg errichteten H2-Mobility-standardisierten Anlage von Shell eine umfassende Erprobung des SAE-J2601-konformen 700-bar-Konzepts erfolgen. Umfassende Auswertungen der Anlagendaten und weitreichende Konzeptvergleiche werden im Rahmen des Übergeordneten Moduls der CEP, das zunächst bis Ende 2014 bewilligt ist, erfolgen. Im Ergebnis dieses Projekts stehen nun künftig umfassende Daten zur Verfügung

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• Erbringung des Nachweises, dass Regionen infrastrukturseitig durch geeigneten Maßnahmen zügig erschlossen werden können: Erstmals konnte in weniger als einem Jahr eine Wasserstofftankstelle von der Planung, über Genehmigung, Grundstücksvorbereitung, begleitende Baumaßnahmen und werksseitigen Aufbau der Anlagentechnik und Installation vor Ort fertiggestellt werden. Angesichts der durch einige OEMs bereits ab 2015 geplanten Markteinführung der Technologie ist der Nachweis der Machbarkeit eines raschen Infrastrukturausbaus von elementarer Bedeutung für den Erfolg der Technologie am Markt. Etwa 1000 Tankstelle – so Branchenschätzungen, die insbesondere von Erkenntnissen aus der Markteinführung von Erdgas als Kraftstoff abgeleitet sind – werden erforderlich, um eine flächendeckende Kraftstoffversorgung sicherzustellen. Das Projekt schafft die Voraussetzungen für die Erbringung des Nachweises, dass standardisierte Tankstellentechnologie geeignet ist, den Infrastrukturausbau maßgeblich zu beschleunigen

• Fortsetzung und Ausweitung der in Phase I und II der CEP begonnen Aktivitäten zur Erreichung kritischer Massen an Infrastruktureinrichtungen und Fahrzeugen: Durch den Aufbau der Anlagen konnte die Versorgungssituation in der Regionen Hamburg und Berlin maßgeblich verbessert werden. Zusammen mit den parallel durch Shell und Vattenfall errichteten Stationen an der Bramfelder Chaussee und in der Hafencity ist damit nun auch in Hamburg eine marktnahe Versorgungsituation etabliert. In beiden Regionen sind nun jeweils mindestens drei Anlagen verfügbar.


Von besonderer Bedeutung für die weitere Entwicklung und Markteinführung von Wasserstoff als Kraftstoff sind die im Rahmen dieses Projekts erzielten Erkenntnisse über die Machbarkeit und letztlich die Leistungsfähigkeit einer weitgehend standardisierten Tankstellentechnologie.

Erstmals wurde im Rahmen dieses Vorhabens zwei standardisierte, modulare Tankstelle der Größenklasse „small“ gem. den Vorgaben der H2-Mobility-Initiative errichtet, die zugleich auch den aktuellen Betankungsstandard für 700-bar-Betankungen, die SAE J-2601, umsetzen. Durch die weitgehende Standarisierung der Tankstellen und die Bestellung von gleich zwei Einheiten ist bereits jetzt eine weit kostengünstigere Realisierung möglich, als dies bei bisherigen individuell entwickelten und geplanten Anlagen der Fall war. Bereits erste H2-Mobility-standardisierte Anlagen sind unter einer Million Euro realisierbar. Weitere Skaleneffekte sind bei einem raschen Ausbau der Infrastruktur zu erwarten. Im Umkehrschluss wird allein durch diese Kostenreduktion ein rascher Ausbau möglich und wahrscheinlich. Bis 2015 soll dieser Aufbau so weit vorangeschritten sein, dass eine Markteinführung von Wasserstofffahrzeugen möglich wird.

Gerade angesichts der jüngsten, im Rahmen dieses Vorhabens erstmals vollumfänglich realisierten Entwicklungen sind die wirtschaftlichen Erfolgsaussichten von Wasserstoff als Kraftstoff besser denn je. Maßgeblich für eine erfolgreiche Kommerzialisierung ist es, dass auch in Zukunft ausreichende Mittel durch Industrie und Fördermittelgeber bereitgestellt werden, um den weiteren Infrastrukturaufbau auch unter Einsatz standardisierter Technologiekomponenten vorantreiben zu können.

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7 PROJEKTMODUL: „Testbetrieb zweier Toyota FCHV-adv Brennstoffzellenfahrzeuge im Jahr

2010 als Vorbereitung des Flottenbetriebs ab 2011“

Projekttitel: Clean Energy Partnership (CEP), Projektmodul: Testbetrieb zweier Toyota FCHV-adv Brennstoffzellenfahrzeuge im Jahr 2010 als Vorbereitung des Flottenbetriebs ab 2011

Verbundpartner im Projektmodul: Toyota Motor Europe N.V./S.A.


Förderquote 48%




Anschlussaktivität Anschlussvorhaben zum Flottenbetrieb läuft seit 1.1.2011

7.1 Kurzfassung

Ziel des dieses Vorhabens war die Vorbereitung des Einsatzes einer Flotte von Brennstoffzellenfahrzeugen im Rahmen der CEP. Es wird damit die substantielle Vergrößerung der CEP-Flotte ab 2011 vorbereitet. Während der Beginn des Flotteneinsatzes ab 2011 erfolgt, führte Toyota im Rahmen dieses Vorhabens den vorbereitenden Testbetrieb von zwei FCHV-adv durch.

Der Testbetrieb in Europa diente insbesondere der Erprobung unter den in Europa vorherrschenden Bedingungen sowie der vorbereitenden Erprobung der Fahrzeuge im Zusammenspiel mit der von der CEP eingesetzten 700bar-Betankungstechnologie. Zugleich diente er der notwendigen Zertifizierung und Zulassung des Fahrzeugs für den Betrieb in Europa. Darüber hinaus unterstützte Toyota durch Bereitstellung von Fahrzeugen und Betreuern für Ride & Drive Veranstaltungen sowie durch Shuttles die kommunikativen Aktivitäten der CEP.

7.1.1 Aufgabenstellung

Ziel des Vorhabens war die Vorbereitung des Einsatzes einer Flotte von bis zu fünf Brennstoffzellenfahrzeugen im Rahmen der CEP ab 2011, die eine substantielle Vergrößerung der CEP-Flotte und folglich eine Erhöhung der Auslastung bestehender und geplanter Betankungseinrichtungen darstellt.

Während der Beginn des Flotteneinsatzes ab 2011 Gegenstand eines eigenständigen Förderantrags ist, beabsichtigte Toyota im Rahmen dieses Vorhabens den vorbereitenden Testbetrieb von zwei FCHV-adv zur Erprobung der eingesetzten Technologie unter den in Europa vorherrschenden Bedingungen sowie im Zusammenspiel mit der von der CEP eingesetzten 700bar-Betankungstechnologie. Zugleich diente der Testbetrieb der notwendigen Zertifizierung und Zulassung der Fahrzeuge für den Betrieb in Europa.

Toyota betrieb im Rahmen dieses Vorhabens zwei Brennstoffzellenhybridahrzeuge vom Typ TOYOTA FCHV-adv mit einer neu entwickelten Toyota-Hochleistungsbrennstoffzelle im Zeitraum März bis Dezember 2010 im Rahmen der CEP. Das Fahrzeug war bereits zu Projektbeginn für den

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Straßenverkehr in den USA zugelassen. Alle wesentlichen Fahrzeugdaten sind in Tab. 1 zusammengefasst.

Fahrzeug Gesamtlänge / -breite / -höhe (mm) 4.735 /1.815 / 1.685

Max Geschwindigkeit (km/h) 155

Reichweite (km) 790

Kraftstoffeffizienz (km/kg H2) 128

Sitzplätze 5

Leergewicht (kg) 1.880

Brennstoffzelle Hersteller Toyota

Typ PEM

Maximale Leistung (kW) 90

Max Drehmoment (Nm) 260

Kraftstoff Art Reiner Wasserstoff

Tanksystem Hochdruck-H2-Speicher

Max. Speicherdruck (bar) 700

Tankkapazität (kg H2) 6,1 (bei 25°C)

Tankkapazität (l) 156

Batterie Nickel-Metall-Hydrid

Tab. 1: Fahrzeugspezifikationen TOYOTA FCHV-adv

Die Basis des Toyota Brennstoffzellenstacks bildete eine Membran-Elektroden-Einheit (MEA), bei dessen Entwicklung einem grundlegenden Problem besondere Aufmerksamkeit geschenkt wurde: dem in der Brennstoffzelle entstehenden Wasser, welches gerade bei niedrigen Betriebstemperaturen die Stromerzeugung maßgeblich störte. Umfassende Grundlagenforschung wurde im Vorfeld dieses Vorhabens geleistet, um das Systemverhalten und die entstehenden Wassermengen unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen exakt beschreiben zu können. Die Ergebnisse befähigten die Ingenieure, das MEA-Design im Interesse der Kaltstartfähigkeit substantiell zu verbessern. Im Ergebnis war der TOYOTA FCHV-adv im Rahmen dieses Vorhabens für den Betrieb in europäischen Regionen mit Temperaturen von bis zu -30°C geeignet.

Die Effizienz des Gesamtsystems konnte in der im Rahmen dieses Vorhabens eingesetzten Fahrzeuggeneration um 25 % gesteigert werden. Verbessert wurden insbesondere die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelleneinheit und der Bremsenergierückgewinnung sowie der Energieverbrauch der Hilfssysteme. Weitere Besonderheiten des Fahrzeugs waren eine integrierte Degradationskontrolle für den Elektrodenkatalysator und eine verbesserte Brennstoffzellenlebensdauer. Die Bestückung des Fahrzeugs mit einem von Toyota entwickelten 700-bar-Tanksystem erlaubte eine Reichweite von rund 800 km mit einer einzigen Tankfüllung.

7.1.2 Zusammenarbeit mit anderen Stellen

Toyota arbeitete im Rahmen dieses Fördervorhabens zur Erreichung der Projektziele mit folgenden Stellen zusammen.

TÜV Rheinland: Die erstmalige Zulassung für den deutschen Straßenverkehr wurde erfolgreich vorgenommen. Die Abnahme erfolgte durch den TÜV Rheinland.

M.C.F. Motor Company Fahrzeugvertriebsgesellschaft mbH: Die für die Straßenzulassung der Fahrzeuge notwendigen Umbauarbeiten wurden durch die M.C.F. Motor Company durchgeführt. Darüber hinaus übernahm die M.C.F. Motor Company Wartungs- und Service-Dienstleistungen und unterstützte Toyota Europe beim Fahrzeugtransport.

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H2 Mobility: Toyota bringt sich über sein Engagement im Rahmen der CEP hinaus zur Erreichung der Ziele in die Gremienarbeit der H2 Mobility ein.

7.2 Projektverlauf

7.2.1 Fahrzeugbereitstellung

Im Rahmen des Vorhabens erfolgte die Überstellung der Fahrzeuge an die verschiedenen Betriebs- und Teststandorte.

Ferner erfolgte die Bereitstellung von Fahrzeugen für zusätzliche Fahrzeugtests. Ein Ziel des Testbetriebs war die Erprobung unter den in Europa vorherrschenden klimatischen und sonstigen für den Fahrzeugbetrieb relevanten Bedingungen. Hierzu wurden gesonderte Fahrzeugtests durchgeführt. Während die Tests für besonders kalte Bedingungen bereits vor Vorhabenbeginn erfolgten, wurden während der Vorhabenzeit weitere Tests durchgeführt, um notwendige technologische Anpassungen für einen einwandfreien Betrieb in Europa zu sondieren.

7.2.2 Genehmigungsprozesse

Im Rahmen dieses Vorhabens wurde der FCHV-adv erfolgreich für den Betrieb in Deutschland zugelassen und registriert.

Die Zulassung für den deutschen Straßenverkehr erfolgte durch den TÜV Rheinland. Für die Straßenzulassung der Fahrzeuge war folgende Umbauarbeit zu verrichten:

• Neumontage Nebelschussleuchte

• Neumontage Rückstrahler

Nach erfolgten Umbauarbeiten erfolgte die Zulassung als Erprobungsfahrzeug für den Straßenverkehr. Als Auflage dieser speziellen Form der Zulassung mussten Fahrten durch Dritte stets von einem Toyota-Mitarbeiter oder von einem durch Toyota geschulten Spezialisten begleitet werden. Es ist beabsichtigt, diese Einschränkung für das Folgevorhaben, den Flottenbetrieb ab 2011 aufzuheben. Eine Aufhebung ist auf Grundlage der im aktuell laufenden Testbetrieb gewonnen Erfahrungen und Ergebnisse absehbar.

7.2.3 Betriebsvorbereitung und Fahrzeugbetrieb

Im Rahmen des Vorhabens wurden die Fahrzeuge für den Betrieb vorbereitet und in Berlin sowie bei Veranstaltungen außerhalb Berlins, wie beispielsweise im Rahmen der WHEC 2010 in Essen, betrieben. Ziel des Betriebs war es, die CEP-Ziele zu unterstützen, die Sichtbarkeit zu erhöhen und die Schnittstelle zwischen Infrastruktur und Fahrzeugen zu optimieren.

Betriebsvorbereitung: Im März 2010 wurden folgende Maßnahmen durch Toyota-Ingenieure im Rahmen der Betriebsvorbereitung durchgeführt:

• eine detaillierte Überprüfung der bestehenden Betankungseinrichtungen und eine Feststellung ihrer Eignung für die Betankung der Fahrzeuge,

• Untersuchung der zuvor aus Japan nach Brüssel überführten Fahrzeuge auf Transportschäden inkl. Überprüfung der Speichersysteme,

• Durchführung von Probebetankungen an den CEP-Tankstellen.

Für die Durchführung dieser Maßnahmen reisten Spezialisten aus Japan an, die durch Mitarbeiter des Berliner Büros von Toyota unterstützt wurden.

Fahrzeugbetrieb: Die zwei Fahrzeuge dienten der erstmaligen Erprobung der Technologie im Zusammenspiel mit der CEP-Infrastruktur unter europäischen Bedingungen. Hierzu wurden unter anderem

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• Fahrzeugtests zur Anpassung an die besonderen klimatischen und sonstigen für den Betrieb relevanten Bedingungen (höhere Geschwindigkeiten, unterschiedliche Fahrbahnoberflächen) in Europa (Berlin, Stuttgart, Spanien),

• Betankungstests zur Evaluierung der technischen Kompatibilität der Fahrzeuge mit den vorhandenen Betankungseinrichtungen der CEP,

• Betankungstests zur Unterstützung der Fehlersuche bei infrastrukturseitigen Problemen,

• Eignungstests an neu eröffneten Tankstellen (TOTAL Tankstelle in Berlin/Holzmarktstraße)

vorgenommen. Mit diesen zusätzlichen Tests hat Toyota den Einsatz der Fahrzeuge für den Kundenbetrieb im Folgevorhaben optimiert und zur Verbesserung der Schnittstelle zwischen Infrastruktur und Fahrzeugen im Rahmen der CEP beigetragen.

Unterstützung von CEP-Veranstaltungen: Die erste Präsentation der Fahrzeuge fand am 05.03.2010 im Rahmen eines öffentlichen Events anlässlich des Toyota-Beitritts zur CEP statt. Mit einer hochrangig besetzen, medienwirksamen Veranstaltung hat Toyota dazu beigetragen, den Bekanntheitsgrad der CEP zu erhöhen sowie über die Ziele und Aktivitäten der CEP zu informieren.

Darüber hinaus unterstützte Toyota unter anderem folgende CEP-Ride&Drive-Veranstaltungen:

• 12.05.2010: Teilnahme mit zwei FCHV-adv an der CEP Wasserstofffahrzeuge-Rallye von Berlin nach Hamburg. Auf der Rallye konnten Fachjournalisten die Fahrzeuge auf der rund 300 km langen Strecke zwischen Berlin-Hamburg erproben und bei einem Zwischenstopp in Stolpe selbst die Fahrzeuge betanken.

• 16.-21.05.2010: Teilnahme an dem von der CEP angebotenen Ride&Drive-Service auf der WHEC2010. Hier stellte Toyota ein Fahrzeug für ein interessiertes Fachpublikum bereit.



Zulassung des FCHV-adv für den Fahrbetrieb in Deutschland: Erstmals erfolgte die Zulassung der neuesten Toyota FCHV-adv-Fahrzeuggeneration als Erprobungsfahrzeug für den europäischen Markt. Als Auflage der Straßenzulassung wurde seitens des TÜV eine Beschränkung der Fahrer auf ausschließlich von Toyota speziell geschultes Fachpersonal genannt.

Ziel eines geplanten Folgevorhabens wird die Aufhebung dieser Einschränkung für den Flotteneinsatz ab 2011 sein, der auf Basis des in 2010 erfolgreich demonstrierten Probebetriebs umgesetzt werden wird. Der Fahrzeugbetrieb ermöglichte wichtige Erkenntnisse in Hinblick auf den Betankungsvorgang an den CEP-Tankstellen und das Fahrverhalten des Fahrzeugs unter europäischen Randbedingungen. Die durchweg positiven Erfahrungen des Demonstrationsbetriebs der Testfahrzeuge lassen erwarten, dass die kommenden zusätzlichen Fahrzeuge ab 2011 erleichterten Zulassungsbedingungen unterliegen und es einer breiteren Öffentlichkeit ermöglichen, dieses Fahrzeug im Alltagsbetrieb zu nutzen.

Umrüstung für den europäischen Markt: Die in der Projektantragsphase beabsichtigten Umrüstungen des Fahrzeugs wurden wie geplant durchgeführt.

Fahrzeugtests: Alle zur Sicherstellung eines reibungslosen Fahrzeugbetriebs in Deutschland bzw. Europa notwendigen Fahrzeugtests wurden im Rahmen dieses Vorhabens erfolgreich und wie geplant durchgeführt. Die Kompatibilität mit der vorhandenen Betankungsinfrastruktur konnte sichergestellt werden.


Als wesentliche Erkenntnisse aus dem Projektmodul sind anzuführen:

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• Der Toyota FCHV-adv erfüllt alle für die Zulassung zum Straßenverkehr in Deutschland notwendigen, technischen Anforderungen.

• Die Bedingungen in Europa haben keinerlei negativen Einfluss auf den Betrieb der Fahrzeuge, wie Tests in Deutschland und Spanien gezeigt haben. Getestet wurden hierbei nicht nur die klimatischen Bedingungen, sondern auch weitere für den Fahrzeugbetrieb in Europa relevante spezielle Bedingungen wie beispielsweise höhere Autobahngeschwindigkeit und unterschiedliche Fahrbahnoberflächen.

• Die 700bar-Betankungstechnologie des Fahrzeugs ist technisch kompatibel mit der im Einsatz befindlichen Betankungsinfrastruktur und im Einklang mit den in Diskussion befindlichen Betankungsstandards SAE J 2601.

• Die im Rahmen des Probebetriebs und der Betankungstests gewonnenen Erkenntnisse konnten zur kontinuierlichen Verbesserung der Schnittstelle zwischen Infrastruktur und Fahrzeug beitragen.

Der Fahrzeugprobebetrieb hat gezeigt, dass der FCHV-adv problemlos in Kundenhand betrieben werden kann. Dies ist eine wichtige Voraussetzung für den Flotteneinsatz der Fahrzeuge, der ab 2011 vorgesehen ist. Der Zulassung der Fahrzeuge für den Betrieb in Kundenhand steht somit nichts mehr entgegen.

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8 PROJEKTMODUL: Übergeordnetes Modul – Phase III - Gremien, Projektkoordinierung, Wissensmanagement, Öffentlichkeitsarbeit und Kommunikation

Projekttitel: Clean Energy Partnership (CEP) - Phase III, Übergeordnetes Modul: Gremien, Projektkoordinierung, Wissensmanagement, Öffentlichkeitsarbeit und Kommunikation

(Sonderbericht zum Ausstieg von Statoil aus dem Vorhaben)

Verbundpartner im Projektmodul: Adam Opel AG

Air Liquide Deutschland GmbH

Berliner Verkehrsbetriebe A.ö.R. (BVG,

BMW AG

Daimler AG

EnBW Energie Baden-Württemberg AG


Hamburger Hochbahn AG

Honda R&D Europe (Deutschland) GmbH

Linde AG

Shell Hydrogen BV

Siemens AG

Statoil ASA

Total Deutschland GmbH

Vattenfall Europe AG

Volkswagen AG

Toyota Motor Europe


Berichtszeitraum Statoil ASA 01.05.2011-30.09.2012

Förderquote 48%


Förderkennzeichen: 03BV302G

Projektstatus laufend

Anschlussaktivität keine geplant

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8.1 Kurzfassung

Am 19.6.2012 erklärte die Statoil ASA als Verbundpartnerin im Vorhaben „Clean Energy Partnership (CEP) – Phase III: Übergeordnetes Modul – Gremien, Projektkoordinierung, Wissensmanagement, Öffentlichkeitsarbeit und Kommunikation“ die Absicht, in Entsprechung zu den Fristsetzungen in der Konsortialvereinbarung der CEP zum 30.9.2012 aus dem Verbundvorhaben auszuscheiden.

Das Vorhaben wird durch die übrigen Verbundpartner fortgeführt.

Im Rahmen dieses Vorhabens setzen die Verbundpartner die begleitenden Maßnahmen fort die im Vorläuferprojekt (vgl. Kap. 1) begonnen wurden.

Insbesondere umfassen die projektbegleitenden Aktivitäten




• die Koordinierung und Durchführung der Projektkommunikation und Öffentlichkeitsarbeit durch einen externen Pressesprecher in Zusammenarbeit mit einem externen Dienstleister (PR-Agentur).


Die Partner der Clean Energy Partnership (Stand 30.09.2012),

• die Adam Opel AG,

• die Air Liquide Deutschland GmbH (seit 1.8.2011)


• die BMW AG,

• die Daimler AG,

• die EnBW Energie Baden-Württemberg AG (seit 1.11.2011)



• die Honda R&D Europe (Deutschland) GmbH (seit 1.8.2011)

• die Hyundai Motor Europe GmbH (seit 1.4.2012 Verbundpartner, Förderung bislang nicht beantragt)

• die Linde AG,


• die Siemens AG (ab 1.10.2012)

• die Statoil ASA,


• die Vattenfall Europe AG und

• die Volkswagen AG

• und die Toyota Motor Europe,

hatten sich zum Ziel gesetzt, im Rahmen dieses Vorhabens die erforderlichen begleitenden Maßnahmen zu realisieren, die für den Ausbau des seit 2002 durch die deutsche Bundesregierung geförderten Vorhabens Clean Energy Partnership zu einem Vorhaben mit weltweit richtungsweisender Wirkung und mit Leuchtturmcharakter für den künftigen Einsatz von Wasserstoff

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als Kraftstoff im Straßenverkehr erforderlich sein würden. Sie setzten hiermit die bereits im Rahmen des Vorhabens Clean Energy Partnership (CEP) – Phase II: Übergeordnetes Modul – Gremien, Projektkoordinierung, Wissensmanagement, Öffentlichkeitsarbeit und Kommunikation (Förderkennzeichen 03BV302x) aus Mitteln des NIP geförderten Maßnahme fort (vgl. Kap. 1).

Im Besonderen umfassten die im Rahmen dieses Übergeordneten Moduls umzusetzenden projektbegleitenden Aktivitäten:

• die organisatorische Realisierung und Vernetzung der Projektmodule durch Einsatz der durch die Projektpartner personell auszustattenden Gremien:

o Vollversammlung (VV) o Steuerkreis (SK) o Task Force PR o Arbeitsgruppe Infrastruktur und Produktion o Arbeitsgruppe Mobilität/Pkw o Arbeitsgruppe Mobilität/Bus o Arbeitsgruppe Internationale Kooperation o Arbeitsgruppe Organisation und Ausrichtung der CEP die erste Laufe des Vorhabens

in Leben gerufen wurde o 5 technische Arbeitskreise, die erst im Laufe des Vorhabens ins Leben gerufen

wurden,



• Betrieb und Pflege eines wegweisenden Informations- und Wissensmanagementsystems zum internen Austausch der Forschungsergebnisse durch einen externen Dienstleister,

• Koordinierung und Durchführung der Projektkommunikation und Öffentlichkeitsarbeit durch o einen Pressesprecher, der die Aufgabe als externer Dienstleister wahrnimmt o eine PR-Agentur als externe Dienstleisterin

Die technische Realisierung der geplanten Vorhaben zur industriellen Forschung, Entwicklung und vorwettbewerblichen Demonstration von Wasserstofftechnologien erfolgte parallel in nachgeordneten sogenannten Projektmodulen.

Ziel war es, durch die Konzentration der begleitenden Aktivitäten in einem einzigen Vorhaben nicht nur eine verbindende Klammer um die Projektmodule zu schließen und sie hierdurch in einen Prozess inhaltlichen Austauschs und kontinuierlicher Synergiebildung einzubinden, sondern zugleich die Projektmodule von administrativen Prozessen und übergeordneten organisatorischen und technischen Fragestellungen freizuhalten und ihnen hierdurch die Möglichkeit zu geben, sich voll auf die technische Realisierung ihrer Inhalte zu beschränken.

Im Rahmen des Vorhabens wurde das sogenannten Knowledge and Information Management System (KIM) als gemeinsamer übergeordneter Wissenspool weiterbetrieben welches in der Projektphase II aufgebaut und in Betrieb genommen worden war. In der CEP generiertes Know-how stand hiermit jederzeit für alle Projektmodule zur Verfügung und ermöglicht so Synergien, wie sie bislang in anderen vergleichbaren Vorhaben nicht möglich waren. Sämtliche im Fördervorhaben gesammelten Informationen stehen zum Ende des Berichtszeitraums in weit über 2.000 Dokumenten den Projektpartnern zur Verfügung.


Die Realisierung der geplanten Maßnahmen erfolgte in enger Kooperation aller Projektpartner. Unterstützt wurden diese Arbeiten durch die folgenden Unternehmen, die im Rahmen des Vorhabens durch die Partnerschaft beauftragt wurden, ohne selbst Projektpartner zu sein:

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• Spilett New Technologies GmbH, Berlin: Das Unternehmen wurde nach einer zu Beginn von Phase II durchgeführten Ausschreibung im Rahmen dieses Vorhabens neuerlich mit der Projektunterstützung und der Weiterentwicklung und dem Betrieb des Wissensmanagementsystems KIM beauftragt.

• be: Public Relations GmbH, Hamburg: Das Unternehmen wurde nach einer zu Beginn von Phase II durchgeführten Ausschreibung im Rahmen dieses Vorhabens neuerlich mit der Erbringung von Agenturleistungen im Arbeitsbereich Öffentlichkeitsarbeit / Kommunikation beauftragt.

• Claudia Fried: Nach einer noch in Phase II der CEP durchgeführten Ausschreibung wurde Frau Claudia Fried zum 1.1.2011 zur Pressesprecherin der CEP berufen und durch alle Partner anteilig beauftragt.

Im Rahmen des Projekts arbeitete die Partnerschaft darüber hinaus eng mit der California Fuel Cell Partnership (CaFCP) und ab September 2012 auch mit der Scandinavia Hydrogen Highway Partnership (SHHP) zusammen. Zur Pflege dieser Partnerschaften war bereits in Phase II die Arbeitsgruppe Internationale Kooperation ins Leben gerufen worden, die ihre Arbeits in Phase III fortsetzte.

8.4 Projektverlauf

8.4.1 Übersicht

Das Vorhaben startete planmäßig am 1.1.2011 in Fortsetzung des vom 1.5.2008-31.12.2010 geförderten Vorhabens Clean Energy Partnership (CEP) – Phase II - Übergeordnetes Modul: „Gremien, Projektkoordinierung, Wissensmanagement, Öffentlichkeitsarbeit und Kommunikation“. Es ist als Verbundvorhaben bislang nicht beendet und wird von den übrigen Verbundpartnern planmäßig bis 31.12.2014 fortgesetzt, während Statoil aus unternehmensstrategischen Gründen seine Teilnahme an dem Vorhaben zum 30.9.2012 beendete.

Das Gesamtvorhaben CEP setzte sich die folgenden wissenschaftlichen und technischen Arbeitsziele und trieb deren Erreichung durch Umsetzung geeigneter Projektmodule über den gesamten Berichtszeitraum voran:

• technische Weiterentwicklung von Pkw und Bussen mit Brennstoffzellen und Wasserstoffverbrennungsmotoren sowie Einführung neuer Fahrzeuggenerationen und Einbindung neuer Fahrzeughersteller in die Kooperation,

• technische Weiterentwicklung von Tankstellenkomponenten, Weiterentwicklung und Etablierung einheitlicher Betankungsprotokolle, Installation von Technologien auf dem aktuellsten Entwicklungsstand,

• Etablierung eines gemeinsamen Tankstellenabnahmeprozesses,

• Etablierung eines gemeinsamen Tankkartensystems,


• Ausdehnung der CEP in die Fläche durch Einbindung neuer Regionen in das Vorhaben,

• Errichtung neuer öffentlicher Betankungsstandorte zur Sicherstellung einer regionalen Versorgungssicherheit und zur regionalen Flächenabdeckung sowie Vorbereitung eines Aufbauprogramms zur Erreichung einer nationalen Flächendeckung,

• Aufbau ausreichender Kapazitäten zur Betankung von Busflotten und zur Abgabe von Wasserstoffmengen, die auch im Hinblick auf einen künftigen Einsatz belastbare Aussagen hinsichtlich Verfügbarkeit und Distribution von Wasserstoff im großen Maßstab zulassen,

• Realisierung von technologischen und operativen Verbesserungspotenzialen durch Umsetzung der „lessons learned“ aus CEP Phase II,

• die Erprobung der Fahrzeug-, Erzeugungs- und Betankungstechnik unter realen Alltagsbedingungen weitgehend im Kundenbetrieb,

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• die Etablierung alternativer Bereitstellungspfade für regenerativen Wasserstoff (insb. BtH, elektrolytische Erzeugung aus Windkraft),

• die kontinuierliche gemeinsame Meilensteinüberprüfung und Vorüberlegungen für die Inhalte des in 2014 zu beantragenden zweiten Abschnitts der Phase III (2015-2016).

Das Übergeordnete Modul, welches Gegenstand dieses Berichts ist, bildet eine wesentliche Voraussetzung dafür, dass die genannten Vorhabenziele bis zum Ende des Förderzeitraums erreicht werden können. Insbesondere das im Rahmen dieser Projektphase weiterentwickelte und ausgebaute Informations- und Wissensmanagementsystem hatte maßgeblichen Einfluss darauf, dass technologische und betriebliche Herausforderungen rasch erkannt und „lessons learned“ rasch umgesetzt werden konnten. Dank der engen Zusammenarbeit, im Rahmen derer die beteiligten Wettbewerber gemeinsames Wissen teilen, setzte das Projekt bis heute erhebliche Synergien frei, die eine beschleunigte Marktvorbereitung für Wasserstofftechnologien in den kommenden Jahren begünstigen. Hiermit konnten Projektprozesse insbesondere in den CEP-Arbeitsgruppen und -Arbeitskreisen so erfolgreich implementiert werden, dass eine Markteinführung von Wasserstofftechnologien durch einzelne Hersteller bereits zum Ende des NIP in 2016 weiterhin für realistisch gehalten wird.

Die Bereitschaft der Partner, wesentliche Ergebnisse ihrer angewandten Forschung und Entwicklung sowie wesentliche Betriebsdaten ihrer Fahrzeuge und Anlagen in einem gemeinsamen Wissenspool zusammenzutragen und dieses Know-how im Interesse einer raschen Weiterentwicklung zu teilen, führte dazu, dass auch Phase III wie bereits zuvor Phase II mit einem maßgeblichen Zugewinn an Wissen und wesentlichen Erkenntnissen für eine künftige wirtschaftliche wie technische Optimierung der Anlagen und relevanten Prozesse fortgeführt werden konnte und über die Verweildauer von Statoil im Vorhaben hinaus weiter fortgesetzt wird.

Die Umsetzung des Vorhabens erfolgte in vier Arbeitspaketen, die in den folgenden Kapiteln im Detail betrachtet werden.


Im Rahmen dieses Arbeitspakets wurde die Arbeit in folgenden in Phase II des Vorhabens etablierten Projektgremien fortgeführt:



• Arbeitsgruppe Infrastruktur und Produktion - AGIP,

• Arbeitsgruppe Mobilität /PKW – AGMP,

• Arbeitsgruppe Mobilität/Busse – AGMB,

• PR Task Force,

• Arbeitsgruppe Internationale Kooperation.

Zusätzlich wurden im Laufe des Fördervorhabens die folgenden zusätzlichen Gremien ins Leben gerufen und personell ausgestattet:

• Gemeinsame Arbeitsgruppe Mobilität und Infrastruktur (AGMI)

• Arbeitskreis Eichbare Mengenmessung (AKMM)

• Arbeitskreis H2-Backup (AKBU)

• Arbeitskreis Wasserstoffqualität (AKWQ)

• Arbeitskreis Füllkupplungstest (AKFT)

• Arbeitskreis Befüllprozess (AKBP)

• Temporäre Arbeitsgruppe Organisation und Ausrichtung der CEP (AGOA)

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Mit der Durchführung der Projektkoordinierung beauftragte die Partnerschaft erneut die Spilett New Technologies GmbH mit Sitz in Berlin, die bereits in Phase II diese Leistungen erbracht hatte.














8.4.4 Wissens- und Informationsmanagement

Mit dem Weiterbetrieb und dem kontinuierlichen Ausbau des projekteigenen Wissens- und Informationsmanagementsystems KIM beauftragte die CEP erneut die Spilett New Technologies GmbH mit Sitz in Berlin, die bereits in Phase II nach Ausschreibung der Leistungen mit dem Aufbau und der Inbetriebnahme des Systems beauftragt gewesen war.

Zu Beginn der dritten Phase erfolgte mit Überarbeitung der Konzeptpapiere der Arbeitsgruppen auch ein Update der Wissensziele für das Projekt. Die Liste der Wissensziele wurde über die Projektlaufzeit und im Ergebnis der Arbeitsgruppen und Arbeitskreise kontinuierlich fortgeschrieben.

Die Informations- und Wissenserhebung wurde uneingeschränkt fortgesetzt, so dass dem Projekt zum Ende des Berichtszeitraums umfassende Datenbestände für den Zeitraum ab 01/2008 zur Verfügung standen. Insbesondere wurde die Erfassung und Bereitstellung der laufend erhobenen Betriebsdaten (Betankungsdaten und Betriebsdaten der Tankstellen, Betankungsdaten und Wartungsinformationen der Mobilitätspartner) in einer gemeinsamen durch den Projektkoordinator gepflegten Datenbank fortgesetzt. Automatisierungstechniken für den Rohdatenimport, Prüfroutinen für Plausibilitätschecks und Auswerteroutinen zur Berichtsgenerierung der Infrastruktur- ebenso wie der Mobilitätsdaten kamen hierbei zur Anwendung. Für die Auswertungen der Betankungsdaten zwischen Tankstelle und Pkw und ihren Abgleich wurden Importroutinen genutzt, die die Rohdaten, die durch die Partner bereitgestellt werden, aufbereitet und halbautomatisiert zuordnet.



• Aufstellung aller in CEP Phase III betriebenen Pkw-Modelle mit technischen Grunddaten


• Monatliche Betankungs- und Betriebsdaten (Pkw- und Busflotten)

• Monatliche Betankungsdaten nach Tankstellen (Pkw- und Busflotten)


• Aufstellung aller in CEP Phase III betriebenen Pkw mit technischen Grunddaten und Zulassungsangaben

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• zusätzlich ab Phase III: individuelle Anlagenverfügbarkeitsinformationen für alle CEP-Tankstellen auf Basis der durch das Fahrinformationssystem gelieferten Statusmeldungen













Individuell wurden ab Phase III zudem für die Infrastrukturbetreiber Betankungsdaten in aufbereiteter Form bereitgestellt.

Bei der Bearbeitung von Anfragen aus Wissenschaft und Forschung bzw. von nationalen und internationalen Projekten konnte verschiedentlich unterstützt werden. In Abstimmung mit der Partnerschaft wurden Informationen und/oder Erfahrungen bereitgestellt.



• die CEP-Pressesprecherin, die durch die Partner zu gleichen Teilen beauftragt wurde und die in dieser Funktion zugleich die PR Task Force leitet,



Leistungen, die im Rahmen dieses Arbeitspakets durch die o.g. Projektorgane erbracht wurden, umfassten im Detail:

Allgemeines / Kommunikationsmaterialien

• Überarbeitung und Pflege der CEP-Außendarstellung (Neugestaltung der Website, Planung und Umsetzung des Social Media Auftritts auf facebook, Visitenkarte auf XING etc.)

• Erarbeitung, Überarbeitung und Pflege von Kommunikationsmitteln in deutscher und englischer Sprache (CEP-Imagebroschüre inkl. Publikation auf USB-Stick und im Print, Konzeption und Umsetzung eines H2-Minifolders mit Fakten zum Wasserstoff und eines 6-seitigen Leporellos zur CEP, Fahnen für Tankstellen und Autos, Beachflag, CEP-Visitenkarten etc.)

• Überarbeitung des CD-Manuals inkl. Vorgaben für das Fahrzeugbranding nach NOW-Richtlinien

• Überarbeitung der Präsentationsunterlagen

• Erarbeitung von Kommunikationsstrategien zum Thema Grüner Wasserstoff

• Erstellung und Versand eines regelmäßigen Newsletters zu aktuellen Themen

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• Medienkooperation mit dem Magazin „enorm – Wirtschaft für den Menschen“

• Gestaltung CEP-Tankkarte („H2 Card“)

• Gestaltung und Einrichtung eines Kundenbereichs auf der CEP-Website in enger Zusammenarbeit mit der Projektkoordinierung

• Kontinuierliche Medienarbeit – Journalistenkontakte

• Ausschreibung, Vorbereitung und Umsetzung eines Fotoshooting für CEP-eigenes Bildmaterial an Aufnahmeorten deutschlandweit (Projektstandorte, Bayern, Schleswig-Holstein, Rügen etc.)

• Planung, Vorbereitung und Realisierung von zwei Onlinefilmen für Social-Media-Kanäle zu den Themen Emissionsfreiheit und Geräuscharmut

• Neukonzeptionierung des CEP-Imagefilms undvorbereitende Maßnahmen für die Herstellung

• Vorbereitung und Realisierung eines TV-Beitrag zur CEP in Kooperation mit n-tv

• Vorbereitung und Durchführung ADAC-Kooperation Fahrtraining mit Brennstoffzellenfahrzeugen

• Vorbereitung und Durchführung einer Kooperation mit der „Scandinavian Hydrogen Tour 2012“

• Vorbereitende Sondierungen mit den Organisatoren der „Aquanario“ im Hinblick auf einen mögliche Kooperation

Treffen mit politischen Entscheidern

• Hannover Messe 2011: Ernst Pfister, Minister für Wirtschaft (Baden-Württemberg), Philip D. Murphy, US-Botschafter in Berlin, Dr. Veit Steinle, Abteilungsleiter Umweltfragen und Infrastruktur, Grundsatzfragen (BMVBS), Dr. Arne Wulff, Staatsekretär CDS (Schleswig-Holstein), Dr. Jens-Peter Heuer, Staatssekretär Senatsverwaltung für Wirtschaft, Technologie und Frauen (Berlin), Rainer Bomba, Staatssekretär (BMVBS), Hans-Heinrich Sander, Minister für Umwelt (Niedersachsen), Günther Oettinger, Kommissar für Energie (Europäische Kommission), Ladies' Programme of the Management Board of the Deutsche Messe AG, Jörg Bode, stellvertretender Ministerpräsident (Niedersachsen), Mitglieder des Wirtschaftsausschusses (Thüringen)

• CDU, Herr Jarzombak und Staatssekretärin: Treffen an der Holzmarktstraße und Probefahrt, Anwesend: C. Fried und T. Wilhelm

• Übergabe F-Cell an den Berliner Wirtschaftssenator Harald Wolf

• SPD, Treffen Herr Machnig mit P. Schnell, T. Wilhelm, C. Fried

• Treffen mit StS Mücke im Rahmen des „Tags der Offenen Tür im BMVBS“

• Deutsch-Französischer Entdeckungstag: Staatsminister im Auswärtigen Amt Michael Link und der französische Europaminister Jean Leonetti mit Schülern des Deutsch-französischen Gymnasiums

• Hannover Messe 2012: Wolfgang Tiefensee, MdB, Chinesische Delegation des Forschungs- und Technologieministeriums mit Dr. Wan Gang, Minister, Delegation des Auswärtigen Amts, Günther Oettinger, EU-Kommissar für Energie, Rainer Bomba, Staatssekretär im Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung

Teilnahme/Organisation Termine, Besuchertermine Tankstellen:

• 04.01.2011: TU Berlin, Besuch von Studenten der Fakultät Verkehrs- und Maschinensysteme an der Holzmarktstraße

• 27.01.2011 Teilnahme an der Übergabe der BZ-Fahrzeuge von Daimler an Gasag Vattenfall, Salzufer

• 31.01.2011: Auftakt-Treffen in Wiesbaden zum Beitritt des Bundeslands Hessen

• 03.02.2011: Teilnahme Wasserstoffstammtisch Berlin H2Gate

• 15.03.2011: Treffen eMO/ Herr Lobenberg m. P. Schnell, C. Fried, BVG zur Vorstellung der CEP an der Holzmarktstraße

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• 18.3.2011: Teilnahme am „Zukunftskongress Mobilität“ des CDU Wirtschaftsrats

• 22.3.2011: Stand und Fahrzeuge im Rahmen der Ausstellermesse im Energieforum Berlin zur Verkündung des Berliner Aktionsprogramms E-Mobilität.

• 29. 04.2011: Ride & Drive für die Teilnehmer der Bürgerkonferenz des Projekts HyTrust

• 16.05.2011 Teilnahme an der Pressekonferenz zur Bürgerkonferenz Hytrust

• 20.05.2011: Besuch einer Delegation von HyNor an der Holzmarktstraße

• 27.06.2011: Besichtigung von Dr. Wan Gang, Minister für Wissenschaft und Technologie der Volksrepublik China

• 27.06.2011: Teilnahme am Joint Japanese German Workshop on Hydrogen and Fuel Cells der NOW GmbH (Berlin)

• 05.09.2011: Daimler übergibt 20 Elektro-Pkw und -Transporter in Hamburg, Teilnahme C. Fried, K. Bube

• 26.09.2011: HyPort Müritz, Vortrag C. Fried

• 16.09.2011: Führung einer Preisträgerin über die Vattenfall-Tankstelle in Hamburg mit anschließendem Besuch des Clean Tech Media Awards

• 27.09.2011: f-cell Stuttgart – Vortrag C. Fried

• 29.09.2011: Hamburger Klimawoche 2011 – Infotag Green Transportation Road

• 12.10.2011: Pro H2 Technologieforum Hannover, Vortrag C. Retzke

• 19.10.2011: Parlamentarischer Abend des Deutschen Wasserstoff- und Brennstoffzellenverbands e.V.

• 20.10.2011: Jahreskonferenz Erneuerbare Energien ee11, Teilnahme C. Fried

• 25.10.2011: Eröffnung Hybridkraftwerk Prenzlau – CEP-Fahrzeugflotte vor Ort

• 03.+04.11.2011: Energieland Mecklenburg-Vorpommern und 18. Energie-Symposium: Teilnahme Honda-Fahrzeuge, C. Fried

• 14.+15.11.2011: Besuch Catherine Dunwoody, CAFCP – Organisation Programm, Besichtigung der CEP-Tankstellen in Hamburg und Berlin, Berichte der AGs

• 17.11.2011: IPHE Round Table: Organisation der CEP-Fahrzeugflotte

• 23.11.2011: Brennstoffzellenforum Darmstadt: Vortrag P. Schnell, Übergabe Daimler F-Cell an die Hessische Umweltministerin Lucia Puttrich

• 29.+30.11.2011: Elektromobilität in Modellregionen – Ergebnisse und Ausblick, Teilnahme be:pr

• 17.01.2012 Eröffnung Vattenfall Station HafenCity

• 25.01.2012 Treffen CEP-Pressesprecherin & Prof. Göhlich, TU Berlin, Prüfung einer Kooperation in Sachen Batteriebusse

• 07.02.2012 Fachgespräch Wasserstoffinfrastruktur Baden-Württemberg, Vortrag R. Grasman

• 14.02.2012 Pressekonferenz des DWV

• 2.3.2012 Eröffnung ISE-Tankstelle Freiburg (die Anlage verfügt über den CEP-ready-Status)

• 08.03.2012 Tankstellenführung Holzmarktstraße

• 20.+21.03.2012 EID Kraftstoffforum, Vortrag P. Schnell

• 28.3.2012 Besuch der BtH-Anlage Leuna mit einem Journalisten des Technology Review

• 21.+22.04.2012 Nachhaltigkeitstage Baden-Württemberg, CEP Banner

• 18.04.2012 Veranstaltung zur Erstanlieferung von Windwasserstoff an der Total-Tankstelle Heidestraße

• 23.-27.04.2012 Hannover Messe: Gemeinschaftsstand mit NOW GmbH, Ride & Drive mit der CEP-Fahrzeugflotte, Round-Table-Gespräch: „Fahren mit Wasserstoff – wann haben wir ein flächendeckendes Tankstellennetz?“

• 24.04.2012 Offizieller Beitritt der EnBW AG im Rahmen der Hannover Messe

• 27.04.2012 Chinesische Medien-Delegation an der Holzmarktstraße

• 21.+22.05.2012 Tagesspiegel E-mobility Summit, CEP-Pressesprecherin vor Ort

• 23.05.2012 Tag der Immobilienwirtschaft unter Beteiligung eines BVG-Wasserstoffbusses

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• 02.05.2012 Tankstellenführung für die interessierte Öffentlichkeit

• 04.- 05.06.2012 Veranstaltung B.A.U.M.-Jahrestagung 2012 mit Verleihung des Umweltpreises, Schloss Bellevue, Shuttle BVG-H2-Bus, CEP-Pressesprecherin vor Ort

• 03.-07.06.2012 WHEC Toronto, Vortrag H. Klingenberg

Organisation & Medienarbeit Events

• 04.04.-08.04.2011: Hannover Messe (Präsenz auf den Ständen der NOW, Ride+Drive),

• 16.05.-22.05.2011: Michelin Challenge Bibendum (CEP-Messestand, Ride+Drive),

• 19.05.2011: Beitritt Air Liquide und Honda zur CEP (Pressekonferenz im Rahmen der Michelin Challenge Bibendum),

• 28.05.2011: Lange Nacht der Wissenschaften, Berlin (inkl. Ride+Drive),

• 20.06.2011: Eröffnung der Wasserstofftankstelle Sachsendamm

• 23.06.2011: Interview des südkoreanischen Radiosenders KBS mit P. Schnell und C. Fried an der Holzmarktstraße

• 28.-30.07.2011: Journalistenevent an der Holzmarktstraße auf Einladung des Partners Toyota mit C. Fried

• 17.08.2011: Übergabe Brennstoffzellenhybridbusse in Hamburg

• 19.8.2011: Interview Enorm im Zuge der Medienkooperation

• 20.+21.08.2011: Tag der Offenen Tür im BMVBS

• 24.08.2011: Redaktionsbesuch Deutschland Radio mit C. Fried, J. Launer

• 29.+30.08.2011: Toyota Presseevent mit C. Fried

• 05.09.2011: Interview „Gazette“ mit P. Schnell

• 06.09.2011: Abstimmungen Ausstellungsforum HOLM zur Präsentation der CEP im Vorfeld der IAA

• 08.09.2011: Beitritt Hessen zur CEP

• 29.09.2011: Redaktionsbesuch ADAC, C. Fried

• 19.10.2011: Österreichische Journalisten auf Einladung von Toyota, Teilnahme C. Fried

• 21.12.2011: Meeting in Kopenhagen zu H2 moves Scandinavia, Teilnehmer: C. Fried, P. Schnell, be:pr

• 31.05.2012 Blogger-Event „Vom Windrad bis zum Tank – mobil mit Windwasserstoff“, Teilnahme von 10 Onlinejournalisten/Bloggern

• 02.06.2012 Präsentation der Tankstelle Holzmarktstraße im Rahmen der Lange Nacht der Wissenschaften Berlin

• 20.06.2012 50 Wasserstofftankstellen für Deutschland, Presseveranstaltung im BMVBS

8.4.6 Zusätzliche Maßnahmen

Um künftig Einzelabnahmen aller Standorte durch alle Fahrzeughersteller überflüssig zu machen, wurde im Rahmen des Vorhabens eine abgestimmte Abnahmeprozedur für H2-Tankstellen etabliert. Ein gemeinschaftlich zu finanzierendes CEP-Tankstellenabnahmeprogramm wurde beschlossen und bis Ende 2012 durchgeführt. Die Tankstellenabnahmen erfolgten in der 3. und 4. Berichtsperiode zunächst an sechs Standorten durch einen entsprechend technisch ausgestatteten Dienstleister.




Zu Beginn des Gesamtvorhabens CEP hatte sich die Partnerschaft eine Reihe wissenschaftlicher und technischer Arbeitsziele gesteckt, die es durch Realisierung des Übergeordneten Moduls und

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geeigneter Projektmodule bis zum Ende der Laufzeit von Phase II zu unterstützen galt (die technische Realisierung selbst war i.d.R. Gegenstand nachgeordneter technischer Module):

• Technische Weiterentwicklung von wasserstoffgetriebenen Pkw und Bussen: Während der Projektlaufzeit wurde insbesondere die Flotte die neue Fahrzeuggeneration von Daimlers F-Cell umfassend ins Projekt eingeführt. Bislang nicht in der CEP vertretene Fahrzeuge von Honda und Hyundai konnten erstmals einem breiten europäischen Publikum präsentiert werden. Während des Berichtszeitraums erfolgte die Einführung einer neuen Generation von Brennstoffzellenbussen in Hamburg, während sich bei den Projektpartnern BMW und Ford neue Fahrzeuggenerationen in der Vorbereitung befanden.

• Technische Weiterentwicklung von Betankungsinfrastrukturen, Installation von Technologien auf dem aktuellsten Entwicklungsstand: Schwerpunkt in Phase III war der weitere umfassende Ausbau bestehender Infrastrukturen zu lokalen Netzwerken. Zum Tragen kam hierbei erstmals auch der Einsatz einer nach Vorgaben der H2-Mobility-Initiative weitgehend standardisierten Tankstellentechnologie mit dem Ziel, Anlagenpreise zu erreichen, wie sie im Sinne einer Markteinführung unerlässlich sind. Die Erprobung entsprechender Technologien erfolgt beispielsweise an den Standorten Heidestraße, Berlin, Cuxhavener Straße und Bramfelder Chaussee, Hamburg. Das in Phase II eingeführte Kundeninformationssystem, an das inzwischen alle CEP-Tankstellen und auch viele nicht zur CEP gehörende Standorte angebunden sind, wurde während der Projektlaufzeit weiter ausgebaut und war zum Ende des Berichtszeitraums nicht mehr nur per SMS-Abfrage zugänglich sondern bot nun auch die Möglichkeit eines Online-Zugriffs per Smartphone oder Computer auf eine in Echtzeit aktualisierte Kartendarstellung der Anlagenverfügbarkeit. Im Kundeninteresse wurde während der Projektlaufzeit die CEP-Tankkarte eingeführt. Der Kunde kann sich nun mit nur einer Tankkarte an allen CEP-Standorten autorisieren und bargeldlos tanken. Daneben widmeten sich die während der Projektlauzeit etablierten Arbeitskreise wesentlichen Fragestellungen der Weiterentwicklung von Technologiekomponenten, der Versorgungssicherheit

• Ausbau bestehender Betankungsinfrastrukturen / Errichtung neuer öffentlicher Betankungsstandorte zur Sicherstellung einer regionalen Versorgungssicherheit und zur regionalen Flächenabdeckung: Während des Berichtszeitraums wurden zahlreiche neue Standorte in Betrieb genommen. In Berlin kam der Standort Heidestraße hinzu, am Flughafen BER begannen die Bauarbeiten, in Hamburg wurden die Stationen Hafencity, Cuxhavener Straße und Bramfelder Chaussee eröffnet. In Düsseldorf wurde am Höherweg die erste Station eröffnet. In Karlsruhe ging der Standort Durlacher Allee, in Stuttgart die Tankstelle Talstraße in Betrieb. Parallel erfolgt zwischen den in der CEP engagierten Infrastrukturpartnern und dem BMVBS im Juni 2012 die Verständigung auf die Umsetzung eines 50-Tankstellen-Programms bis 2016.

• Realisierung von technologischen und operativen Verbesserungen durch Umsetzung der „lessons learned“ aus den CEP Phasen I und II: Wesentliche Meilensteine waren die Weiterentwicklung des Betankungsstandards für 700 bar unter besonderer Berücksichtigung der durch die SAE im Rahmen des Dokuments SAE J-2601 gemachten Vorgaben, die Erhöhung der Nutzerfreundlichkeit des Nutzerinformationssystems und die Forcierung eines hohen Standardisierungsgrades für Anlagen im Interesse hoher Kosteneffizienz. Fragestellungen die sich zum Ende des Berichtszeitraums weiterhin in intensiver Prüfung und Erörterung befanden, waren Fragen der Wasserstoffqualität, Fragen der Eignung und Standfestigkeit einzelner Technologiekomponenten, sowie die Themen eichfähige Mengenmessung, Betankungsprozess, Tankstellenabnahmeverfahren, regionale Backup-Lösungen etc.

• Erprobung der Fahrzeug-, Erzeugungs- und Betankungstechnik unter Alltagsbedingungen: Zum Ende des Berichtszeitraums waren projektweit rund 110 Pkw und 8 Busse im Einsatz. Während der 21-monatigen Projektlaufzeit wurden allein mit den Pkw rund 600.000 km

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geleistet (zum Vergleich: 500.000 Pkw-Kilometer während der 36-monatigen Laufzeit von Phase II) und dienten der intensiven Erprobung der eingesetzten Technologien. Auch die Zahl der geleisteten Buskilometer und der Betankungen konnte substantiell erhöht werden.

• Die Untersuchung alternativer Bereitstellungspfade: Während der Projektlaufzeit wurden erstmals maßgebliche Teile des abgegebenen Wasserstoffs als regenerativ erzeugter Wasserstoff abgegeben. Relevante Erzeuger waren das Hybridkraftwerk in Prenzlau (Erzeugung erfolgt hier im Rahmen der Aktivitäten um das Hybridkraftwerk der Enertrag AG das Windwasserstoff für die Berliner TOTAL-Standorte bereitstellt und Lindes BtH-Anlage in Leuna. Bereits für die Jahre 2011 und 2012 konnte nach ersten Schätzungen im Mittel ein Anteil regenerativen Wasserstoffs von über 50% erreicht werden. Ursprüngliches Ziel zu Beginn der Phase II war es, zum Ende von Phase III (2016) einen Anteil von 50% zu erreichen.

• Gemeinsame Meilensteinüberprüfung und Festlegung der genauen Inhalte für den zweiten Teil der Projektphase III (2015-2016): Zum Ende der Laufzeit des Vorhabens (31.12.2014) wird erneut eine umfassende Revision der Projektziele für die Arbeitsbereiche Mobilität/Pkw, Infrastruktur und Produktion erfolgen. Bedingt durch den vorzeitigen Ausstieg von Statoil aus dem Vorhaben liegen zum Ende des Berichtszeitraums zu diesem Punkt noch keine verbindlichen Ergebnisse vor.

• Einleitung der Marktvorbereitung von Wasserstofftechnologien für den Verkehrsbereich: Erste der an der CEP beteiligten Fahrzeughersteller sehen einen Markteinführung von Wasserstofffahrzeugen ab 2015 vor. Entsprechende Weichenstellungen waren daher zum Ende des Berichtszeitraums noch nicht erfolgt. Bedingt durch den vorzeitigen Ausstieg von Statoil aus dem Vorhaben liegen daher zum Ende des Berichtszeitraums noch keine verbindlichen Ergebnisse vor.

Das Übergeordnete Modul, bildete eine wesentliche Voraussetzung dafür, dass die genannten Ziele erreicht werden konnten oder bis zum Ende des Verbundvorhabens am 31.12.2014 erreicht werden. Insbesondere das geplante Informations- und Wissensmanagementsystem hatte maßgeblichen Einfluss darauf, dass technologische Herausforderungen erkannt und „lessons learned“ rasch umgesetzt werden konnten. Die enge Zusammenarbeit der am Projekt beteiligten Wettbewerber setzte im Projekt erhebliche Synergien frei, die eine beschleunigte Marktvorbereitung für Wasserstofftechnologien massiv begünstigen. Nach gegenwärtigem Stand ist eine Markteinführung von Wasserstofftechnologien in 2015 vorgesehen.



Das Übergeordnete Modul besitzt selbst nicht das Potential, verwertbare sachbezogene Ergebnisse in nennenswertem Umfang zu liefern. Es trägt durch den Einsatz eines hochentwickelten Informations- und Wissensmanagementsystems, durch eine umfassende Öffentlichkeitsarbeit und durch eine strukturierte Gremienarbeit – insbesondere durch die Arbeit der neu geschaffenen technischen Arbeitskreise - allerdings maßgeblich dazu bei, die Verwertungspotentiale im Rahmen der nachgeordneten Projektmodule schneller und effizienter auszuschöpfen. Das im Rahmen des Vorhabens betriebene Informations- und Wissensmanagementsystem setzt Maßstäbe auch für vergleichbare Projekte mit vergleichbar großen und komplexen Konsortien. Von besonderer Bedeutung für den wissenschaftlichen Erfolg ist der erstmals geprobte Einsatz eines gemeinsamen Datenpools, der intern umfassende technische Analysen unterschiedlicher Antriebssysteme, unterschiedlicher Kraftstoffarten und Druckstufen, unterschiedlicher Erzeugungspfade und Technologien und unterschiedlicher Betankungsanlagendesigns erlaubt.

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Die umfassende Erprobung von Komponenten für Betankungsanlagen und Fahrzeuge führte zu einem umfassenden Know-how-Aufbau in diesem Bereich und damit einhergehend zu höheren Standzeiten bei Komponenten sowie zu einer kontinuierlich steigenden Anlagenverfügbarkeit bei solchen Technologien, die sich als geeignet für einen künftige Marktsituation erwiesen haben.

Das Übergeordnete Modul bildete als unabdingbare Voraussetzung für die Implementierung der nachgeordneten Projektmodule die Grundlage für den Erfolg des CEP-Projekts als Ganzes. Ziel der CEP unter Berücksichtigung all der von ihr geplanten Projektmodule ist eine Vorbereitung des Marktes für Wasserstoff als Kraftstoff zum Ende der in der Umsetzung befindlichen Phase III des Vorhabens.

Unter Verwertung der Ergebnisse dieses Vorhabens erfolgt im Anschluss an den aktuellen Förderzeitraum die Marktvorbereitung, indem es Fahrzeughersteller auf dem Weg zur beginnenden Serienfertigung (von einzelnen Partnern aus der Automobilindustrie für 2015 geplant) begleitet, Infrastrukturpartner bei der Umsetzung der 50-Tankstellen-Programms unterstützt und Hand in Hand geht mit der Initiative H2Mobility der Auto- und Mineralölindustrie und Energiewirtschaft, die infrastrukturseitig die Schaffung einer für die Markteinführung ausreichenden Betankungsinfrastruktur ebenfalls bis 2015 vorsieht.

Grundsätzlich werden die wirtschaftlichen Erfolgsaussichten von Wasserstoff als Kraftstoff auch weiterhin als sehr gut eingestuft. Maßgeblich für eine erfolgreiche Kommerzialisierung ist es, dass auch in Zukunft ausreichende Mittel durch Industrie und Fördermittelgeber bereitgestellt werden, um die Entwicklung der Technologien und die anschließende Marktvorbereitung als lang angelegten Prozess zu Ende führen zu können.

9 PROJEKTMODUL: Aufbau und Betrieb einer voll integrierten, öffentlichen Wasserstofftankstelle an der Holzmarktstraße in Berlin (Leistungsanteil STATOIL)

Projekttitel: Clean Energy Partnership (CEP) Aufbau und Betrieb einer voll integrierten, öffentlichen Wasserstofftankstelle an der Holzmarktstraße in Berlin

(Sonderbericht zum Ausstieg von Statoil aus dem Vorhaben)

Verbundpartner im Projektmodul: Linde AG

Statoil ASA




Förderquote 48%


Förderkennzeichen: 03BV210C

Projektstatus laufend

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Anschlussaktivität von Projektpartner Total wird ein Anschlussvorhaben geplant

9.1 Kurzfassung

Im Rahmen des Vorhabens errichteten die Statoil ASA gemeinsam mit der Total Deutschland GmbH und der Linde AG ein Wasserstofftankstelle zur Betankung von 350- und 700-bar- sowie LH2-betankten-Fahrzeugen an der Holzmarktstraße in Berlin Friedrichshain.

Neben einer elektrolytischen Vor-Ort-Erzeugung verfügte die Anlage über eine Reihe technischer Neuerungen wie z.B. ein H2-Micro-BHKW eine unterirdische Wasserstoffspeicherung usw.

Nach nicht lösbaren technischen Problemen und einer unternehmensstrategischen Umorientierung verließ Statoil das Vorhaben mit Wirkung zum 31.12.2012.


Ziele dieses Projektmoduls sollten während der ursprünglich geplanten Projektlaufzeit 1.1.2009-31.12.2013 der Aufbau und der erfolgreiche Betrieb einer zahlreiche innovative Komponenten umfassenden Wasserstofftankstelle an der Holzmarktstraße in Berlin-Friedrichshain sein. Vorgesehen war nicht nur, die bestehende Versorgungsinfrastruktur in Berlin um einen zusätzlichen Standort zu ergänzen. Ziel war es insbesondere auch, eine erstmals eigens für die 700-bar-Betankung entworfene Tankstelle mit elektrolytischer Vor-Ort-Erzeugung von Wasserstoff zu realisieren. Die Anlage sollte vorrangig der Betankung der in der CEP betriebenen Wasserstoff-PKW dienen, sollte aber bei Bedarf zugleich eine Eignung für die Betankung der Wasserstoffbusse der BVG besitzen. Ihr Betrieb sollte über die Projektlaufzeit hinaus mindestens bis zum Ende der Laufzeit von CEP Phase III (31.12.2016) fortgesetzt werden.

Die Tankstelle war zum Zeitpunkt ihrer Planung und während ihrer Betriebsphase von maßgeblicher Bedeutung für den Erfolg der CEP, da nur mit der zügigen Verfügbarkeit kundenfreundlicher zentrumsnaher Betankungsmöglichkeiten eine Realisierbarkeit der durch die CEP-Mobilitätspartner geplanten Flotten sichergestellt werden konnte.

Realisiert werden sollte die Anlage durch die CEP-Partner Total Deutschland GmbH, Linde AG und Statoil ASA, die zu diesem Zweck ein von Total angeführtes Konsortium bildeten. Die Total Deutschland GmbH fungierte über die gesamte Projektdauer als verantwortliche Gesamtbetreiberin der Anlagen.

Statoil kam im Rahmen des Vorhabens die Rolle des Technologielieferanten für die gesamte Druckwasserstofftechnologie von der elektrolytischen Erzeugung über die Verdichtung und Speicherung bis hin zur bis -40°C vorgekühlten Abgabe ans Fahrzeug zu.

Während der veranschlagten Laufzeit des CEP-Projektmoduls planten die Partner eine voll in eine öffentliche TOTAL-Tankstelle integrierte Wasserstofftankstelle mit Abgabestellen für flüssigen und hochverdichteten gasförmigen Wasserstoff in Betrieb nehmen, Wasserstofferzeugungseinrichtungen zur elektrolytischen Herstellung von Wasserstoff sowie ein Wasserstoffinformations- und -veranstaltungszentrum aufbauen.

Während der Betriebsphase sollte die Erzeugung von Wasserstoff planmäßig unter Einsatz regenerativer Energien erfolgen.

Als wesentliche Ziele dieses Vorhabens waren im Zuge der Antragstellung formuliert worden:

• die Fortsetzung der Aktivitäten aus Phase I der CEP und die Bereitstellung von Wasserstoff (LH2, GH2 350bar/700bar) für die in Phase II der CEP zu betreibenden 40 Pkw sowie in begrenztem Umfang für geplante Nahverkehrsbusse (2 bis 3 Fahrzeuge)

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• und hierauf aufbauend der im Sinne eine Marktvorbereitung obligatorische Beginn des Aufbaus eines Infrastrukturnetzwerks mit annähernd flächendeckender Erschließung für den Großraum Berlin,

• entsprechend den Forderungen der Mobilitätspartner der CEP die sehr zügige Umsetzung einer Versorgungsinfrastruktur für das Berliner Stadtzentrum im Interesse einer Bindung der im wesentlichen im Zentrum ansässigen Kunden und hiermit Sicherstellung eines hohen Nutzungsgrades der eingesetzten Fahrzeuge,

• die maßgebliche Steigerung der Flexibilität und Effizienz der Erzeugungs- und Verdichtungseinrichtungen gegenüber früheren Generationen,



Diese Ziele konnten im Wesentlichen auch und gerade im Zusammenwirken mit anderen Projektmodulen der CEP erreicht werden. Allerdings führten maßgebliche technische Schwierigkeiten, die sich insbesondere aus dem technisch sehr ambitionierten Vorgehen und dem hohen technologischen Innovationsgrad ergaben, dazu, dass ein Weiterbetrieb der Anlage in der bestehenden Form unter wirtschaftlichen und technischen Gesichtspunkten nach dem 31.12.2012 nicht mehr sinnvoll war.

Gerade aufgrund der technischen Schwierigkeiten, denen sich Statoil im Rahmen dieses Projekts zu stellen hatten, konnten wegweisende Erkenntnisse für das künftige Design von Wasserstoffzeugungseinrichtungen und Betankungsanlagen ebenso wie für die Weiterentwicklung künftiger Versorgungsstrategien erlangt werden.


Die Realisierung der geplanten Maßnahmen erfolgte vor allem in enger Kooperation mit dem norwegischen Unternehmen NEL Hydrogen AS. Bis 2011 war die NEL Hydrogen AS unter dem Namen Hydrogen Technologies Teil der Statoil-Gruppe, wurde aufgrund interner Umstrukturierungen im Konzern aber verkauft und bediente das Projekte fortan als externer Lieferant. Verschiedene Komponenten des CGH2-Strangs wurden von NEL Hydrogen AS zugekauft.

Besondere Aufmerksamkeit verdienen ferner die Hofer Hochdrucktechnik GmbH aus Mülheim an der Ruhr als Lieferantin der 500- und 100-bar-Kompressoren für die Anlage sowie die Hexagon Composites Gruppe mit ihren Unternehmen Lincoln Composites und Raufoss Fuel Systems, die die Zylinder für die unterirdische Speicherung des Wasserstoffs lieferte. Die Abgabeeinheit lieferte die Bilfinger Berger Production Partner AG.

Das Unternehmen Spilett New Technologies GmbH, Berlin, unterstützte das Vorhaben mit Leistungen im Bereich Projektkoordinierung.

9.4 Projektverlauf

9.4.1 Übersicht

Im Rahmen dieses hier beschriebenen CEP-Projektmoduls errichtete die TOTAL Deutschland GmbH an ihrem Standort Holzmarktstraße 36-42 in 10243 Berlin eine Wasserstofftankstelle für die Abgabe von CGH2 und LH2. Die Anlage wurde voll in eine konventionelle, bereits bestehende Tankstelle integriert. Sie wurde um ein dem Thema Wasserstoff als Kraftstoff gewidmetes Tagungszentrum am Tankstellenstandort, das regelmäßig von der CEP wie auch für Veranstaltungen genutzt wurde sowie um eine Photovoltaikanlage zur Versorgung der Tankstelle mit Solarstrom ergänzt.

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Zur Realisierung der Maßnahmen wurde das bestehende Tankstellengrundstück um die angrenzende Fläche eines Gebrauchtwagenhandels erweitert.

Die Entwicklung, der Aufbau und der Betrieb der Wasserstofftechnik erfolgten in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern Statoil ASA (zu Projektbeginn StatoilHydro ASA) und Linde AG, wobei Statoil für den im Rahmen dieses Schlussberichts beschriebenen Aufbau der Druckgaserzeugungs- und -betankungseinrichtungen verantwortlich zeichnete, während Linde den LH2-Strang errichtete (vgl. hierzu den durch Linde vorzulegenden Schlussbericht, Förderkennzeichen 03BV210B). Die Hauptbetreiberverantwortung für die Anlage über die gesamte Betriebsdauer lag bei TOTAL.

Zusätzlich setzte Total im Rahmen des Vorhabens den Betrieb einer bereits existierenden Wasserstofftankstelle an der Detmoldstraße in München fort (vgl. hierzu den durch TOTAL vorzulegenden Schlussbericht, Förderkennzeichen 03BV210A).

Das Vorhaben war von besonderer Bedeutung um eine komfortable und kundenfreundliche Betankung der zu Beginn des Vorhabens bereits im Einsatz befindlichen oder für die Frühphase von CEP II geplanten Fahrzeuge zu gewährleisten. Nachdem im Mai 2008 die erste Berliner Wasserstofftankstelle, die im Rahmen der Phase I der CEP errichtet und von Aral/BP betrieben worden war, außer Betrieb gestellt worden war, war eine Substituierung dieser Betankungsmöglichkeit dringend geboten. Die Lücke war insbesondere durch die hier beschriebene Anlage an der Holzmarktstraße zu schließen. Zwischenzeitlich kam zudem eine mobile Anlage an der Margarete-Sommer-Straße in Berlin-Mitte zum Einsatz.

Die Leistungsanteile Statoils im Rahmen dieses Vorhabens umfassten die folgenden wesentlichen Elemente, die zugleich Gegenstand dieses Schlussberichts sind:

• Aufbau, Test, Zertifizierung, Installation, Wartung und Service des Elektrolyseurs

• Aufbau, Test, Zertifizierung, Installation, Wartung und Service des Steuerungssystems und der Peripherie

• Beschaffung, Installation, Wartung und Service des Hochdrucksystems einschließlich Kompressoren

• Aufbau, Installation, Wartung und Service CGH2-Speichersystems inkl. Beschaffung der Zylinder

• Aufbau, Installation, Wartung und Service CGH2-Abgabeeinrichtung

• Aufbau, Installation, Wartung und Service der Vorkühleinheit für 700-bar-Betankungen gem. CEP-modifiziertem Betankungsprotokoll SAE J-2601

Ergänzt wurden die Leistungsanteile Statoils durch die Anteile der übrigen Projektpartner, die jeweils Gegenstand eigenständiger Schlussberichte sein werden. Total zeichnete in diesem Zusammenhang verantwortlich für.

• Gesamtkoordinierung

• Bereitstellung des Grundstücks

• Hauptbetreiberschaft für die Wasserstoffeinrichtungen sowie Betrieb der zugehörigen konventionellen Tankstelle

• Bauvorbereitung Gelände, Bereitstellung Ver- und Entsorgungsinfrastruktur, inkl. Beschaffung und Betrieb einer Trafostation

• Planung und Durchführung baulicher Maßnahmen inkl. Gebäude (auch Tagungszentrum), technischen Bauten wie Einhausungen für unterirdische Speicher, Wegungen und Außenanlagen

• Genehmigungen und Gutachten

• Beauftragung des Aufbaus sowie Betrieb des Wasserstoff-Micro-BHKWs

• Abstimmung der Sicherheitsarchitektur zwischen den Partnern

• Beschaffung der LH2-Infrastruktur (Dispenser, Leitungen, Steuerung etc.) und kostenfreie Übernahme der vom Messedamm zu übernehmenden Komponenten (LH2-Tank, Kryopumpe).

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Die Linde AG erbrachte folgende Leistungen im Zusammenhang mit dem Aufbau des LH2-Strangs:

• Lieferung und Installation eines LH2-Speichers der zuvor am Standort Messedamm, einer ausschließlich in Phase I der CEP betriebenen Wasserstofftankstelle deinstalliert wurde,

• Lieferung und Installation der vom Messedamm zu übernehmenden Kryopumpe,

• Ingenieurleistungen im Zusammenhang mit dem Aufbau der LH2-Schiene.

Die im Rahmen des Vorhabens zu errichtende Anlage wurde von den Projektpartnern als außerordentlich leistungsfähige Tankstelle mit einem durchschnittlichen Bereitstellungsvolumen von 130 kg/Tag ausgelegt. Die Tankstelle erhielt eine ausreichende Speicherausstattung um vorübergehend aber auch deutlich höhere Wasserstoffmengen abgeben zu können. So wurden bei der Planung der Anlage auch Busbetankungen explizit vorgesehen. Die Tankstelle wurde mit einer entsprechenden Abgabeeinrichtung ausgestattet.

Die sehr zentrale Lage des Standorts in Berlin-Friedrichshain in unmittelbarer Nähe zum Berliner Ostbahnhof sowie zu den Niederlassungen verschiedener Projektpartner und Bundesministerien ermöglichte es, die Tankstelle während der Projektlaufzeit breitenwirksam zu demonstrieren. Zahlreiche hochrangige Delegationen informierten sich zwischen 2009 und 2012 über die NIP- und CEP-Aktivitäten. Aber auch zahlreiche Veranstaltungen und die regelmäßige Öffnung des Standorts für die interessierte Öffentlichkeit dienten nachhaltig der Verankerung des Themas Wasserstoffmobilität im öffentlichen Bewusstsein. Anders als andere Berliner Wasserstofftankstellen war dieser Standort für Regierungsgäste i.d.R. in wenigen Minuten von einem der beteiligten Ministerien aus zu erreichen. Erst ab 2012 eignete sich hierfür auch der Standort Heidestraße in Berlin-Mitte, der allerdings weder über ein Veranstaltungszentrum noch über die gleiche Vielfalt technischer Lösungen (Vorort-Erzeugung, BHKW, LH2 etc.) verfügt. Von denjenigen Tankkunden, die ihre Flotten zum größten Teil zentrumsnah betreiben, wurde der Standort während seiner Betriebsphase bevorzugt angefahren (z.B. BSR: Anfahrt Heerstraße bisher 29,3 km, Anfahrt jetzt 12,9 km; BMVBS: Anfahrt Heerstraße bisher 14,6 km, Anfahrt jetzt 4,4 km; usw.).

Zur Errichtung der Wasserstofftankstelle übernahm die Total Deutschland GmbH nach Projektstart eine rund 500m² große Zusatzfläche, die an die bestehende Total-Tankstelle an der Holzmarktstraße 36-42 in 10243 Berlin angrenzt.

Zum Zeitpunkt der Anlagenkonzeptionierung, zeichnete sich noch nicht ab, welche Wasserstoffkraftstoffe sich im Zuge der Marktvorbereitung durchsetzen würden. Die Partnerschaft entschied sich daher, an diesem Standort alle im Rahmen der der Clean Energy Partnership erprobten Optionen anzubieten: LH2 sowie CGH2 in den Druckstufen 350bar und 700bar. Während die LH2-Anlagen durch Projektpartner Linde zu installieren und aufzubauen waren (nicht Gegenstand dieses Zwischenberichts), lag die Verantwortung für Entwicklung, Erprobung, Aufbau und Betrieb der CGH2-Anlagen allein bei Statoil. Die bauliche Vorbereitung für die Installation des GH2-Strangs wurde durch Total verantwortet.

Ziel des Vorhabens war es, die aktuellsten derzeit verfügbaren Erzeugungs-, Speicherungs- und Abgabetechnologien einzusetzen und zu erproben und hiermit nicht nur eine deutliche Steigerung der Energieeffizienz des Gesamtsystems zu erzielen, sondern im Hinblick auf eine künftige Integrierbarkeit in Standorte mit schwierigen räumlichen Verhältnissen auch eine Verbesserung im Hinblick auf die effiziente Raumnutzung herbeizuführen.

Im Vordergrund dieses Vorhabens stand die nachhaltige Erzeugung und Verwertung des Wasserstoffs. Neben einer konsequenten Steigerung des Anteils erneuerbarer Energien mittels elektrolytischer Wasserstofferzeugung unter Einsatz regenerativer Energie kam der konsequenten Vermeidung von Boil-off-Verlusten große Bedeutung zu. Total trug dieser Forderung Rechnung und beauftragte die Entwicklung und den Aufbau eines Wasserstoff-Micro-BHKW, das im 4. Quartal 2009 erfolgreich in Betrieb ging.

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Das Design der elektrolytischen Erzeugung erfolgte unter der expliziten Maßgabe, eine Optimierung für den Betrieb mit unstet verfügbaren regenerativen Energien zu erzielen. Die Elektrolyse sollte sehr flexibel auf ein kurzfristig sich änderndes Energieangebot reagieren können.

Statoil strebte mit seinem Engagement im Rahmen des Vorhabens die erstmalige Realisierung einiger wegweisender Neuerungen an. So sollte ein zu Beginn des Vorhabens noch in der abschließenden Entwicklung befindlicher Druckelektrolyseur zum Einsatz kommen, für den nicht nur ein um 20% niedrigerer Energieverbrauch im Vergleich zur Vorläufergeneration erwartet wurde. Vor allem sollte dieser weit flexibler einsetzbar sein, als dies bei herkömmlichen Geräten der Fall war. Insbesondere sollte dieser in einem sehr weiten Lastbereich effizient betrieben werden können und in der Lage sein, sehr rasch auf ein schwankendes Energieangebot zu reagieren, was insbesondere für den Tankstellenbetrieb mit schwankender Nachfrage und bei der Verwendung erneuerbarer Energien für die Erzeugung von großer Bedeutung ist.

Die Verdichtertechnik war durch den in Deutschland ansässiger Hersteller Andreas Hofer Hochdrucktechnik GmbH zu liefern.

Durch eine praxisgerechte Speicherausstattung wurde der Betrieb auch bei hoher Betankungsfrequenz und wiederholten back-to-back-Betankungen sichergestellt. Zugleich sollte hiermit ein konstanter Betrieb der Erzeugungsanlage unterstützt werden.

Erstmals wurde an diesem Standort eine unterirische Anordnung der Speicher gewählt und erfolgreich erprobt. Abweichend von den Planungen erfolgte zwar keine Anordnung unter der Fahrbahn, die technisch gleichwohl möglich ist, wo beengte Platzverhältnisse und der Zwang zu hoher Flächenökonomie dies erfordern.

9.4.2 Aufbau Inbetriebnahme und Betrieb der CGH2 Schiene durch Statoil im Überblick

Die Arbeiten an der Tankstelle wurden von Statoil im August 2009 aufgenommen. Alle wesentlichen Komponenten des CGH2-Strangs – Elektrolyseur, Verdichtereinheit, Speichersystem und Zapfpunkt - waren zur offiziellen Eröffnung der Anlage im Mai 2010 geliefert und installiert.

Allerdings kam es bereits früh zu Verzögerungen im Vorhaben, da verschiedene Komponenten von den Lieferanten zunächst nicht mit den erforderlichen Spezifikationen geliefert wurden, so dass Nachlieferungen abzuwarten waren.

Nach der vollständigen Fertigstellung der Anlage zog sich die Inbetriebnahmephase aufgrund einer Reihe nicht vorhersehbarer technischer Probleme in die Länge und musste schließlich im Dezember 2012 abgebrochen werden, ohne dass die Anlage zu diesem Zeitpunkt erfolgreich in einen stabilen Dauerbetrieb hatte überführt werden können. Ein eingeschränkter Betankungsbetrieb war im Juni 2011 begonnen worden, musste aber im Januar 2012 endgültig eingestellt werden, nachdem nach einem Kompressorschaden und einer vermutlich damit einhergehenden Kontamination der Anlage mit Partikeln die Wiederinbetriebnahme nicht mehr gelang.

Die Erzeugung mittels vor Ort installierter Druckelektrolyse konnte nie erfolgreich in Betrieb genommen werden.

Bereits während der Installation und Inbetriebnahme der Anlage sah sich Statoil einer Reihe technischer Herausforderungen gegenüber, die zwar jeweils individuell immer wieder gelöst werden konnten, die zugleich aber zu maßgeblichen Verzögerungen bei der Freigabe der Anlage für den Regelbetrieb ebenso wie zu signifikanten zusätzlichen Kosten jenseits des beantragten Umfangs führten. Im Zuge der Lösung technischer Probleme ergaben sich regelmäßig neue technische Probleme, die im Abschnitt A 2.3 im Detail ausgeführt sind.

9.4.2.1 Elektrolyseur

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Der Elektrolyseur wurde im Zuge des Vorhabens als Prototyp aufgebaut und war so im Vorfeld des Vorhabens nie erprobt worden. Er wurde durch das Unternehmen NEL Hydrogen AS aufgebaut. Zunächst sollte die Anlage, so die Planungen im Zuge der Antragstellung, durch Statoil selbst aufgebaut werden. Hierfür zeichnete Statoils Abteilung Hydrogen Technologies verantwortlich, die aber im Laufe des Projekts, einhergehend mit einer grundsätzlichen strategischen Neuausrichtung bei Statoil, ausgeründet und verkauft wurde. Neben den Auswirkungen, die dieser Verkauf auch auf die Projektstruktur und die fördertechnischen Rahmenbedingungen, sowie auf die hiermit für Statoil einhergehende Kostenentwicklung hatte, führte die Neuordnung des Verhältnisses zwischen Projektpartner und Anlagenbauer zu einer allgemein verzögerten Projektrealisierung.

Ziel im Rahmen des Vorhabens war es, ein technisches Konzept für die Vor-Ort-Erzeugung von Wasserstoff zu realisieren, welches eine ausreichende betriebliche Flexibilität besitzt, um die Vorteile periodisch niedriger Strompreise voll auszunutzen.

Bedingt durch die deutlich verzögerte Bewilligung des Vorhabens begann der Aufbau der Anlage erst im Frühjahr 2009, erfuhr dann aber eine Reihe weiterer Verzögerungen gegenüber dem ursprünglichen Plan. Da der Elektrolyseur zum geplanten Eröffnungstermin der Tankstelle im Mai 2010 am Projektstandort verfügbar sein musste, führte dies letztlich dazu, dass die Anlage keinen umfassenden Abschlusstests unterzogen werden konnte, ehe sie nach Deutschland überführt wurde.

Die Inbetriebnahme des Elektrolyseurs vollzog sich weit langsamer als geplant. Dies hatte insbesondere zwei Gründe:

• Die Inbetriebnahme erfolgte unter erschwerten Randbedingungen, da der Prozess parallel zum bereits laufenden Betankungsbetrieb erfolgte, dessen Start allerdings im Hinblick auf die bereits im Vorhaben eingetretenen Verzögerungen und unter Berücksichtigung der Vereinbarungen mit der CEP-Partnerschaft unabdingbar war.

• Zahlreiche Ausfälle der in Deutschland von der Hofer Hochdrucktechnik GmbH gefertigten Kompressoreinheit verhinderten nachhaltig das zügige Voranschreiten der Inbetriebnahme. Letztlich war es diese Komponente, die vermutlich auch zur Verunreinigung der Speicher und damit zur endgültigen vorzeitigen Beendigung des Vorhabens führte.

Ein Belastungstest der Anlage wurde im Oktober 2010 durchgeführt. Im Anschluss wurden umfassende Modifikationen erforderlich. Insbesondere war eine Umrüstung des Glykolschutzsystems im Kühlaggregat erforderlich, um die Einhaltung der Wasserschutzverordnung zu gewährleisten. Im Mai 2011 wurden neuerliche Modifikationen an der Anlage erforderlich. Diese umfassten auch eine Überarbeitung der Elektrolysezelle. Im November 2011 erfolgte schließlich die CE-Zertifizierung des Elektrolyseurs. Er konnte hiermit in den automatisierten Anlagenbetrieb integriert werden. Im Zuge der Integration wurde aber erkannt, dass zudem ein Problem mit dem Taupunkt des erzeugten Wasserstoffs bestand. Dies führte dazu, dass zusätzlich ein dem Elektrolyseur nachgeschalteter Feuchteabscheider installiert wurde mit dem das Problem gelöst werden konnte.

Nachdem unmittelbar darauf im Januar 2012 eine Kontamination der Anlage mit Partikeln festgestellt worden war, die es unmöglich machte, die Anlage in 2012 wieder in Betrieb zu nehmen, konnte ein Regelbetrieb des Elektrolyseurs zur Erzeugung von Wasserstoff für Betankungszwecke nicht mehr erprobt werden.

9.4.2.2 Verdichtereinheit

Der im Rahmen des Vorhabens eingesetzte Kompressor wurde planmäßig bei der Hofer Hochdrucktechnik GmbH beschafft, die die Anlage in der ersten Jahreshälfte 2009 aufbaute. Die Software der Anlagensteuerung ebenso wie die Einbindung der Anlage lagen in der Verantwortung von Hydrogen Technologies, bzw. später in der Verantwortung von NEL Hydrogen AS.

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Bereits früh im Laufe des Vorhabens musste ein Änderungsauftrag an die Hofer Hochdrucktechnik GmbH gehen. Gegenstand des Auftrags war die Änderung des Leitungsdurchmessers an der Anlage. Zusätzlich ergaben sich erste maßgebliche Verzögerungen; die auf Probleme mit dem Zylindermaterial zurückgingen.

Mitte 2010 führten massive Probleme mit dem Durchflussumschalter zu einem notwendigen Austausch verschiedener Bauteile. Unter anderem war das Hauptsteuergerät der Anlage vollständig zu erneuern. Es wird davon ausgegangen, dass die Probleme auf eine fehlerhafte Installation zurückzuführen sind, die durch einen lokalen Auftragnehmer verursacht wurden. Parallel kam es zum Ausfall eines Regelventils für die Kühlung des Hydraulikaggregats. Die Anlage konnte aber kurzfristig repariert werden. Der anschließende erste Belastungstest mit dem Hydraulikaggregat verlief allerdings nicht erfolgreich. Weitere Teile der Komponente wurden im Juli 2010 ausgetauscht.

Im September 2010 kommt es schließlich zu Ausfällen der Druck- und Temperaturfühler an der Anlage. Nach der Demontage werden sie dem Hersteller zur Durchsicht und Reparatur übersandt.

Durch den bereits oben erwähnten Umbau des Glykolschutzsystems wird eine zeitweilige Stilllegung der Anlage im Februar 2011 erforderlich.

Ab Frühjahr 2011 traten zudem wiederholt Leckagen am Kompressor auf. Betroffen waren hiervon alle Verdichterstufen. In Folge dieser Ereignisse wurden wiederholte grundlegende Instandsetzungen der Verdichtereinheit erforderlich, ohne dass diese letztlich zu einer zufrieden stellenden Betriebszuverlässigkeit der Anlage führten. Bereits im Februar 2012 wurde neuerlich eine vollständige Überholung des Kompressors erforderlich. Auch hierdurch konnte aber das Problem nicht behoben werden, dass beim Kaltstart immer wieder Leckagen auftraten. Ein Erprobung der Anlage oder gar ein Regelbetrieb im automatischen Betriebsmodus war daher nicht möglich. Der Austausch der Dichtungen der ersten Kompressorstufe im Juni 2012 brachte keine Besserung, und auch in der 2. Jahreshälfte 2012 traten die bekannten Probleme beim Kaltstart weiterhin auf, ohne dass die Ursachen hierfür im Rahmen des Vorhabens abschließend ermittelt werden konnten. Wahrscheinlich ist aber, dass das vom Hersteller gewählte Dichtungsmaterial im Zusammenwirken mit den örtlichen Temperaturschwankungen und den betrieblichen Anfahrprozeduren die Probleme verursacht hat.

Das entscheidende Problem, welches im Zusammenhang mit den Überholungsmaßnahmen vom Februar 2012 entdeckt wurde, und welches letztlich zur vorzeitigen Beendigung des Anlagenbetriebs und des Projekts führte, waren jedoch Partikeleinträge und Verunreinigungen der Anlage, die ebenfalls auf den Kompressor zurückgeführt werden.

Es wird davon ausgegangen, dass es sich bei den Einträgen, die im Speicher und in der Abgabeeinheit nachgewiesen werden konnten, um Abrieb vom Führungslager des Kompressors handelt. Letztlich führten diese Verunreinigungen dazu, dass das Vorhaben nach gründlicher Abwägung der Kosten und der technischen Machbarkeit ihrer zuverlässigen Beseitigung zum 31.12.2012 vorzeitig beendet wurde.

9.4.2.3 Speichersystem

Die Speicher befinden sich unterhalb des Fahrwegs der Tankstelle und beanspruchen daher keine zusätzliche Fläche. Durch die Installation in einem gasdichten Flüssigkeitsbehälter können Undichtigkeiten sofort erkannt werden. Ventile sind im Trockenen außerhalb der Wanne installiert. Die Errichtung der Betonwanne war Teil des Leistungspakets von Total.

Zu realisieren war erstmals in Deutschland ein unteririsches Speichersystem für die Lagerung des gasförmigen Wasserstoffs bestehend aus:

• einer 450-bar-Speicherbank mit 24 * 250 l Speichervolumen (ca. 190 kg),

• sowie einer 900-bar-Speicherbank mit 2* 250 l Speichervolumen.

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Vorteil dieses flächeneffizienten Konzepts, dessen bauseitige Realisierung durch Total erfolgte, war die besondere Eignung für Ballungsräume mit ihren beengten Platzverhältnissen, wo in den kommenden Jahren die meisten Tankstellen erwartet werden. Zudem konnte mit diesem Vorgehen eine besonders hohe Ästhetik der Anlage erreicht werden, deren Druckgasteil heute kaum mehr von einer konventionellen Tankstelle zu unterscheiden ist.

Die Speichertanks wurden wie geplant liegend in mehreren mit Flüssigkeit gefüllten gasdichten Behältern untergebracht, die ihrerseits in einer Betonwanne installiert sind. Die im Rahmen des Vorhabens eingesetzten Speichertanks stammen von den Herstellern Lincoln Composites und Raufoss Fuel Systems - beides Unternehmen der Hexagon Composites Group. Eingesetzt wurden konventionelle Zylinder des Herstellers wie sie auch für die oberirdische Speicherung verwendet werden. Abweichend von den Projektplanungen wurde unter Beachtung der Wasserschutzverordnung zusätzlich ein Schutzanstrich in dem von Total errichteten unterirdischen Speicherraum erforderlich. Diese Maßnahme wurde im Februar 2011 durchgeführt.

Abb. 1: Anlagenästhetik: Einzige sichtbare Komponente der Anlagentechnik ist der im Projektverlauf außer Betrieb gesetzte LH2-Speicher im Hintergrund

Im Rahmen von Betankungstests, die Ende Januar 2012 durchgeführt wurden, entdeckte man in den Speichern ein für die Betankung von Brennstoffzellenfahrzeugen nicht mehr akzeptables Kontaminationsniveau der Speicher mit partikulären Ablagerungen. Zunächst waren lediglich Undichtigkeiten bei mehreren Betankungen festgestellt worden, die aber auf Partikeleinträge zurückgeführt wurden.

Im Mai konnte in Kooperation mit der HYDAC International GmbH, die über eine entsprechende Probenahmeapparatur verfügt, durch eine laboranalytische Untersuchung der Filtermembran tatsächlich eine erhebliche Partikelbelastung (1,7 mg/kg H2; Partikelgröße >10µm) nachgewiesen werden.

Um die Betriebsbereitschaft wiederherzustellen und um genauere Erkenntnisse über die Ursache der Kontamination zu erlangen, wurden zwischen Frühjahr und September 2012 mehrere Versuche

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unternommen, die Verunreinigungen aus dem Speicher auszuspülen, die offensichtlich nicht durch das Speichersystem selbst verursacht worden waren, sondern vermutlich aus der Verdichteranlage eingetragen wurden. Da mit entsprechenden Entwicklungen nicht gerechnet worden war, war versäumt worden, die Speicher durch vorgeschaltete Filter ausreichend zu schützen. Eine entsprechende Maßnahme sollte in kommenden Vorhaben obligatorisch sein, um die Speicher vor entsprechenden nur mit hohem Aufwand zu beseitigenden Verunreinigungen zu schützen. Äußerstenfalls muss mit der Notwendigkeit zum Austausch der kompletten Speicheranlage gerechnet werden. Auch im Rahmen dieses Vorhabens konnten mit den Spülversuchen keine ausreichende Verbesserung der Partikelbelastung erreicht werden.

9.4.2.4 Dispenser

Die Abgabeeinheit wurde durch die Bilfinger Berger Production Partner AG in enger Zusammenarbeit mit dem Statoil Research Centre in Porsgrunn aufgebaut. Sie basiert auf ähnlichen Systemen, die bereits erfolgreich an Tankstellen in Norwegen (Oslo und Drammen) eingesetzt werden. Allerdings wurden mit der durch Bilfinger Berger aufgebauten Anlage eine Reihe von Betankungstests im Statoil Research Centre erforderlich. Die Testreihe führte zu signifikanten Verzögerungen im ersten Halbjahr 2010.

Im Herbst 2010 wurden im Zuge der Inbetriebnahme Probleme mit den Regelventilen sowohl für das 350-bar- als auch für das 700-bar-Betankungssystem erkannt. Die Ventile wurden dem Hersteller zur Reparatur übersandt. Im Oktober lagen die Ventile wieder vor, versagten aber erneut. Parallel erfolgte ein Austausch der Temperaturfühler gegen Einheiten mit einer schnelleren Ansprechzeit.

Ein Versagen der Filtersysteme in der 700-bar-Abgabeeinheit führte im Januar 2012 zu der Entscheidung, das bereits an einer Tankstelle in Oslo erprobte Filtersystem zum Einsatz zu bringen und die Zapfsäule den hierfür erforderlichen Modifikationen zu unterziehen.

9.4.3 Status des Vorhabens zum Projektende / Wegweisende Erkenntnisse aus dem

Vorhaben

Zum 31.12.2012 waren die meisten Komponenten der Anlage einsatzbereit. Während des vierten Quartals 2012 befand sich die Anlage in ständiger Betriebsbereitschaft. Die TÜV-Abnahme erfolgte im November 2012.

Allerdings gab es ungeachtet des guten Projektfortschritts mit Bezug auf die meisten Komponenten weiterhin Problem mit dem Gesamtsystem. Insbesondere war es zum Projektende weiterhin problematisch, Wasserstoff mit dem gewünschten niedrigen Taupunkt zu produzieren. Ferner hatte die Kontamination des Systems mit Ablagerungen weder behoben noch hatte die Ursache hierfür endgültig lokalisiert werden können, wenngleich weiterhin davon ausgegangen wird, dass der Verdichter ursächlich für diese Einträge war. Betankungsversuche und begleitende Messungen hatten ergeben, dass auch durch wiederholte Spülgänge eine Dekontamination der Anlage offensichtlich nicht zu erreichen war, zumal weiterhin nicht nachgewiesen werden konnte, ob die Quelle der Kontamination inzwischen ausgeschaltet war.

Zum Projektende war es zwar gelungen, das Taupunktprobleme auf zufriedenstellende Weise unter Kontrolle zu bringen. Die Lösung des Partikelproblems hätte gleichwohl eine umfassende Erprobung neuer Filterverfahren erfordert, wie sie auch für andere Tankstellenprojekte diskutiert wurde. Allerdings waren aufgrund der bereits durchgeführten Filtertests die Erwartungen so gering, dass eine Lösung ohne die Erneuerung oder grundlegende Überarbeitung von Verdichtung und Speicher möglich sei, dass – auch im Hinblick auf das zu diesem Zeitpunkt bereits um rund 30% überschrittene Budget – entschieden wurde, das Vorhaben zum Jahresende 2012 zu beenden.

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Während der Durchführung des Projekts und der Inbetriebnahme der Anlage stellte Statoil eine Reihe grundlegender Betrachtungen an, die auch von Wert für die CEP sein können und daher entsprechend verfügbar gemacht werden sollen. Das sich entwickelnde Geschäftsfeld für Wasserstoff als Kraftstoff stellt für die Hersteller geeigneter Anlagenkomponenten grundsätzlich bislang ein sehr begrenztes Marktsegment dar. Viele der in diesem Projekt eingesetzten Komponenten müssen aufgrund des bislang nicht existierenden Marktes, des ständigen Wissensgewinns und der resultierenden ständigen Weiterentwicklung weiterhin als Prototypen betrachtet werden. Der Aufbau einer Gesamtanlage auf Basis nicht vollständig ausgereifter Prototypen sowie ihr Betrieb unter den hier erforderlichen hohen Drücken bedeuten einen maßgeblichen technischen Schritt. Komponenten für den Umgang mit Wasserstoff unter den hier herrschenden Bedingungen sind nicht ohne weiteres als Zukaufkomponenten am Markt verfügbar. Häufig sind spezielle Materialien und besondere Designs erforderlich. Jeder Ausfall von Komponenten während der Inbetriebnahmephase zog lange bis sehr lange Lieferzeiten für die Neubeschaffung nach sich. Hierdurch entstanden erhebliche Verzögerungen im Zeitplan, ehe der Inbetriebnahmeprozess wieder aufgenommen werden konnte.

Der Plan, ein automatisiertes, voll integriertes Hochdrucksystem inkl. Erzeugung, Speicherung und Abgabe an Kunden im Rahmen eines Vorhabens und einer Anlage zu realisieren, erwies sich im Rahmen dieses Projekts als außerordentlich ambitioniertes Ziel. Zahlreiche der prototypischen Komponenten, die zum Einsatz kamen, erforderten zunächst die Erlangungen von Genehmigungen für den Betrieb in einer Hochdruckwasserstoffumgebung. Diese Zertifizierungsprozesse nahmen oft viel Zeit in Anspruch und führten zu weiteren Verzögerungen in der Inbetriebnahmephase.

Die wichtigsten Erkenntnisse, die im Rahmen dieses Vorhabens von allen Beteiligten und auch von den CEP-Partnern, denen alle wichtigen Informationen aus dem Vorhaben stets zur Verfügung standen, erzielt wurden, waren damit:

• Das Design künftiger Wasserstofftankstellen soll sich stets an der Verfügbarkeit standardisierter und erprobter Komponenten orientieren und darauf verzichten, verschiedene Neuentwicklungen in einem Vorhaben zu kombinieren. Einzusetzende Komponenten – Neuentwicklungen ebenso wie Standardkomponenten – sind zunächst umfassend unter Laborbedingungen auf ihre Eignung für den Einsatz in Wasserstoffanlagen unter Hochdruckbedingungen zu erproben. Ausschließlich entsprechend erprobte Einzelkomponenten sollten in komplexen Systemen miteinander kombiniert werden. Die Einführung von Innovationen sollte Schritt für Schritt erfolgen, damit ihre Auswirkungen im Einzelnen besser beurteilt werden können und im Falle des Scheiterns ein rascheres Gegensteuern möglich wird.

• Häufig kommen in entsprechenden Anlagen Komponenten zum Einsatz, die nur von wenigen hochspezialisierten Anbietern geliefert werden können. Hierdurch kommt es neben i.d.R. langen Lieferzeiten zu z.T. extremen Wartezeiten, wenn Ersatzteile benötigt werden. Die Nachlieferung bzw. Wiederherstellung ausgefallener Regelventile führte im Falle dieses Vorhabens beispielsweise zu einem dreimonatigen Stillstand zwischen August und Oktober 2010. Wenngleich zu erwarten ist, dass sich mit dem Markteintritt von Wasserstoff als Kraftstoff auch die Anbieterseite in vielen Bereichen diversifizieren wird, ist eine weitgehende Standardisierung wesentlicher Komponenten und Prozesse unbedingt wünschenswert. Die Bemühungen von H2Mobility zur Formulierung von standardisierten Lastenheften für unterschiedliche Tankstellengrößen weisen hier bereits in die richtige Richtung.

• Grundsätzlich sollten sämtliche Anlagenteile durch geeignete Filtersysteme voneinander getrennt und voreinander geschützt werden, um im Havariefall die Ursachen einer Verunreinigung präzise lokalisieren zu können und die Wiederherstellbarkeit der Anlage mit verhältnismäßigem Aufwand zu ermöglichen. Eine automatisierte Überwachung der Anlage an definierten Stellen, aber auch eine regelmäßige Sichtkontrolle sämtlicher Filter, soll helfen,

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Probleme frühzeitig zu erkennen, ehe beispielsweise Einträge die Speicher in einem Maß schädigen, das eine Wiederherstellung ausschließt.

• Sofern eine Zusammenarbeit mit Dritten erfolgt, ist die sorgfältige Auswahl der Kooperationspartner von essentieller Bedeutung. Das Vorhaben wurde wesentlich dadurch verzögert, dass Lieferanten Komponenten zunächst nicht mit den erforderlichen Spezifikationen lieferten, so dass diese unter zeitkritischen Bedingungen mit häufig langen Lieferzeiten nachzuliefern waren.

9.4.4 Vorgehen nach Projektende

Im Juni 2012 erklärte Statoil gegenüber der Partnerschaft und gegenüber dem Fördermittelgeber die Absicht, zum 30.9.2012 aus der CEP und allen zugehörigen Fördervorhaben und hiermit auch dem Projektmodul „Tankstelle Holzmarktstraße“ auszuscheiden. Grund für diese Entscheidung Statoils war vor allem eine Neuausrichtung des Unternehmens, die künftig dem Thema Wasserstoff keinen wesentlichen Raum mehr gibt, womit eine sinnvolle Verwertung der Projektergebnisse nach Vorhabensende weitgehend ausgeschlossen wäre. Eine Fortsetzung des Vorhabens schien daher – gerade auch angesichts der komplizierten technischen Herausforderungen, vor denen sich die Partner im Rahmen des Vorhabens sahen – unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten nicht mehr sinnvoll und zielführend.

In Folge dieser Entscheidung waren zwischen Anfang Januar und Ende Mai 2013 zwischen den Projektpartnern Statoil und Total unter Einbeziehung der NOW und des Projektträgers umfassende Überlegungen dazu angestellt worden, wie das Vorhaben auch nach dem Ausstieg Statoils sinnvoll fortzusetzen sei und wie insbesondere die geförderten Anlagen einer sinnvollen und zweckgebundenen Nachnutzung zuzuführen seien. Einigkeit bestand in diesem Zusammenhang in zwei Punkten:

• Der Tankstellenstandort soll auch nach dem Ausstieg Statoils aus dem Vorhaben unter allen Umständen als Standort einer im östlichen Berliner Zentrum dringend benötigten Wasserstofftankstelle erhalten bleiben.

• Die von Statoil entwickelte Anlagentechnik soll weiterhin der Erforschung und Entwicklung von Wasserstoff als Kraftstoff zur Verfügung stehen. Sofern auf Grund der Kontaminationen und sonstigen technischen Probleme ein Einsatz der Anlagenteile an diesem Standort ausgeschlossen ist, sollen im Rahmen einer umfassenden technischen Analyse der Anlagen die Ursachen für das technische Scheitern des Vorhabens umfassen untersucht werden.

Im Rahmen einer Ende Mai 2013 geschlossenen Vereinbarung zwischen Statoil und Total, deren Details dem Projektträger und der Nationalen Organisation Wasserstoff GmbH bekannt sind, wurde hierüber Einvernehmen erzielt. Statoil überlässt im Rahmen dieser Vereinbarung mit Wirkung zum 1.7.2013 die komplette Anlage dem Projektpartner Total. Total übernimmt die Anlage und führt sie einer dem Förderzweck entsprechenden Weiternutzung zu. Es ist jedoch wahrscheinlich, dass sie künftig wissenschaftlichen Zwecken dient und entsprechend einem Forschungsinstitut überlassen werden wird.



Ungeachtet der technischen Schwierigkeiten im Zusammenhang mit dem Aufbau und Betrieb der CGH2-Anlage konnten im Rahmen des Vorhabens die meisten Projektziele erreicht werden, allerdings kam es – einerseits aufgrund der weit später als erwartet erfolgten Bewilligung des Vorhabens, anderseits aufgrund von Verzögerungen bei der Fertigstellung des CGH2-Strangs – zu maßgeblichen Verzögerungen bei der Aufnahme des Betankungsbetriebs.

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Zu Beginn des Vorhabens hatten die Projektpartner eine Reihe wissenschaftlicher und technischer Arbeitsziele formuliert, die es durch Realisierung dieses Fördervorhabens zu erreichen galt:

• Fortsetzung und Ausweitung der in Phase I der CEP begonnen Aktivitäten zur Erreichung kritischer Massen an Infrastruktureinrichtungen und Fahrzeugen: Mit der Inbetriebnahme der Tankstelle konnte – wenngleich verspätet - den Fahrzeugbetreibern in Berlin die neben dem Standort Heerstraße dringend benötigte zweite Berliner Wasserstofftankstelle zur Verfügung gestellt werden. Nach dem Rückbau der Aral-Tankstelle am Messedamm zum Ende von CEP Phase I war zur Überbrückung zunächst eine mobile Lösung zum Einsatz (vgl. FKZ 03BV203, 03BV2031) gekommen, die durch den Standort Holzmarktstraße abgelöst werden konnte. Durch den Aufbau der Anlage konnte die Versorgungssituation in Berlin zwischenzeitlich maßgeblich verbessert werden. Zusammen mit den später durch TOTAL und Shell errichteten Stationen an der Heidestraße und am Sachsendamm war damit Ende 2011 / Anfang 2012 bereits eine marktnahe Versorgungsituation etabliert. Wie Befragungen von Fahrern ergaben, war die Verfügbarkeit dieser Tankstelle ab 2011 im Berliner Stadtzentrum von hoher Bedeutung für die Bindung der im Wesentlichen im Zentrum ansässigen Kunden. Hiermit konnte ein hoher Nutzungsgrad der eingesetzten Fahrzeuge sichergestellt werden. Mit dem Ausfall der Anlage ab Januar 2012 war auch die Anlage an der Heidestraße nahezu betriebsbereit, so dass für die Nutzer keine akzeptanzschädliche Versorgungssituation in der City entstand.

• Weiterentwicklung, Erprobung und Validierung der 700-bar-Betankungstechnologie und der zugehörigen Hochdruckspeichertechnologie: Im Rahmen des Vorhabens konnte eine umfassende Erprobung und Validierung der 700-bar-Technologie erfolgen. Der Betrieb der Anlage lieferte wertvolle Erkenntnisse bei der Beurteilung des am Reißbrett entwickelten aber bislang nie in der Praxis erprobten Betankungsstandards SAE J-2601. Betriebserfahrungen, die im Rahmen dieses Vorhabens gesammelt werden konnten, nährten Zweifel an der ökonomisch sinnvollen Machbarkeit des Betankungsstandards. Diese wurden später durch Erfahrungen an anderen Standorten bestätigt und führten schließlich zur Einführung eines modifizierten Standards. Im Ergebnis dieses und anderer CEP-Vorhabens befindet sich derzeit der Standard durch die SAE-Gremien in der Revision. Es wird davon ausgegangen, dass im Ergebnis ein revidiertes und in der Praxis realisierbares Betankungsprotokoll für so genannte A-70-Betankungen veröffentlicht wird.

• Weiterentwicklung der Elektrolysetechnologie hinsichtlich Effizienz und Betriebsflexibilität: Statoil brachte mit der im Rahmen dieses Vorhabens eingesetzten Elektrolysetechnik einen Technologie an den Start, die eine grundsätzlich bessere Eignung für den Einsatz mit fluktuierend verfügbaren erneubaren Technologien besitzt. Aufgrund der besonderen Rahmenbedingungen des Vorhabens und aufgrund andauernder technischer Probleme, die aus verschiedenen Gründen – keine ausreichende Zeit zum Test der Anlage im Werk, Standschäden an der Zelle durch Verzögerungen im Vorhaben, technische Probleme durch zu hohen Wassergehalt des Wasserstoffs etc. – auftraten, kam es im Rahmen des Vorhabens zu keiner Erprobung des Elektrolyseurs unter realen Einsatzbedingungen. Eine Wasserstofferzeugung für Betankungszwecke konnte damit nie in Angriff genommen werden.

• Erbringung des Nachweises, dass Regionen infrastrukturseitig durch geeigneten Maßnahmen zügig erschlossen werden können: Mit Fertigstellung dieses Standorts und der während der Laufzeit dieses Vorhebens realisierten Standorte am Sachsendamm und an der Heidestraße sowie mit der bereits zuvor bestehenden Anlage an der Heerstraße wäre eine für Kunden akzeptable bis gute Erschließung des Berliner Stadtgebiets erreicht worden, wenn ein Weiterbetrieb der Anlage möglich gewesen wäre. Diese Situation wäre durch die derzeit im Bau befindliche Anlage am Flughafen BER weiter verbessert worden. Zwischenzeitlich zog die Tankstelle während ihrer kurzen Betriebsphase zahlreiche Kunden an und wurde gut angenommen. Im Bewußtsein um die Wichtigkeit des Standorts wird daher Total die Anlage als Wasserstofftankstelle erhalten. Derzeit befindet sich in der Prüfung, ob Teile der bestehenden

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Anlagentechnik weiterverwendet werden können, die Total zunächst vollständig von Statoil übernimmt. Sofern eine Weiterverwendung ausgeschlossen ist, werden die Anlagenteile einer Forschungseinrichtung zur Verfügung gestellt. Total wird in diesem Fall in Zusammenarbeit mit einem anderen Anlagenbauer eine CGH2-Anlage an diesem Standort installieren.

• Erprobung von Wasserstofferzeugung in Abhängigkeit von Stromtarifen, um die Erzeugungskosten zu reduzieren: Die Erprobung der Wasserstofferzeugung in Abhängigkeit von Stromtarifen konnte nicht im gewünschten Maße erprobt werden. Ursächlich hierfür war, dass wie beschrieben die Elektrolyse nicht erfolgreich für die Erzeugung von Wasserstoff zur Abgabe an Fahrzeuge in Betrieb genommen werden konnte. Aufgrund der hohen Flexibilität der im Rahmen des Vorhabens erprobten Erzeugungstechnologie wird aber grundsätzlich davon ausgegangen, dass nach einer erfolgreichen Inbetriebnahme der Gesamtanlage eine Erzeugung in Abhängigkeit von Stromtarifen möglich gewesen wäre. Durch eine ausreichende Speicherausstattung und durch die sich im 4. Quartal 2011 abzeichnende hohe Frequentierung des Standorts waren alle Voraussetzungen für eine erfolgreiche Umsetzung gegeben.

• Senkung der Erzeugungskosten für Wasserstoff und der Betriebskosten von Betankungseinrichtungen: Das Projektziel konnte nicht erreicht werden, da im Rahmen des Vorhabens kein für die Abgabe an Fahrzeuge geeigneter Wasserstoff vor Ort erzeugt werden konnte. Aufgrund der technischen Probleme die mit dem Vorhaben einhergingen entstanden zudem ungeplante Betriebskosten – z.B. für die Vorhaltung von Personal für betreute Betankungen – so dass eine Senkung der Betriebskosten im Rahmen dieses Vorhabens zunächst nicht erfolgreich erreicht werden konnte. Die Projektpartner sind gleichwohl davon überzeugt, dass die Technologie grundsätzlich das Potential bietet, diese Ziele in Zukunft zu erreichen.

• Erprobung neuer Technologien und neuer betrieblicher Konzepte im Interesse einer höheren Gesamteffizienz und einer beschleunigten Marktvorbereitung: Verschiedene der im Rahmen des Vorhabens eingesetzten innovativen Technologien konnten mit zum Teil sehr guten Resultaten im Rahmen des Vorhabens getestet werden. Positive Erfahrungen konnten unter anderem mit der unterirdischen Speicherung von Wasserstoff gemacht werden. Offene Fragen in Bezug auf den Gewässerschutz konnten in diesem Zusammenhang geklärt werden. Die technische Realisierung gelang ohne Einschränkungen. Auch das BHKW, das von Total mit dem Ziel einer höheren Effizienz des LH2-Strangs entwickelt und erprobt wurde, erwies sich als zielführende und leistungsfähige Innovation. Allerdings führte die Einstellung des Betriebs der BMW-Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren und in dessen Folge die Einstellung des Betriebs der LH2-Schiene am Standort Holzmarktstraße dazu, dass kein Boil-off-Gas für die Umsetzung im BHKW mehr zur Verfügung stand, die Anlage mithin zunächst außer Betrieb gesetzt wurde. Bis dahin hatte sie aber die Effizienz des LH2-Strangs maßgeblich verbessern können. Die Einführung des SAE-Betankungsstandards J-2601 erwies sich als schwierig. Ursächlich hierfür war allerdings der Standard selbst, der im Auftrag des zuständigen Standardisierungsgremiums nie in der Praxis erprobt worden war und im Rahmen der CEP erstmals zur praktischen Umsetzung kam. Im Ergebnis der Erfahrungen aus diesem Vorhaben befinden sich derzeit durch die SAE-Gremien modifizierte Betankungsprotokolle in Vorbereitung, die die derzeit von der CEP eingesetzten CEP-seitig modifizierten Protokolle ablösen sollen. Die ursprünglich von der SAE entwickelten Protokolle hätten derart hohe Anforderungen an die Anlagentechnik – insbesondere an die Wasserstoffvorkühlung – gestellt, das ihre Umsetzung wirtschaftlich kaum darstellbar gewesen wäre. Die Auswirkungen, die eine Umsetzung auf die Entwicklung der Wasserstoffpreise gehabt hätte, hätten den Markteintritt der Technologie zwangsläufig behindert.

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Von besonderer Bedeutung für die weitere Entwicklung und Markteinführung von Wasserstoff als Kraftstoff sind die im Rahmen dieses Projekts erzielten Erkenntnisse über die Machbarkeit und letztlich die Leistungsfähigkeit der 700-bar-Betankungstechnologie.

Wenngleich Statoil als Förderempfänger nicht die weitere Verwertung der Projektergebnisse anstrebt – ausschlaggebend sind hierfür insbesondere unternehmensstrategische Erwägungen, die Statoil bewogen haben, die Wasserstofftechnologie nicht weiter aktiv zu verfolgen, sondern sich auf das Kerngeschäft mit fossilen Energieträgern und regenerativen Energien zu konzentrieren – sind die im Rahmen des Vorhabens erzielten Ergebnisse dennoch von großer Relevanz für die Weiterentwicklung der Wasserstofftechnologie und die Erlangung der Maturität zentraler Komponenten.

Eine Verwertung der im Rahmen des Vorhabens erzielten Erkenntnisse soll gleichwohl erfolgen. Projektpartner Total betreibt auch künftig mit hohem Engagement die Marktvorbereitung für Wasserstoff als Kraftstoff und wird entsprechend auch den Tankstellenstandort Holzmarktstraße erhalten. Total wird zunächst die Anlagentechnik von Statoil übernehmen und diese – sofern ein Weiterbetrieb ausgeschlossen ist – an eine Forschungseinrichtung zur weiteren Erforschung weitergeben. Das Vorgehen ist soweit vertraglich zwischen Total und Statoil vereinbart. Sofern eine Weiterverwendung der Anlagen oder von Teilen derselben für den vorgesehenen Zweck ausgeschlossen ist, wird Total in Zusammenarbeit mit einem anderen Anlagenbauer einen alternative technische Lösung an der Holzmarktstraße errichten und die Tankstelle ab 2014 wieder der Öffentlichkeit zur Verfügung stellen.

Die im Rahmen des Vorhabens erlangten Erkenntnisse über die Anwendbarkeit des US-Standards für 700-bar-Druckgasbetankungen SAE J-2601 sind von besonderer Bedeutung für die Umsetzung dieses Standards in der Praxis. Erstmals wurde hier eine entsprechende Erprobung dieses Standards in der Praxis durchgeführt. Sie führte zu Ergebnissen, die eine Revision des Standards erforderlich machen. Im Ergebnis des Vorhabens ist also mit einem revidierten Standard zu rechnen, der künftig an Wasserstofftankstellen mit 700-bar-Option weltweit Einsatz finden wird. Das Vorhaben leistete insofern einen maßgeblichen Beitrag zur Erlangung der Marktfähigkeit der Technologie.

Klar wurde im Rahmen des Vorhabens auch, dass eine weitgehende Standardisierung von Wasserstofftankstellen für die Zukunft dringend geboten ist, um die individuelle Inbetriebnahme zu beschleunigen und die Ersatzteilversorgung zu verbessern. Entsprechende Aktivitäten begannen parallel zum Vorhaben im Rahmen der Initiative H2Mobility die erstmals Lasthefte für standardisierte, modulare Tankstellen verschiedener Größenklassen vorlegte. Durch die weitgehende Standarisierung von Tankstellen wird eine weit kostengünstigere Realisierung möglich, als dies bei bisherigen individuell entwickelten und geplanten Anlagen der Fall war. Zugleich kann die Zuverlässigkeit der Anlagen erhöht werden, da nicht jede Anlage mit hohem Innovationsanteil realisiert wird. Heute sind erste H2-Mobility-standardisierte Anlagen bereits unter einer Million Euro realisierbar. Weitere Skaleneffekte sind bei einem raschen Ausbau der Infrastruktur zu erwarten.

Angesichts dieser Entwicklung ist der im Rahmen dieses Vorhabens eingeschlagene Weg einer individuellen, standortbezogenen Entwicklung mit hohem Innovationsgehalt und eigener Vor-Ort-Erzeugung nicht mehr vollständig zeitgemäß, was zum Zeitpunkt der Projektentwicklung aber nicht absehbar war. Vor diesem Hintergrund ist auch die Verwertbarkeit der Projektergebnisse zu sehen.

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10 PROJEKTMODUL: Übergeordnetes Modul – Aufbau und Betrieb einer voll integrierten, öffentlichen Wasserstofftankstelle an der Holzmarktstraße in Berlin (Leistungsanteil TOTAL)

Projekttitel: Clean Energy Partnership (CEP) Aufbau und Betrieb einer voll integrierten, öffentlichen Wasserstofftankstelle an der Holzmarktstraße in Berlin

Verbundpartner im Projektmodul: Linde AG

Statoil ASA




Förderquote 48%


Förderkennzeichen: 03BV210A


Anschlussaktivität Projektpartner TOTAL realisiert am Projektstandort derzeit ein Nachfolgevorhaben

10.1 Kurzfassung

Im Rahmen des Vorhabens betrieb die Total Deutschland GmbH eine gemeinsam mit der STATOIL ASA und der Linde AG errichtete Wasserstofftankstelle zur Betankung von 350- und 700-bar- sowie LH2-betankten-Fahrzeugen an der Holzmarktstraße in Berlin Friedrichshain.

Neben einer elektrolytischen Vor-Ort-Erzeugung verfügte die Anlage über eine Reihe technischer Neuerungen wie z.B. ein H2-Micro-BHKW eine unterirdische Wasserstoffspeicherung usw.


Ziele dieses Projektmoduls sollten während der ursprünglich geplanten Projektlaufzeit 1.1.2009-31.12.2013 (verlängert bis 31.3.2014) der Aufbau und der erfolgreiche Betrieb einer zahlreiche innovative Komponenten umfassenden Wasserstofftankstelle an der Holzmarktstraße in Berlin-Friedrichshain sein. Vorgesehen war nicht nur, die bestehende Versorgungsinfrastruktur in Berlin um einen zusätzlichen Standort zu ergänzen. Ziel war es insbesondere auch, eine erstmals eigens für die 700-bar-Betankung entworfene Tankstelle mit elektrolytischer Vor-Ort-Erzeugung von Wasserstoff zu realisieren. Die Anlage sollte vorrangig der Betankung der in der CEP betriebenen Wasserstoff-PKW dienen, sollte aber bei Bedarf zugleich eine Eignung für die Betankung der Wasserstoffbusse der BVG besitzen. Ihr Betrieb sollte über die Projektlaufzeit hinaus mindestens bis zum Ende der Laufzeit von CEP Phase III (31.12.2016) fortgesetzt werden.

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Die Tankstelle war zum Zeitpunkt ihrer Planung und während ihrer Betriebsphase von maßgeblicher Bedeutung für den Erfolg der CEP, da nur mit der zügigen Verfügbarkeit kundenfreundlicher zentrumsnaher Betankungsmöglichkeiten eine Realisierbarkeit der durch die CEP-Mobilitätspartner geplanten Flotten sichergestellt werden konnte.

Realisiert werden sollte die Anlage durch die CEP-Partner TOTAL Deutschland GmbH, Linde AG und Statoil ASA, die zu diesem Zweck ein von TOTAL angeführtes Konsortium bildeten. Die TOTRAL Deutschland GmbH fungierte über die gesamte Projektdauer als verantwortliche Gesamtbetreiberin der Anlagen.

Statoil kam im Rahmen des Vorhabens die Rolle des Technologielieferanten für die gesamte Druckwasserstofftechnologie von der elektrolytischen Erzeugung über die Verdichtung und Speicherung bis hin zur bis -40°C vorgekühlten Abgabe ans Fahrzeug zu.

Während der veranschlagten Laufzeit des CEP-Projektmoduls planten die Partner, eine voll in eine öffentliche TOTAL-Tankstelle integrierte Wasserstofftankstelle mit Abgabestellen für flüssigen und hochverdichteten gasförmigen Wasserstoff in Betrieb zu nehmen und Wasserstofferzeugungseinrichtungen zur elektrolytischen Herstellung von Wasserstoff sowie ein Wasserstoffinformations- und -veranstaltungszentrum aufzubauen.

Während der Betriebsphase sollte die Erzeugung von Wasserstoff planmäßig unter Einsatz regenerativer Energien erfolgen.

Als wesentliche Ziele dieses Vorhabens waren im Zuge der Antragstellung formuliert worden:

• die Fortsetzung der Aktivitäten aus Phase I der CEP und die Bereitstellung von Wasserstoff (LH2, GH2 350bar/700bar) für die in Phase II der CEP zu betreibenden 40 Pkw sowie in begrenztem Umfang für geplante Nahverkehrsbusse (2 bis 3 Fahrzeuge)

• und hierauf aufbauend der im Sinne eine Marktvorbereitung obligatorische Beginn des Aufbaus eines Infrastrukturnetzwerks mit annähernd flächendeckender Erschließung für den Großraum Berlin,

• entsprechend den Forderungen der Mobilitätspartner der CEP die sehr zügige Umsetzung einer Versorgungsinfrastruktur für das Berliner Stadtzentrum im Interesse einer Bindung der im Wesentlichen im Zentrum ansässigen Kunden und hiermit Sicherstellung eines hohen Nutzungsgrades der eingesetzten Fahrzeuge,

• die maßgebliche Steigerung der Flexibilität und Effizienz der Erzeugungs- und Verdichtungseinrichtungen gegenüber früheren Generationen,



Diese Ziele konnten im Wesentlichen auch und gerade im Zusammenwirken mit anderen Projektmodulen der CEP erreicht werden. Allerdings führten maßgebliche technische Schwierigkeiten, die sich insbesondere aus dem technisch sehr ambitionierten Vorgehen und dem hohen technologischen Innovationsgrad ergaben, dazu, dass ein Weiterbetrieb der Anlage in der bestehenden Form unter wirtschaftlichen und technischen Gesichtspunkten nach dem 31.12.2012 nicht mehr sinnvoll war.

Gerade aufgrund der technischen Schwierigkeiten, denen sich der für den Aufbau des CGH2-Strangs zuständige Projektpartner Statoil im Rahmen dieses Projekts zu stellen hatten, konnten wegweisende Erkenntnisse für das künftige Design von Wasserstoffzeugungseinrichtungen und Betankungsanlagen ebenso wie für die Weiterentwicklung künftiger Versorgungsstrategien erlangt werden.

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10.3 Projektverlauf

10.3.1 Übersicht

Im Rahmen dieses hier beschriebenen CEP-Projektmoduls errichtete die TOTAL Deutschland GmbH an ihrem Standort Holzmarktstraße 36-42 in 10243 Berlin eine Wasserstofftankstelle für die Abgabe von CGH2 und LH2. Die Anlage wurde voll in eine konventionelle, bereits bestehende Tankstelle integriert. Sie wurde um ein dem Thema Wasserstoff als Kraftstoff gewidmetes Tagungszentrum am Tankstellenstandort, das regelmäßig von der CEP wie auch für Veranstaltungen genutzt wurde, sowie um eine Photovoltaikanlage zur Versorgung der Tankstelle mit Solarstrom ergänzt.

Zur Realisierung der Maßnahmen wurde das bestehende Tankstellengrundstück um die angrenzende Fläche eines Gebrauchtwagenhandels erweitert.

Die Entwicklung, der Aufbau und der Betrieb der Wasserstofftechnik erfolgten in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern Statoil ASA (zu Projektbeginn StatoilHydro ASA) und Linde AG, wobei Statoil für den Aufbau der Druckgaserzeugungs- und -betankungseinrichtungen verantwortlich zeichnete (vgl. hierzu den durch Statoil vorgelegten Schlussbericht, Förderkennzeichen 03BV210C), während Linde den LH2-Strang errichtete (vgl. hierzu den durch Linde vorzulegenden Schlussbericht, Förderkennzeichen 03BV210B). Die Hauptbetreiberverantwortung für die Anlage über die gesamte Betriebsdauer lag bei TOTAL.

Zusätzlich setzte TOTAL im Rahmen des Vorhabens den Betrieb einer bereits existierenden Wasserstofftankstelle an der Detmoldstraße in München fort (vgl. Arbeitspaket 7).

Das Vorhaben war von besonderer Bedeutung um eine komfortable und kundenfreundliche Betankung der zu Beginn des Vorhabens bereits im Einsatz befindlichen oder für die Frühphase von CEP II geplanten Fahrzeuge zu gewährleisten. Nachdem im Mai 2008 die erste Berliner Wasserstofftankstelle, die im Rahmen der Phase I der CEP errichtet und von Aral/BP betrieben worden war, außer Betrieb gestellt worden war, war eine Substituierung dieser Betankungsmöglichkeit dringend geboten. Die Lücke war insbesondere durch die hier beschriebene Anlage an der Holzmarktstraße zu schließen. Zwischenzeitlich kam zudem eine mobile Anlage an der Margarete-Sommer-Straße in Berlin-Mitte zum Einsatz.

Die Leistungsanteile TOTALs im Rahmen dieses Vorhabens umfassten die folgenden wesentlichen Elemente, die zugleich Gegenstand dieses Schlussberichts sind:

• Gesamtkoordinierung

• Bereitstellung des Grundstücks

• Hauptbetreiberschaft für die Wasserstoffeinrichtungen sowie Betrieb der zugehörigen konventionellen Tankstelle

• Bauvorbereitung Gelände, Bereitstellung Ver- und Entsorgungsinfrastruktur, inkl. Beschaffung und Betrieb einer Trafostation

• Planung und Durchführung baulicher Maßnahmen inkl. Gebäude (auch Tagungszentrum), technischen Bauten wie Einhausungen für unterirdische Speicher, Wegungen und Außenanlagen

• Genehmigungen und Gutachten

• Beauftragung des Aufbaus sowie Betrieb des Wasserstoff-Micro-BHKWs

• Abstimmung der Sicherheitsarchitektur zwischen den Partnern

• Beschaffung der LH2-Infrastruktur (Dispenser, Leitungen, Steuerung etc.) und kostenfreie Übernahme der vom Messedamm zu übernehmenden Komponenten (LH2-Tank, Kryopumpe)

• Rückrüstung der Anlagen zum Projektende und Vermittlung von Anlagenteilen zu Forschungszwecken an Forschungseinrichtungen.

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Ergänzt wurden die Leistungsanteile TOTALs durch die Anteile der übrigen Projektpartner, die jeweils Gegenstand eigenständiger Schlussberichte sind. Statoil zeichnete in diesem Zusammenhang verantwortlich für.

• Aufbau, Test, Zertifizierung, Installation, Wartung und Service des Elektrolyseurs

• Aufbau, Test, Zertifizierung, Installation, Wartung und Service des Steuerungssystems und der Peripherie

• Beschaffung, Installation, Wartung und Service des Hochdrucksystems einschließlich Kompressoren

• Aufbau, Installation, Wartung und Service CGH2-Speichersystems inkl. Beschaffung der Zylinder

• Aufbau, Installation, Wartung und Service CGH2-Abgabeeinrichtung

• Aufbau, Installation, Wartung und Service der Vorkühleinheit für 700-bar-Betankungen gem. CEP-modifiziertem Betankungsprotokoll SAE J-2601

Die Linde AG erbrachte folgende Leistungen im Zusammenhang mit dem Aufbau des LH2-Strangs:

• Lieferung und Installation eines LH2-Speichers der zuvor am Standort Messedamm, einer ausschließlich in Phase I der CEP betriebenen Wasserstofftankstelle deinstalliert wurde,

• Lieferung und Installation der vom Messedamm zu übernehmenden Kryopumpe,

• Ingenieurleistungen im Zusammenhang mit dem Aufbau der LH2-Schiene.

Die im Rahmen des Vorhabens zu errichtende Anlage wurde von den Projektpartnern als außerordentlich leistungsfähige Tankstelle mit einem durchschnittlichen Bereitstellungsvolumen von 130 kg/Tag CGH2 ausgelegt. Die Tankstelle erhielt eine ausreichende Speicherausstattung um vorübergehend aber auch deutlich höhere Wasserstoffmengen abgeben zu können. So wurden bei der Planung der Anlage auch Busbetankungen explizit vorgesehen. Die Tankstelle wurde mit einer entsprechenden Abgabeeinrichtung ausgestattet.

Die sehr zentrale Lage des Standorts in Berlin-Friedrichshain in unmittelbarer Nähe zum Berliner Ostbahnhof sowie zu den Niederlassungen verschiedener Projektpartner und Bundesministerien ermöglichte es, die Tankstelle während der Projektlaufzeit breitenwirksam zu demonstrieren. Zahlreiche hochrangige Delegationen informierten sich zwischen 2009 und 2012 über die NIP- und CEP-Aktivitäten. Aber auch zahlreiche Veranstaltungen und die regelmäßige Öffnung des Standorts für die interessierte Öffentlichkeit dienten der nachhaltigen Verankerung des Themas Wasserstoffmobilität im öffentlichen Bewusstsein. Anders als andere Berliner Wasserstofftankstellen war dieser Standort für Regierungsgäste i.d.R. in wenigen Minuten von einem der beteiligten Ministerien aus zu erreichen. Erst ab 2012 eignete sich hierfür auch der Standort Heidestraße in Berlin-Mitte, der allerdings weder über ein Veranstaltungszentrum noch über die gleiche Vielfalt technischer Lösungen (Vorort-Erzeugung, BHKW, LH2 etc.) verfügt. Von denjenigen Tankkunden, die ihre Flotten zum größten Teil zentrumsnah betreiben, wurde der Standort während seiner Betriebsphase bevorzugt angefahren (z.B. BSR: Anfahrt Heerstraße bisher 29,3 km, Anfahrt hier 12,9 km; BMVBS: Anfahrt Heerstraße bisher 14,6 km, Anfahrt hier 4,4 km; usw.).

Zur Errichtung der Wasserstofftankstelle übernahm die TOTAL Deutschland GmbH nach Projektstart eine rund 500m² große Zusatzfläche, die an die bestehende TOTAL-Tankstelle an der Holzmarktstraße 36-42 in 10243 Berlin angrenzt.

Zum Zeitpunkt der Anlagenkonzeptionierung, zeichnete sich noch nicht ab, welche Wasserstoffkraftstoffe sich im Zuge der Marktvorbereitung durchsetzen würden. Die Partnerschaft entschied sich daher, an diesem Standort alle im Rahmen der der Clean Energy Partnership erprobten Optionen anzubieten: LH2 sowie CGH2 in den Druckstufen 350bar und 700bar. Während die LH2-Anlagen durch Projektpartner Linde zu installieren und aufzubauen waren, lag die Verantwortung für Entwicklung, Erprobung, Aufbau und Betrieb der CGH2-Anlagen bei Statoil. Die bauliche Vorbereitung für die Installation des GH2-Strangs wurde durch TOTAL verantwortet.

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Ziel des Vorhabens war es, die aktuellsten zu Projektbeginn verfügbaren Erzeugungs-, Speicherungs- und Abgabetechnologien einzusetzen und zu erproben und hiermit nicht nur eine deutliche Steigerung der Energieeffizienz des Gesamtsystems zu erzielen, sondern im Hinblick auf eine künftige Integrierbarkeit in Standorte mit schwierigen räumlichen Verhältnissen auch eine Verbesserung im Hinblick auf die effiziente Raumnutzung herbeizuführen.

Im Vordergrund dieses Vorhabens stand die nachhaltige Erzeugung und Verwertung des Wasserstoffs. Neben einer konsequenten Steigerung des Anteils erneuerbarer Energien mittels elektrolytischer Wasserstofferzeugung unter Einsatz regenerativer Energie kam der konsequenten Vermeidung von Boil-off-Verlusten große Bedeutung zu. TOTAL trug dieser Forderung Rechnung und beauftragte die Entwicklung und den Aufbau eines Wasserstoff-Micro-BHKW, das im 4. Quartal 2009 erfolgreich in Betrieb ging.

Das Design der elektrolytischen Erzeugung erfolgte unter der expliziten Maßgabe, eine Optimierung für den Betrieb mit unstet verfügbaren regenerativen Energien zu erzielen. Die Elektrolyse sollte sehr flexibel auf ein kurzfristig sich änderndes Energieangebot reagieren können.

Statoil strebte mit seinem Engagement im Rahmen des Vorhabens die erstmalige Realisierung einiger wegweisender Neuerungen an. So sollte ein zu Beginn des Vorhabens noch in der abschließenden Entwicklung befindlicher Druckelektrolyseur zum Einsatz kommen, für den nicht nur ein um 20% niedrigerer Energieverbrauch im Vergleich zur Vorläufergeneration erwartet wurde. Vor allem sollte dieser weit flexibler einsetzbar sein, als dies bei herkömmlichen Geräten der Fall war. Insbesondere sollte er in einem sehr weiten Lastbereich effizient betrieben werden können und in der Lage sein, sehr rasch auf ein schwankendes Energieangebot zu reagieren, was insbesondere für den Tankstellenbetrieb mit schwankender Nachfrage und bei der Verwendung erneuerbarer Energien für die Erzeugung von großer Bedeutung ist.

Die Verdichtertechnik war von Statoil bei dem in Deutschland ansässiger Hersteller Andreas Hofer Hochdrucktechnik GmbH beschafft worden.

Durch eine praxisgerechte Speicherausstattung wurde der Betrieb auch bei hoher Betankungsfrequenz und wiederholten back-to-back-Betankungen sichergestellt. Zugleich sollte hiermit ein konstanter Betrieb der Erzeugungsanlage unterstützt werden.

Erstmals wurde an diesem Standort eine unterirische Anordnung der Speicher gewählt und erfolgreich erprobt. Abweichend von den Planungen erfolgte allerdings keine Anordnung unter der Fahrbahn, die künftig technisch gleichwohl möglich ist, wo beengte Platzverhältnisse und der Zwang zu hoher Flächenökonomie dies erfordern.

10.3.2 Aufbau Inbetriebnahme und Betrieb der CGH2-Schiene im Überblick

Die Arbeiten an der Tankstelle wurden von TOTAL und Statoil im August 2009 aufgenommen. Alle wesentlichen Komponenten des CGH2-Strangs – Elektrolyseur, Verdichtereinheit, Speichersystem und Zapfpunkt - waren zur offiziellen Eröffnung der Anlage im Mai 2010 geliefert und installiert.

Allerdings kam es bereits früh zu Verzögerungen im Vorhaben, da verschiedene Komponenten von den Lieferanten zunächst nicht mit den erforderlichen Spezifikationen an Statoil geliefert worden waren, so dass Nachlieferungen abzuwarten waren.

Nach der vollständigen Fertigstellung der Anlage zog sich die Inbetriebnahmephase aufgrund einer Reihe nicht vorhersehbarer technischer Probleme in die Länge und wurde schließlich im Dezember 2012 von Statoil einseitig für gescheitert erklärt, ohne dass die Anlage zu diesem Zeitpunkt erfolgreich in einen stabilen Dauerbetrieb hatte überführt werden können. Ein eingeschränkter Betankungsbetrieb war auf Druck von TOTAL im Juni 2011 begonnen worden, musste aber im Januar 2012 endgültig eingestellt werden, nachdem nach einem Kompressorschaden und einer vermutlich

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damit einhergehenden Kontamination der Anlage mit Partikeln die Wiederinbetriebnahme nicht mehr gelang.

Die Erzeugung mittels vor Ort installierter Druckelektrolyse konnte von Statoil nie erfolgreich in Betrieb genommen werden.

Bereits während der Installation und Inbetriebnahme der Anlage sah sich Statoil einer Reihe technischer Herausforderungen gegenüber, die zwar jeweils individuell immer wieder gelöst werden konnten, die zugleich aber zu maßgeblichen Verzögerungen bei der Freigabe der Anlage für den Regelbetrieb führten. Im Zuge der Lösung technischer Probleme ergaben sich regelmäßig neue technische Probleme, die im Abschnitt A 2.3 im Detail ausgeführt sind.

Statoil unternahm während der gesamten Projektlaufzeit maßgebliche Anstrengungen - zu einem erheblichen Teil ohne die Inanspruchnahme von Förderung -, um die Probleme unter Kontrolle zu bringen.

10.3.2.1 Bauliche Vorbereitungen (TOTAL)

Neben der Errichtung des Veranstaltungszentrums war es insbesondere Aufgabe TOTALs, die baulichen Vorbereitungen für die Installation der Anlagenteile zu treffen. Hierzu gehörten die Errichtung von Fundamenten und Leitungsschächten, sowie die Errichtung eines Technikhofs für die Unterbringung von Elektrolyseur und Verdichtereinheit.

Alle Arbeiten konnten im vorgesehenen Zeitplan abgeschlossen werden. Lediglich die Fertigstellung des Veranstaltungszentrums verzögerte sich geringfügig und ohne Auswirkung auf die weitere Projektrealisierung bis September 2009 (geplant: Juli 2009), war aber mit Inbetriebnahme der Tankstelle ebenfalls abgeschlossen.

Ferner war durch TOTAL eine Speichereinhausung für die liegende unterirdische Unterbringung der Speichertanks zu errichten. Die Unterbringung der Speicher erfolgte in mit Flüssigkeit gefüllten gasdichten Behältern, die ihrerseits in einer Betonwanne installiert wurden.

Zwecks Einhaltung der Wasserschutzverordnung wurde an diesem Anlagenteil zusätzlich ein Schutzanstrich erforderlich. Diese Maßnahme beschloss im Februar 2011 die baulichen Vorbereitungen.

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Abb. 2: Tankstelle mit Veranstaltungszentrum

10.3.2.2 Elektrolyseur (Statoil)

Der Elektrolyseur wurde im Zuge des Vorhabens als Prototyp aufgebaut und war so im Vorfeld des Vorhabens nie erprobt worden. Er wurde durch das Unternehmen NEL Hydrogen AS aufgebaut. Zunächst sollte die Anlage, so die Planungen im Zuge der Antragstellung, durch Statoil selbst aufgebaut werden. Hierfür zeichnete Statoils Abteilung Hydrogen Technologies verantwortlich, die aber im Laufe des Projekts, einhergehend mit einer grundsätzlichen strategischen Neuausrichtung bei Statoil, ausgeründet und verkauft wurde. Neben den Auswirkungen, die dieser Verkauf auch auf die Projektstruktur und die fördertechnischen Rahmenbedingungen, sowie auf die hiermit für Statoil einhergehende Kostenentwicklung hatte, führte die Neuordnung des Verhältnisses zwischen Projektpartner und Anlagenbauer zu einer allgemein verzögerten Projektrealisierung.

Ziel im Rahmen des Vorhabens war es, ein technisches Konzept für die Vor-Ort-Erzeugung von Wasserstoff zu realisieren, welches eine ausreichende betriebliche Flexibilität besitzt, um die Vorteile periodisch niedriger Strompreise voll auszunutzen.

Bedingt durch die deutlich verzögerte Bewilligung des Vorhabens begann der Aufbau der Anlage erst im Frühjahr 2009, erfuhr dann aber eine Reihe weiterer Verzögerungen gegenüber dem ursprünglichen Plan. Da der Elektrolyseur zum geplanten Eröffnungstermin der Tankstelle im Mai 2010 am Projektstandort verfügbar sein musste, führte dies letztlich dazu, dass die Anlage keinen umfassenden Abschlusstests unterzogen werden konnte, ehe sie nach Deutschland überführt wurde.

Die Inbetriebnahme des Elektrolyseurs vollzog sich weit langsamer als geplant. Dies hatte insbesondere zwei Gründe:

• Die Inbetriebnahme erfolgte unter erschwerten Rahmenbedingungen, da der Prozess parallel zum bereits laufenden Betankungsbetrieb erfolgte, dessen Start allerdings im Hinblick auf die bereits im Vorhaben eingetretenen Verzögerungen und unter Berücksichtigung der Vereinbarungen mit der CEP-Partnerschaft unabdingbar war.

• Zahlreiche Ausfälle der in Deutschland von der Hofer Hochdrucktechnik GmbH gefertigten Kompressoreinheit verhinderten nachhaltig das zügige Voranschreiten der Inbetriebnahme. Letztlich war es diese Komponente, die vermutlich auch zur Verunreinigung der Speicher und damit zur endgültigen vorzeitigen Beendigung des Vorhabens führte. Nicht auszuschließen ist aber, dass der zu hohe Feuchtegehalt des Wasserstoffs aus der Elektrolyse zu Fehlfunktionen des Kompressors führte.

Ein Belastungstest der Anlage wurde im Oktober 2010 durchgeführt. Im Anschluss wurden umfassende Modifikationen erforderlich. Insbesondere war eine Umrüstung des Glykolschutzsystems im Kühlaggregat erforderlich, um die Einhaltung der Wasserschutzverordnung zu gewährleisten. Im Mai 2011 wurden neuerliche Modifikationen an der Anlage erforderlich. Diese umfassten auch eine Überarbeitung der Elektrolysezelle. Im November 2011 erfolgte schließlich die CE-Zertifizierung des Elektrolyseurs. Er konnte hiermit in den automatisierten Anlagenbetrieb integriert werden. Im Zuge der Integration wurde aber erkannt, dass zudem ein Problem mit dem Taupunkt des erzeugten Wasserstoffs bestand. Dies führte dazu, dass zusätzlich ein dem Elektrolyseur nachgeschalteter Feuchteabscheider installiert wurde, mit dem das Problem gelöst werden konnte.

Nachdem unmittelbar darauf im Januar 2012 eine Kontamination der Anlage mit Partikeln festgestellt worden war, die es unmöglich machte, die Anlage in 2012 wieder in Betrieb zu nehmen, konnte ein Regelbetrieb des Elektrolyseurs zur Erzeugung von Wasserstoff für Betankungszwecke nicht mehr erprobt werden.

10.3.2.3 Verdichtereinheit (Statoil)

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Der im Rahmen des Vorhabens eingesetzte Kompressor wurde von Statoil planmäßig bei der Andreas Hofer Hochdrucktechnik GmbH beschafft, die die Anlage in der ersten Jahreshälfte 2009 aufbaute. Die Software der Anlagensteuerung ebenso wie die Einbindung der Anlage lagen in der Verantwortung von Hydrogen Technologies, bzw. später in der Verantwortung von NEL Hydrogen AS.

Bereits früh im Laufe des Vorhabens musste Statoil einen Änderungsauftrag an die Hofer Hochdrucktechnik GmbH auslösen. Gegenstand des Auftrags war die Änderung des Leitungsdurchmessers an der Anlage. Zusätzlich ergaben sich erste maßgebliche Verzögerungen; die auf Probleme mit dem Zylindermaterial zurückgingen.

Mitte 2010 führten massive Probleme mit dem Durchflussumschalter zu einem notwendigen Austausch verschiedener Bauteile. Unter anderem war das Hauptsteuergerät der Anlage vollständig zu erneuern. Es wird davon ausgegangen, dass die Probleme auf eine fehlerhafte Installation zurückzuführen sind, die durch einen lokalen Auftragnehmer verursacht wurden. Parallel kam es zum Ausfall eines Regelventils für die Kühlung des Hydraulikaggregats. Die Anlage konnte aber kurzfristig repariert werden. Der anschließende erste Belastungstest mit dem Hydraulikaggregat verlief allerdings nicht erfolgreich. Weitere Teile der Komponente wurden im Juli 2010 ausgetauscht.

Im September 2010 kam es schließlich zu Ausfällen der Druck- und Temperaturfühler an der Anlage. Nach der Demontage wurden sie dem Hersteller zur Durchsicht und Reparatur übersandt.

Durch den bereits oben erwähnten Umbau des Glykolschutzsystems wurde eine zeitweilige Stilllegung der Anlage im Februar 2011 erforderlich.

Ab Frühjahr 2011 traten zudem wiederholt Leckagen am Kompressor auf. Betroffen waren hiervon alle Verdichterstufen. In Folge dieser Ereignisse wurden wiederholte grundlegende Instandsetzungen der Verdichtereinheit erforderlich, ohne dass diese letztlich zu einer zufrieden stellenden Betriebszuverlässigkeit der Anlage führten. Bereits im Februar 2012 wurde neuerlich eine vollständige Überholung des Kompressors erforderlich. Auch hierdurch konnte aber das Problem nicht behoben werden, dass beim Kaltstart immer wieder Leckagen auftraten. Ein Erprobung der Anlage oder gar ein Regelbetrieb im automatischen Betriebsmodus war daher nicht möglich. Der Austausch der Dichtungen der ersten Kompressorstufe im Juni 2012 brachte keine Besserung, und auch in der 2. Jahreshälfte 2012 traten die bekannten Probleme beim Kaltstart weiterhin auf, ohne dass die Ursachen hierfür im Rahmen des Vorhabens abschließend ermittelt werden konnten. Wahrscheinlich ist aber, dass das vom Hersteller gewählte Dichtungsmaterial im Zusammenwirken mit den örtlichen Temperaturschwankungen und den betrieblichen Anfahrprozeduren die Probleme verursacht hat.

Das entscheidende Problem, welches im Zusammenhang mit den Überholungsmaßnahmen vom Februar 2012 entdeckt wurde und welches letztlich zur vorzeitigen Beendigung des Anlagenbetriebs und des Projekts führte, waren jedoch Partikeleinträge und Verunreinigungen der Anlage, die ebenfalls auf den Kompressor zurückgeführt werden.

Es wird davon ausgegangen, dass es sich bei den Einträgen, die im Speicher und in der Abgabeeinheit nachgewiesen werden konnten, um Abrieb vom Führungslager des Kompressors – verursacht möglicherweise durch einen zu hohen Feuchtegehalt des elektrolytisch erzeugten Wasserstoffs - handelt. Letztlich führten diese Verunreinigungen dazu, dass Statoil nach gründlicher Abwägung der Kosten und der technischen Machbarkeit ihrer zuverlässigen Beseitigung zum 31.12.2012 den Ausstieg aus dem Vorhaben erklärte.

10.3.2.4 Speichersystem (Statoil)

Die Speicher wurden unterirdisch angeordnet und beanspruchten daher keine zusätzliche Fläche. Durch die Installation in einem gasdichten Flüssigkeitsbehälter waren Undichtigkeiten sofort zu erkennen. Ventile wurden im Trockenen außerhalb der Wanne installiert. Die Errichtung der

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Betonwanne war Teil des Leistungspakets von TOTAL während die Bereitstellung und Installation der Speicher durch Statoil erfolgte.

Zu realisieren war erstmals in Deutschland ein unteririsches Speichersystem für die Lagerung des gasförmigen Wasserstoffs bestehend aus:

• einer 450-bar-Speicherbank mit 24 * 250 l Speichervolumen (ca. 190 kg),

• sowie einer 900-bar-Speicherbank mit 2* 250 l Speichervolumen.

Vorteil dieses flächeneffizienten Konzepts, dessen bauseitige Realisierung durch TOTAL erfolgte, war die besondere Eignung für Ballungsräume mit ihren beengten Platzverhältnissen, wo auch in den kommenden Jahren die meisten Tankstellen erwartet werden. Zudem konnte mit diesem Vorgehen eine besonders hohe Ästhetik der Anlage erreicht werden, deren Druckgasteil heute kaum mehr von einer konventionellen Tankstelle zu unterscheiden ist.

Die Speichertanks wurden wie geplant liegend in mehreren mit Flüssigkeit gefüllten gasdichten Behältern untergebracht, die ihrerseits in einer Betonwanne installiert sind. Die im Rahmen des Vorhabens eingesetzten Speichertanks stammten von den Herstellern Lincoln Composites und Raufoss Fuel Systems - beides Unternehmen der Hexagon Composites Group. Eingesetzt wurden konventionelle Zylinder des Herstellers wie sie auch für die oberirdische Speicherung verwendet werden. Abweichend von den Projektplanungen wurde unter Beachtung der Wasserschutzverordnung zusätzlich ein Schutzanstrich in dem von TOTAL errichteten unterirdischen Speicherraum erforderlich. Diese Maßnahme wurde im Februar 2011 durchgeführt.

Im Rahmen von Betankungstests, die Ende Januar 2012 durchgeführt wurden, entdeckte man in den Speichern ein für die Betankung von Brennstoffzellenfahrzeugen nicht mehr akzeptables Kontaminationsniveau mit partikulären Ablagerungen. Zunächst waren lediglich Undichtigkeiten bei mehreren Betankungen festgestellt worden, die aber auf Partikeleinträge zurückgeführt wurden.

Abb. 3: Anlagenästhetik: Einzige sichtbare Komponente der Anlagentechnik ist der im Projektverlauf außer Betrieb gesetzte LH2-Speicher

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Im Mai konnte in Kooperation mit der HYDAC International GmbH, die über eine entsprechende Probenahmeapparatur verfügt, durch eine laboranalytische Untersuchung der Filtermembran tatsächlich eine erhebliche Partikelbelastung (1,7 mg/kg H2; Partikelgröße >10µm) nachgewiesen werden.

Um die Betriebsbereitschaft wiederherzustellen und um genauere Erkenntnisse über die Ursache der Kontamination zu erlangen, wurden von Statoil zwischen Frühjahr und September 2012 mehrere Versuche unternommen, die Verunreinigungen aus dem Speicher auszuspülen, die offensichtlich nicht durch das Speichersystem selbst verursacht worden waren, sondern vermutlich aus der Verdichteranlage eingetragen wurden. Da mit entsprechenden Entwicklungen nicht gerechnet worden war, war von Statoil versäumt worden, die Speicher durch vorgeschaltete Filter ausreichend zu schützen. Eine entsprechende Maßnahme sollte in kommenden Vorhaben obligatorisch sein, um die Speicher vor entsprechenden nur mit hohem Aufwand zu beseitigenden Verunreinigungen zu schützen. Äußerstenfalls muss mit der Notwendigkeit des Austausches der kompletten Speicheranlage gerechnet werden. Auch im Rahmen dieses Vorhabens konnte mit den Spülversuchen keine ausreichende Verbesserung der Partikelbelastung erreicht werden.

10.3.2.5 Dispenser (Statoil)

Die Abgabeeinheit wurde durch die Bilfinger Berger Production Partner AG in enger Zusammenarbeit mit dem Statoil Research Centre in Porsgrunn aufgebaut. Sie basiert auf ähnlichen Systemen, die von Statoil bereits erfolgreich an Tankstellen in Norwegen (Oslo und Drammen) erprobt worden waren. Allerdings wurden mit der durch Bilfinger Berger aufgebauten Anlage eine Reihe von Betankungstests im Statoil Research Centre erforderlich. Die Testreihe führte zu signifikanten Verzögerungen im ersten Halbjahr 2010.

Im Herbst 2010 wurden im Zuge der Inbetriebnahme Probleme mit den Regelventilen sowohl für das 350-bar- als auch für das 700-bar-Betankungssystem erkannt. Statoil übersandte die Ventile dem Hersteller zur Reparatur. Im Oktober lagen die Ventile wieder vor, versagten aber erneut. Parallel erfolgte ein Austausch der Temperaturfühler gegen Einheiten mit einer schnelleren Ansprechzeit.

Ein Versagen der Filtersysteme in der 700-bar-Abgabeeinheit führte im Januar 2012 zu der Entscheidung, das bereits an einer Tankstelle in Oslo erprobte Filtersystem zum Einsatz zu bringen und die Zapfsäule den hierfür erforderlichen Modifikationen zu unterziehen.

10.3.2.6 Mini-BHKW (TOTAL)

Die Entwicklung und der Aufbau des Mini-BHKWs wurden unmittelbar nach dem Projektstart von TOTAL beauftragt und von der Forschungsgesellschaft für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik mbH, einer Gesellschaft der TU Graz, in Zusammenarbeit mit dem Hersteller SenerTec im Zeitplan abgeschlossen. Die Installation der betriebsbereiten Anlage erfolgte im Oktober 2009 zusammen mit den Komponenten des LH2-Strangs.

Das Mini-BHKW befand sich bis zum Ende des Vorhabens ständig in Betriebsbereitschaft. Allerdings war es aufgrund der Außerbetriebnahme des LH2-Strangs zur Jahresmitte 2011 nicht mehr notwendig, ein Boil-off-Management vorzuhalten. Der LH2-Strang war außer Betrieb genommen worden, da BMW zu diesem Zeitpunkt seine LH2-Flotte endgültig abgezogen und außer Betrieb gestellt hatte und entsprechend keine Nachfrage nach LH2 mehr bestand.

Aufgrund der Nichtverfügbarkeit des Elektrolyseurs stand daneben kein regenerativ erzeugter Wasserstoff zur Verfügung, so dass ein Betrieb des BHKW ab Mitte 2011 nicht mehr sinnvoll war.

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10.3.3 Status des Vorhabens beim Ausstieg von Statoil und weiteres Vorgehen während

der Restlaufzeit

Nach Einschätzung von Statoil waren zum 31.12.2012, dem Datum des Ausstiegs dieses wichtigen Partners aus dem Vorhaben, die meisten Komponenten der Anlage einsatzbereit. Die TÜV-Abnahme war im November 2012 erfolgt. Allerdings hatten wesentliche Probleme, die zu diesem Zeitpunkt noch mit dem Gesamtsystem bestanden, nicht gelöst werden können.

So war es Anfang 2013 weiterhin problematisch, Wasserstoff mit dem gewünschten niedrigen Taupunkt zu produzieren. Ferner hatte die Kontamination des Systems weder behoben noch hatte die Ursache hierfür endgültig lokalisiert werden können, wenngleich weiterhin davon ausgegangen wird, dass der Verdichter ursächlich für diese Einträge war. Allerdings war nach eingehenden Analysen der Andreas Hofer Hochdrucktechnik GmbH der Kompressor offenbar durch Fehlfunktionen des Elektrolyseurs vorgeschädigt, so dass letztlich die Verantwortung für das Scheitern des Vorhabens bei Statoil gesehen wird.

Betankungsversuche und begleitende Messungen hatten ergeben, dass auch durch wiederholte Spülgänge eine Dekontamination der Anlage offensichtlich nicht zu erreichen war, zumal weiterhin nicht nachgewiesen werden konnte, ob die Quelle der Kontamination inzwischen ausgeschaltet war. Statoil war zum Zeitpunkt des Ausstiegs überzeugt, das Problem nicht mehr mit vertretbarem Aufwand lösen zu können.

An dieser Situation konnte auch im Verlauf des Jahres 2013 nichts geändert werden. Von TOTAL wurde der Weiterbetrieb der Anlage nicht mehr erwogen. Zwischen Anfang Januar und Ende Mai 2013 waren zwischen den Projektpartnern Statoil und TOTAL unter Einbeziehung der NOW und des Projektträgers umfassende Überlegungen dazu angestellt worden, wie das Vorhaben auch nach dem Ausstieg Statoils sinnvoll fortgesetzt werden könne und wie insbesondere die geförderten Anlagen einer sinnvollen und zweckgebundenen Nachnutzung zuzuführen seien. Einigkeit bestand in diesem Zusammenhang in zwei Punkten:

• Der Tankstellenstandort sollte auch nach dem Ausstieg Statoils aus dem Vorhaben unter allen Umständen als Standort einer im östlichen Berliner Zentrum dringend benötigten Wasserstofftankstelle erhalten bleiben.

• Die von Statoil entwickelte Anlagentechnik sollte weiterhin der Erforschung und Entwicklung von Wasserstoff als Kraftstoff zur Verfügung stehen. Sofern auf Grund der Kontaminationen und sonstiger technischer Probleme ein Einsatz der Anlagenteile an diesem Standort ausgeschlossen wäre, sollten im Rahmen einer umfassenden technischen Analyse der Anlagen die Ursachen für das technische Scheitern des Vorhabens umfassend untersucht werden.

Im Rahmen einer Ende Mai 2013 geschlossenen Vereinbarung zwischen Statoil und TOTAL, deren Details dem Projektträger und der Nationalen Organisation Wasserstoff GmbH bekannt sind, wurde hierüber Einvernehmen erzielt. Statoil überließ im Rahmen dieser Vereinbarung mit Wirkung zum 1.7.2013 die komplette Anlage dem Projektpartner TOTAL. TOTAL übernahm die Anlage mit dem Ziel, sie einer dem Förderzweck entsprechenden Weiternutzung zuzuführen.

In der zweiten Jahreshälfte 2013 konnte schließlich Einvernehmen zwischen TOTAL und dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) über die Übernahme der Anlagenteile hergestellt werden. Die Rückrüstung der Anlagenteile und die Überstellung nach Karlsruhe erfolgte im ersten Quartal 2014, nachdem eigens hierfür das Vorhaben kostenneutral um drei Monate verlängert worden war. Während Teile der Ausrüstung (Vorkühleinheit, Speicher) zur Aufrüstung der Wasserstofftankstelle des KIT dienen, wurden andere Anlagenteile (insb. Elektrolyseur) zur weiteren Erforschung der Technologie übernommen.

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Das KIT betreibt auf dem Campus Nord seit Juni 2013 eine Wasserstofftankstelle, welche unter anderem zwei Brennstoffzellenbusse versorgt, die im Shuttle-Service zwischen den KIT-Standorten in Betrieb sind.

Parallel beantragte Total im Oktober 2013 die Förderung eines Anschlussvorhabens für diesen Standort mit dem Ziel, eine Wasserstofftankstelle zur ausschließlichen 700-bar-Betankung von Druckwasserstofffahrzeugen zu errichten und zu betreiben. Das Vorhaben mit dem Titel „Hy-UWE – Umbau und Weiterbetrieb der HRS Berlin Holzmarktstraße“ (Förderkennzeichen 03BV237) wurde mit Wirkung zum 15.10.2013 bewilligt. Im Rahmen dieses Vorhabens wird lediglich ein Teil der LH2-Komponeten (LH2-Standtank, Armaturen für Betriebsgase, Boil-off-Managementsystem) weitergenutzt, da die Wasserstoffspeicherung vor Ort weiterhin in flüssiger Form erfolgt. Die CGH2-Tankstelle wird komplett von Linde zugeliefert. Zum Ende der Laufzeit dieses Vorhabens waren sämtliche nicht mehr erforderlichen Anlagenteile rückgerüstet. Die vorbereitenden Baumaßnahmen am Standort waren abgeschlossen. Die Installation der Anlage stand kurz bevor. D8iue Inbetriebnahme erfolgt im Sommer 2014.

An der Detmoldstraße in München waren seit Ende 2012 alle Anlagen außer Betrieb. Ein Weiterbetrieb der LH2-Betankungseinrichtungen war hier nicht mehr sinnvoll gewesen, nachdem BMW im Sommer 2011 den Betrieb seiner Flotte eingestellt hatte. Auch für diesen Standort begann TOTAL in der zweiten Jahreshälfte 2013 mit den Vorbereitungen für eine Umrüstung im Rahmen eines Anschlussvorhabens. An diesem Standort plante TOTAL sich einer besonderen technischen Herausforderung zu stellen: der erstmaligen infrastrukturseitigen Erprobung der neuen Cryo-Compressed-Technologie von BMW. Im September 2013 beantragte TOTAL die Förderung des Anschlussvorhabens „HRS Detmoldstraße – Aufbau und Betrieb einer H2-Tankstelle mit 300-bar-Kryodrucktechnologie (CcH2) und 700-bar-Technologie (CGH2)“ (Förderkennzeichen 03BV235). Das Vorhaben wurde mit Wirkung zum 1.10.2013 bewilligt. Zum Ende der Laufzeit dieses Vorhabens befanden bauvorbereitende und genehmigungsrechtliche Maßnahmen in der Umsetzung. Die Tankstellentechnik war beim Lieferanten Linde bestellt.



Ungeachtet der technischen Schwierigkeiten im Zusammenhang mit dem Aufbau und Betrieb der CGH2-Anlage konnten im Rahmen des Vorhabens die meisten Projektziele erreicht werden, allerdings kam es – einerseits aufgrund der später als erwartet erfolgten Bewilligung des Vorhabens, anderseits aufgrund der von Projektpartner Statoil verursachten Verzögerungen bei der Fertigstellung des CGH2-Strangs – zu maßgeblichen Verzögerungen bei der Aufnahme des Betankungsbetriebs.

Zu Beginn des Vorhabens hatten die Projektpartner eine Reihe wissenschaftlicher und technischer Arbeitsziele formuliert, die es durch Realisierung dieses Fördervorhabens zu erreichen galt:

• Fortsetzung und Ausweitung der in Phase I der CEP begonnen Aktivitäten zur Erreichung kritischer Massen an Infrastruktureinrichtungen und Fahrzeugen: Mit der Inbetriebnahme der Tankstelle konnte – wenngleich verspätet - den Fahrzeugbetreibern in Berlin die neben dem Standort Heerstraße dringend benötigte zweite Berliner Wasserstofftankstelle zur Verfügung gestellt werden. Nach dem Rückbau der Aral-Tankstelle am Messedamm zum Ende von CEP Phase I war zur Überbrückung zunächst eine mobile Lösung (vgl. FKZ 03BV203, 03BV2031) zum Einsatz gekommen, die durch den Standort Holzmarktstraße abgelöst werden konnte. Durch den Aufbau der Anlage konnte die Versorgungssituation in Berlin zwischenzeitlich maßgeblich verbessert werden. Zusammen mit den später durch TOTAL und Shell errichteten Stationen an der Heidestraße und am Sachsendamm war damit Ende 2011 / Anfang 2012 bereits eine marktnahe Versorgungsituation etabliert. Wie Befragungen von

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Fahrern ergaben, war die Verfügbarkeit dieser Tankstelle ab 2011 im Berliner Stadtzentrum von hoher Bedeutung für die Bindung der im Wesentlichen im Zentrum ansässigen Kunden. Hiermit konnte ein hoher Nutzungsgrad der eingesetzten Fahrzeuge sichergestellt werden. Mit dem Ausfall der Anlage ab Januar 2012 war auch die Anlage an der Heidestraße nahezu betriebsbereit, so dass für die Nutzer keine akzeptanzschädliche Versorgungssituation in der City entstand.

• Weiterentwicklung, Erprobung und Validierung der 700-bar-Betankungstechnologie und der zugehörigen Hochdruckspeichertechnologie: Im Rahmen des Vorhabens konnte eine umfassende Erprobung und Validierung der 700-bar-Technologie erfolgen. Der Betrieb der Anlage lieferte wertvolle Erkenntnisse bei der Beurteilung des am Reißbrett entwickelten, aber bislang nie in der Praxis erprobten Betankungsstandards SAE J-2601. Betriebserfahrungen, die im Rahmen dieses Vorhabens gesammelt werden konnten, nährten Zweifel an der ökonomisch sinnvollen Machbarkeit des Betankungsstandards. Diese wurden später durch Erfahrungen an anderen Standorten bestätigt und führten schließlich zur Einführung eines modifizierten Standards. Im Ergebnis dieses und anderer CEP-Vorhaben befindet sich derzeit der Standard durch die SAE-Gremien in der Revision. Es wird davon ausgegangen, dass im Ergebnis ein revidiertes und in der Praxis realisierbares Betankungsprotokoll für so genannte A-70-Betankungen veröffentlicht wird.

• Weiterentwicklung der Elektrolysetechnologie hinsichtlich Effizienz und Betriebsflexibilität: Statoil brachte mit der im Rahmen dieses Vorhabens eingesetzten Elektrolysetechnik eine Technologie an den Start, die eine grundsätzlich bessere Eignung für den Einsatz mit fluktuierend verfügbaren erneubaren Energien besitzt. Aufgrund der besonderen Rahmenbedingungen des Vorhabens und aufgrund andauernder technischer Probleme, die aus verschiedenen Gründen – keine ausreichende Zeit zum Test der Anlage im Werk, Standschäden an der Zelle durch Verzögerungen im Vorhaben, technische Probleme durch zu hohen Wassergehalt des Wasserstoffs etc. – auftraten, kam es im Rahmen des Vorhabens zu keiner Erprobung des Elektrolyseurs unter realen Einsatzbedingungen. Eine Wasserstofferzeugung für Betankungszwecke konnte damit durch Statoil nie in Angriff genommen werden.

• Erbringung des Nachweises, dass Regionen infrastrukturseitig durch geeigneten Maßnahmen zügig erschlossen werden können: Mit Fertigstellung dieses Standorts und der während der Laufzeit dieses Vorhebens realisierten Standorte am Sachsendamm und an der Heidestraße sowie mit der bereits zuvor bestehenden Anlage an der Heerstraße wäre eine für Kunden akzeptable bis gute Erschließung des Berliner Stadtgebiets erreicht worden, wenn ein Weiterbetrieb der Anlage möglich gewesen wäre. Diese Situation wäre durch die derzeit im Bau befindliche Anlage am Flughafen BER weiter verbessert worden. Zwischenzeitlich zog die Tankstelle während ihrer kurzen Betriebsphase zahlreiche Kunden an und wurde gut angenommen. Im Bewusstsein um die Wichtigkeit des Standorts wird daher TOTAL die Anlage als Wasserstofftankstelle erhalten. Ursprünglich war erwogen worden, Teile der bestehenden Anlagentechnik, die TOTAL zunächst vollständig von Statoil übernommen hatte, in einem Anschlussvorhaben weiterzuverwenden. Diese Idee wurde aber verworfen. Zum Einsatz kommt nun eine neue Anlage von Linde, die aber Teile der bestehenden LH2-Installtionen zur Speicherung des Wasserstoffs vor Ort weiternutzt. Die deinstallierten Komponenten des CGH2-Strangs wurden dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) zur zweckgebundenen Weiterverwertung und Forschung überlassen.

• Erprobung von Wasserstofferzeugung in Abhängigkeit von Stromtarifen, um die Erzeugungskosten zu reduzieren: Die Erprobung der Wasserstofferzeugung in Abhängigkeit von Stromtarifen konnte nicht im gewünschten Maße erprobt werden. Ursächlich hierfür war, dass von Statoil wie beschrieben die Elektrolyse nicht erfolgreich für die Erzeugung von Wasserstoff zur Abgabe an Fahrzeuge in Betrieb genommen werden konnte. Aufgrund der hohen Flexibilität der im Rahmen des Vorhabens erprobten Erzeugungstechnologie wird aber

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grundsätzlich davon ausgegangen, dass nach einer erfolgreichen Inbetriebnahme der Gesamtanlage eine Erzeugung in Abhängigkeit von Stromtarifen möglich gewesen wäre. Durch eine ausreichende Speicherausstattung und durch die sich im 4. Quartal 2011 abzeichnende hohe Frequentierung des Standorts waren alle Voraussetzungen für eine erfolgreiche Umsetzung gegeben.

• Senkung der Erzeugungskosten für Wasserstoff und der Betriebskosten von Betankungseinrichtungen: Das Projektziel konnte nicht erreicht werden, da im Rahmen des Vorhabens kein für die Abgabe an Fahrzeuge geeigneter Wasserstoff vor Ort erzeugt werden konnte. Aufgrund der technischen Probleme, die mit dem Vorhaben einhergingen, entstanden zudem ungeplante Betriebskosten – z.B. für die Vorhaltung von Personal für betreute Betankungen – so dass eine Senkung der Betriebskosten im Rahmen dieses Vorhabens zunächst nicht erfolgreich erreicht werden konnte. Die Projektpartner sind gleichwohl davon überzeugt, dass die Technologie grundsätzlich das Potential bietet, diese Ziele in Zukunft zu erreichen.

• Erprobung neuer Technologien und neuer betrieblicher Konzepte im Interesse einer höheren Gesamteffizienz und einer beschleunigten Marktvorbereitung: Verschiedene der im Rahmen des Vorhabens eingesetzten innovativen Technologien konnten mit zum Teil sehr guten Resultaten im Rahmen des Vorhabens getestet werden. Positive Erfahrungen konnten unter anderem mit der unterirdischen Speicherung von Wasserstoff gemacht werden. Offene Fragen in Bezug auf den Gewässerschutz konnten in diesem Zusammenhang geklärt werden. Die technische Realisierung gelang ohne Einschränkungen. Auch das BHKW, das von TOTAL mit dem Ziel einer höheren Effizienz des LH2-Strangs entwickelt und erprobt wurde, erwies sich als zielführende und leistungsfähige Innovation. Allerdings führte die Einstellung des Betriebs der BMW-Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren und in dessen Folge die Einstellung des Betriebs der LH2-Schiene am Standort Holzmarktstraße dazu, dass kein Boil-off-Gas für die Umsetzung im BHKW mehr zur Verfügung stand, die Anlage mithin zunächst außer Betrieb gesetzt wurde. Bis dahin hatte sie aber die Effizienz des LH2-Strangs maßgeblich verbessern können. Die Einführung des SAE-Betankungsstandards J-2601 erwies sich als schwierig. Ursächlich hierfür war allerdings der Standard selbst, der im Auftrag des zuständigen Standardisierungsgremiums nie in der Praxis erprobt worden war und im Rahmen der CEP erstmals zur praktischen Umsetzung kam. Im Ergebnis der Erfahrungen aus diesem Vorhaben befinden sich derzeit durch die SAE-Gremien modifizierte Betankungsprotokolle in Vorbereitung, die die derzeit von der CEP eingesetzten CEP-seitig modifizierten Protokolle ablösen sollen. Die ursprünglich von der SAE entwickelten Protokolle hätten derart hohe Anforderungen an die Anlagentechnik – insbesondere an die Wasserstoffvorkühlung – gestellt, dass ihre Umsetzung wirtschaftlich kaum darstellbar gewesen wäre. Die Auswirkungen, die eine Umsetzung auf die Entwicklung der Wasserstoffpreise gehabt hätte, hätten den Markteintritt der Technologie zwangsläufig behindert.


Von besonderer Bedeutung für die weitere Entwicklung und Markteinführung von Wasserstoff als Kraftstoff sind die im Rahmen dieses Projekts erzielten Erkenntnisse über die Machbarkeit und letztlich die Leistungsfähigkeit der 700-bar-Betankungstechnologie.

Die im Rahmen des Vorhabens erzielten Ergebnisse sind – ungeachtet der technischen Schwierigkeiten vor die sich insbesondere Projektpartner Statoil bei der Realisierung gestellt sah - von großer Relevanz für die Weiterentwicklung der Wasserstofftechnologie und die Erlangung der Maturität zentraler Komponenten. Eine Verwertung dieser Ergebnisse soll ungeachtet des technischen Scheiterns erfolgen.

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TOTAL wird auch künftig mit hohem Engagement die Marktvorbereitung für Wasserstoff als Kraftstoff vorantreiben und dabei umfassend auf den Erkenntnissen aus diesem Vorhaben aufbauen. So wurde bereits im September 2013 ein Vorhaben zum Betrieb von 8 weiteren Wasserstofftankstellen deutschlandweit beantragt. Daneben wurden Fördervorhaben zur Umrüstung und zum Weiterbetrieb der Standorte Holzmarktstraße und Detmoldstraße beantragt und begonnen – beide Standorte sollen in jedem Fall erhalten werden. TOTAL hat die von Statoil übernommene Anlagentechnik zur weiteren Erforschung an das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) übergeben. Dieses Vorgehen wurde entsprechend vertraglich zwischen TOTAL und Statoil vereinbart. Inzwischen wird von TOTAL in Zusammenarbeit mit Linde als Investitions- und Technologiepartner eine alternative technische Lösung an der Holzmarktstraße realisiert. Total wird die Anlage im 2014 in den Regelbetrieb übernehmen. An der Detmoldstraße in München wird ebenfalls im Sommer 2014 eine Anlage für die Cryo-Compressed-Betankung in Zusammenarbeit mit Linde im Rahmen eines Folgevorhabens realisiert.

Die im Rahmen des Vorhabens erlangten Erkenntnisse über die Anwendbarkeit des US-Standards für 700-bar-Druckgasbetankungen SAE J-2601 sind von besonderer Bedeutung für die Umsetzung dieses Standards in der Praxis. Erstmals wurde hier eine entsprechende Erprobung dieses Standards in der Praxis durchgeführt. Sie führte zu Ergebnissen, die eine Revision des Standards erforderlich machen. Im Ergebnis des Vorhabens ist also mit einem revidierten Standard zu rechnen, der künftig an Wasserstofftankstellen mit 700-bar-Option weltweit Einsatz finden wird. Das Vorhaben leistete insofern einen maßgeblichen Beitrag zur Erlangung der Marktfähigkeit der Technologie.

Klar wurde im Rahmen des Vorhabens auch, dass eine weitgehende Standardisierung von Wasserstofftankstellen für die Zukunft dringend geboten ist, um die individuelle Inbetriebnahme zu beschleunigen und die Ersatzteilversorgung zu verbessern. Entsprechende Aktivitäten begannen parallel zum Vorhaben im Rahmen der Initiative H2 Mobility die erstmals Lasthefte für standardisierte, modulare Tankstellen verschiedener Größenklassen vorlegte. Durch die weitgehende Standarisierung von Tankstellen wird eine weit kostengünstigere Realisierung möglich, als dies bei bisherigen individuell entwickelten und geplanten Anlagen der Fall war. Zugleich kann die Zuverlässigkeit der Anlagen erhöht werden, da nicht jede Anlage mit hohem Innovationsanteil realisiert wird. Heute sind H2-Mobility-standardisierte Anlagen bereits unter einer Million Euro realisierbar. Weitere Skaleneffekte sind bei einem raschen Ausbau der Infrastruktur zu erwarten.

Angesichts dieser Entwicklung ist der im Rahmen dieses Vorhabens eingeschlagene Weg einer individuellen, standortbezogenen Entwicklung mit hohem Innovationsgehalt und eigener Vor-Ort-Erzeugung nicht mehr vollständig zeitgemäß, was zum Zeitpunkt der Projektentwicklung aber nicht absehbar war. Vor diesem Hintergrund ist auch die Verwertbarkeit der Projektergebnisse zu sehen.

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11 PROJEKTMODUL: Optimierung des Systemdesigns und Weiterbetrieb einer voll integrierten Wasserstofftankstelle für Pkw und Busse an der Heerstraße in Berlin inkl. Errichtung eines Wasserstoffzwischenspeichers in Prenzlau (Leistungsanteil ENERTRAG)

Projekttitel: Clean Energy Partnership (CEP) Optimierung des Systemdesigns und Weiterbetrieb einer voll integrierten Wasserstofftankstelle für Pkw und Busse an der Heerstraße in Berlin inkl. Errichtung eines Wasserstoffzwischenspeichers in Prenzlau

(Bericht zu den in Leistungsanteilen der ENERTRAG AG)


Enertrag AG

Laufzeit des Vorhabens: 01.08.2009-31.12.2012 (für Total: 31.12.2013)

Berichtszeitraum Enertrag AG 01.08.2009-31.12.2012

Förderquote 48%


Förderkennzeichen: 03BV217B

Projektstatus beendet

11.1 Kurzfassung

Mit dem Ziel, Berliner Wasserstofftankstellen mit regenerativem Windwasserstoff zu versorgen, erfolgten im Rahmen dieses Teilprojekts in Prenzlau

• die Errichtung eines zusätzlichen 30-bar-Niederdruckzwischenspeichers,

• die Installation eines Kompressors zur Trailerbefüllung,

• der Aufbau einer Trailerbefüllstation,

• die Errichtung einer Mischgaspipeline zwischen Speicher und Hybridkraftwerk, die zum einen der Flexibilisierung der Wasserstoffnutzung, vor allem aber der vorbereitenden Erprobung von Pipelinelösungen im mittleren Druckbereich für kommende Leuchtturmvorhaben diente.


Im Zentrum des Vorhabens stand der Weiterbetrieb einer im Rahmen des EU-Vorhabens HyFLEET:CUTE errichteten Wasserstofftankstelle an der Heerstraße in Berlin-Spandau durch den Projektpartner TOTAL.

Bei Projektstart stammte der in der CEP zu diesem Zeitpunkt eingesetzte Wasserstoff noch ausschließlich aus konventioneller, nicht-regenerativer Erzeugung. Während sich zwar in Hamburg in der Hafencity und in Berlin an der Holzmarktstraße Tankstellen in Planung bzw. Vorbereitung

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befanden, die eine elektrolytische Vor-Ort-Erzeugung vorsahen, erfolgte die Versorgung der Flotten bislang entweder unter Einsatz von Wasserstoff aus der zentralen Erdgasreformierung, oder – im Falle des Standorts Heerstraße – mittels Vor-Ort-Reformierung von LPG. Allerdings war bereits während der Laufzeit von HyFELEET:CUTE die Technologie umfassend erprobt und für nicht geeignet befunden worden, den an der Tankstelle entstehende Nachfrage dezentral zu decken. Insbesondere die vergleichsweise geringe Verfügbarkeit und die hohe Energie- und Kostenintensität dieser Erzeugungsoption hatten die Eignung der Technologie grundsätzlich in Frage gestellt.

Entsprechend bildete die Umstellung der Wasserstoffversorgung für diesen Standort einen integralen Bestandteil des hier beschriebenen Vorhabens. Erstmals sollte - im Sinne einer durch den Einsatz von Wasserstoff gesteigerten Nachhaltigkeit der Mobilität, aber auch mit Blick auf die durch der CEP formulierten Ziele für die kontinuierlich Erhöhung des Anteils an regenerativ erzeugtem Wasserstoff auf mindestens 50% in Phase III der CEP - die Versorgung eines Standorts durch Anlieferung von elektrolytisch erzeugtem Windwasserstoff CO2-frei sichergestellt werden.

Ideale Voraussetzungen hierfür bot das zu Projektbeginn im Bau befindliche Hybridkraftwerk der ENERTRAG AG im uckermärkischen Prenzlau, welches selbst nicht Gegenstand dieses Vorhabens ist. Am 21.4.2009 war im Beisein von Bundeskanzlerin Merkel und Ministerpräsident Platzeck der Grundstein für diese wegweisende Anlage gelegt worden, die sich zum Projektstart im Bau befand. Neben dem Einsatz von Biogas für die Energieerzeugung sollte in dieser Anlage unter Einsatz von Windstrom elektrolytisch Wasserstoff erzeugt werden, der bedarfsorientiert dem Biogas beizugeben war, um ihn vor Ort zur Energieerzeugung einzusetzen. Ergänzend sollte im Rahmen dieses Vorhabens zusätzlich die Bereitstellung von reinem Wasserstoff für Mobilitätszwecke erprobt werden. Hierfür wurden im Rahmen des Vorhabens die Speichererweiterung, die Errichtung einer Trailerbefüllstation und einer Mischgaspipeline vorgesehen.

Ziele dieses Projektmoduls waren der Weiterbetrieb, die Ertüchtigung und in Teilen die optimierende Umrüstung der bereits bestehenden Wasserstofftankstelle an der Heerstraße in Berlin Spandau. Zugleich sollten erstmals regenerative Energien in maßgeblichem Umfang Eingang in die Erzeugung des in der CEP eingesetzten Wasserstoffs finden und das bisher an diesem Standort eingesetzte LPG vollständig substituieren. Hiermit einhergehend sollte eine grundlegende Umstellung des Versorgungskonzepts für gasförmigen Wasserstoff mit dem Ziel erfolgen, den Anteil regenerativ erzeugten Wasserstoffs entsprechend den Zielsetzungen der CEP im Laufe der Phase III der CEP sukzessive auf 50% zu erhöhen.

Abb. 4: Mobil mit Wasserstoff aus der Uckermark – Windwasserstoff treibt seit April 2012 Berliner CEP-Pkw an

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Die bestehende Tankstelle war im Rahmen des EU-geförderten Vorhabens HyFLEET:CUTE errichtet und seit Frühjahr 2006 kontinuierlich betrieben worden. Sie verfügte zu Projektbeginn über Betankungsmöglichkeiten für flüssigen Wasserstoff, die im Lauf des Vorhabens jedoch rückgerüstet wurden, da kein ausreichender Bedarf mehr bestand, sowie hochverdichteten gasförmigen Wasserstoff der Druckstufen 350 bar und 700 bar, über eine Wasserstoffreformierung aus LPG, die im Rahmen dieses Vorhabens ebenfalls rückgerüstet wurde, sowie über eine hochmoderne Ionenverdichteranlage, die im Rahmen des Vorhabens einer weiteren Optimierung zu unterziehen war.

Die Anlage verfügte zunächst über Abgabevorrichtungen für CGH2 700 bar, CGH2 350 bar und LH2, im öffentlichen Teil sowie für CGH2 350 bar und LH2 im Bereich des Busdepots. Beide LH2-Befüllpunkte wurden im Projektverlauf ohne Auswirkungen auf den Anlagenbetrieb und die Projektziele außer Betrieb gestellt, nachdem BMW den Betrieb ihrer LH2-Flotte im ersten Halbjahr 2011 eingestellt hatte. Insbesondere die CGH2-Abgabeeinheiten waren im Rahmen des Vorhabens weiter zu optimieren.

Sicherzustellen war mit dieser Anlage nicht nur die Versorgung der CEP-Pkw, da angesichts des Rückbaus der Anlage am Messedamm Mitte 2008 die Versorgungssituation in Berlin prekär war und durch zusätzliche mobile Anlagen gestützt werden musste. Eine hohe Verfügbarkeit der Tankstelle war damit von zentraler Bedeutung, gerade auch da sie bei Projektstart zur alleinigen Versorgung der in Berlin betriebenen Busflotte diente, die ihrerseits von besonderer Bedeutung für die Real-life-Erprobung des zu etablierenden Versorgungspfades mit Windwasserstoff waren. Als Ausgangspunkt für eine gute infrastrukturelle Erschließung der Region Berlin sollte dieser Standort die Voraussetzungen schaffen für eine langfristige positive Kundenbindung an den Wasserstoff als Kraftstoff in Unternehmensflotten.

Eine wesentliche Rolle bei der Realisierung des Gesamtvorhabens kam der ENERTRAG AG zu, deren Beiträge Gegenstand dieses Schlussberichts sind. Die ENERTRAG AG selbst ist nicht CEP-Partnerin.

Nach dem Rückbau des LPG-Reformers war durch ENERTRAG die Versorgung des Tankstellenstandorts mit elektrolytisch unter Einsatz von Windenergie erzeugtem Wasserstoff aus Prenzlau sicherzustellen, der per Trailer nach Berlin angeliefert wurde. Hierzu hatte ENERTRAG die zu Projektbeginn bereits laufenden Aktivitäten um das im Bau befindliche Hybridkraftwerk in Prenzlau um verschiedene Module auszuweiten. Während die Elektrolyseanlage nicht Teil dieses Vorhabens war und bereits als Teil des landesgeförderten Hybridkraftwerks gefördert wurde, waren durch ENERTRAG zusätzlich ein Wasserstoffzwischenspeicher inkl. Verdichtereinheit, eine Pipeline und eine Trailerbefüllstation zu errichten und über die Projektlaufzeit eigenverantwortlich zu betreiben. Ferner war die Wasserstofflogistik für die Versorgung der Berliner Abnehmer in enger Abstimmung zwischen Total und ENERTRAG zu erarbeiten und umzusetzen.


Die Realisierung der geplanten Maßnahmen in Berlin erfolgte in enger Kooperation insbesondere mit dem Anlagenlieferanten für die H2-Betankungskomponenten, dem Anlagenbauer Linde, der sowohl für die Überarbeitung der Anlage, verschiedene Nachrüstarbeiten als auch für die Wartung der Anlage im Auftrag von Projektpartner Total zuständig war.

Am Aufbau der Anlagen in Prenzlau waren insbesondere die folgenden Firmen beteiligt:

• Lieferung / Aufbau Zwischenspeicher: Air Liquide Deutschland GmbH

• Lieferung / Aufbau Verdichtereinheit: Air Liquide Deutschland GmbH

• Lieferung / Aufbau Trailerbefüllstation: Air Liquide Deutschland GmbH

• Installation Mischgaspipeline: Melms Rohrleistungs- und Tiefbau GmbH

Das Unternehmen Spilett New Technologies GmbH, Berlin, unterstützte das Vorhaben mit Leistungen in den Bereichen Projektkoordinierung und Datenmanagement.

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11.3 Projektverlauf

11.3.1 Das Gesamtvorhaben

Im Rahmen des Vorhabens erfolgten der Weiterbetrieb und der Umbau einer Tankstelle an der Heerstraße in Berlin Spandau, die im März 2006 im Rahmen des im 7. Forschungsrahmenprogramm der EU geförderten Vorhabens „HyFLEET:CUTE“ von Total in Betrieb genommen war. Den Vollbetrieb hatte die Anlage schließlich mit der Inbetriebnahme der ersten beiden von insgesamt 14 im Rahmen des EU-Projekts HyFLEET:CUTE aufzubauenden Nahverkehrsbussen im Juni 2006 aufgenommen. Vier dieser Fahrzeuge wurden ab Anfang 2010 ebenfalls im Rahmen der CEP weiterbetrieben. Von Anfang an diente die Anlage auch der Betankung der CEP-Pkw-Flotte. Bereits während der Laufzeit von CEP Phase I hatten mit der Anlage im Zeitraum 01.07.2006-30.06.2008 überzeugende Betriebsergebnisse erzielt werden können:

• 15,1 Tonnen gasförmiger Wasserstoff wurden per LPG-Reformierung hergestellt,

• 48,2 Tonnen flüssiger Wasserstoff wurden bereitgestellt,

• bei 1.270 Betankungsvorgängen wurden 5.702 kg LH2 abgegeben,

• bei 321 PKW-Betankungen wurden 422 kg GH2 abgegeben,

• im Rahmen der Busbetankungen wurden rund 45.000 kg GH2 abgegeben.

Im Jahr 2007 war die Anlage zunächst mit einem LPG-Dampfreformer zur Erzeugung von gasförmigem Wasserstoff ausgestattet worden. Im Rahmen dieses Vorhabens erfolgten eine Abschaltung und Rückrüstung der Anlage sowie eine vollständige Umstellung der CGH2-Bereitstellung. Die Gründe hierfür waren:

• die unzureichende Betriebszuverlässigkeit des Reformers,

• die sehr hohen Betriebskosten und

• vor allem die mit der Nutzung fossiler Energieträger einhergehende ungünstige CO2-Bilanz des Versorgungsstrangs, die die Ziele der CEP, mittelfristig bis 2016 eine Quote von mindestens 50% klimaneutral erzeugtem Wasserstoff anzubieten, konterkarierte.

Die Versorgung der Tankstelle mit CGH2 erfolgte daher im Rahmen dieses Vorhabens auf zwei Arten. Übergangsweise vollständig, später aber nur noch zur Deckung des Spitzenbedarfs bzw. im Backup-Fall erfolgte die Verdampfung von Flüssigwasserstoff vor Ort über einen luftbeheizten Verdampfer aus dem bestehenden 17.600-l-LH2-Tank (ca. 1000 kg). Im ersten Halbjahr 2011 erfolgte schließlich aber eine vollständige Abschaltung des LH2-Strangs. Dies schien unter wirtschaftlichen Erwägungen geboten, da BMW den Betrieb seiner LH2-betriebenen Flotte eingestellt hatte und die Vorhaltung damit ausschließlich noch der Verdampfung diente. Die Anlage inkl. der Betankungseinrichtungen im öffentlichen und im nichtöffentlichen Bereich, die sowohl mit der modernen automotiven wie auch mit einer herkömmlichen LH2-Kupplung ausgestattet waren, wurde im 2. Halbjahr 2011 vollständig rückgebaut. Die Verflüssigung des im Rahmen des Vorhabens eingesetzten und bei CEP-Partner Linde eingekauften LH2 war ausschließlich unter Nutzung regenerativer Energien erfolgt. Der Boil-off aus dieser Anlage konnte nahezu vollständig der CGH2-Schiene zugeführt und für Druckgasbetankungen nutzbar gemacht werden.

Zwar wurde der Ausfall von verdampftem LH2 sowie Boil-off-Gas zunächst durch die Anlieferung von konventionell erzeugtem CGH2 substituiert. Zugleich kam aber dem geplanten Versorgungsstart mit regenerativem Wasserstoff aus der Uckermark (Gegenstand dieses Teilprojekts, siehe unten), der zu diesem Zeitpunkt kurz bevorstand, besondere Bedeutung zu.

Zu diesem Zweck erfolgte im Rahmen des Vorhabens ein Ausbau der am Standort vorhandenen Speicherkapazität um 300 kg auf insgesamt ca. 600 kg. Ziel war die Sicherstellung einer möglichst klimaschonenden Wasserstofflogistik. Zudem erfolgt durch Total die Installation eines GH2-Traileranschlusses um angelieferten Wasserstoff in die Speicher übernehmen zu können.

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Die im Rahmen des Gesamtvorhabens durch Total fortgeführte Erprobung der von Linde eingeführten und seit 2008 am Standort in redundanter Ausführung in Betrieb befindlichen Ionenverdichtertechnologie wurde über die gesamte Projektlaufzeit erfolgreich fortgesetzt. Zusätzlich wurden umfassende Verbesserungen an der Anlage vorgenommen. Die einem konventionellen Vorverdichter nachgeschalteten Anlagen lieferten zwar grundsätzlich positive Betriebsergebnisse. Der Wartungsaufwand war gleichwohl höher als erwartet. Die Abgabe des gasförmigen Wasserstoffs erfolgte im öffentlichen Bereich mit Drücken von 350 bar (ungekühlt) und 700 bar (vorgekühlt auf -40°C) sowie auf dem Gelände der BVG mit 350 bar. Die Zapfsäule ist im öffentlichen Bereich mit einer Infrarotkommunikationsschnittstelle zum Fahrzeug ausgerüstet, über die sicherheitsrelevante Daten während der Betankung zwischen Fahrzeug und Tankstelle ausgetauscht werden. Hierdurch werden Füllraten von nahezu 100 % bei Fahrzeugen mit Kommunikation möglich.

Während der Projektlaufzeit wurden an der Tankstelle mehrere Leckagen im Bereich der Fahrzeugkupplung festgestellt, die in z.T. aufwendigen Testkampagnen unter Einbeziehung der in der CEP aktiven Fahrzeughersteller umfassend untersucht wurden. Wenngleich diese Aktivitäten bereits zu wertvollen und für die Markteinführung unerlässlichen Erkenntnissen führten, waren die Untersuchungen zum Projektende noch nicht vollständig abgeschlossen und werden über die Projektlaufzeit hinaus als Teil der Übergeordneten Aktivitäten der CEP fortgesetzt.

Die Auslegung für die 700-bar-Betankungen war bereits vor Beginn des Vorhabens mit dem Ziel erfolgt, den zu Projektbeginn noch nicht endgültig vorliegenden, von der Society of Automotive Engineers (SAE) entwickelten Betankungsstandard SAE J-2601 für 700-bar-Druckgasbetankungen während der Projektlaufzeit an diesem Standort umzusetzen. Zu Projektbeginn erfolgten Betankungen noch unter Einsatz eines vorläufigen Betankungsprotokolls, der sog. „Release A“. Die erstmalige Umsetzung des Protokolls SAE J-2601 im Rahmen der CEP sollte planmäßig an diesem Standort stattfinden. Theoretisch wären hiermit bei mit Infrarotkommunikation ausgestatteten Fahrzeugen Wasserstofffüllmengen von bis zu 6 kg in einer Betankungszeit von 3 Minuten zu realisieren.

Um für diese Hochdruckzapfsäule immer genügend Wasserstoff zu Verfügung zu haben, standen immer zwei volle 300-bar-H2-Bündel zur Verfügung. Um den Anforderungen des SAE-Standards J2601 an sog. A-70-Tankstellen gerecht zu werden, kann 700-bar-Wasserstoff auf -40°C vorgekühlt werden. Da die öffentliche Zapfsäule ca. 50 m von der Verdichterstation entfernt installiert ist und für die Erreichung von schnellen Betankungszeiten tiefkalter Wasserstoff unbedingt erforderlich ist, ist die 875-bar-Versorgungsleitung mit einer Begleitkühlung ausgerüstet und mit einer für kalte Temperaturen effektiven Isolierung versehen. Durch diese Maßnahme ist der in den Fahrzeugtank einströmende Wasserstoff von Beginn an kalt genug um eine schnelle Betankung realisieren zu können. Die Befüllung der Fahrzeuge erfolgt nach einer sogenannten Druckanstiegsrampe. Dafür ist die Anlage mit einer elektronischen Druckführung ausgerüstet. Alle Armaturen im Zapfsäulenbereich sind an die tiefen Betriebstemperaturen angepasst. Dies gilt insbesondere für das 700-bar-Füllequipment, bestehend aus Abreißkupplung, Schlauch und Fahrzeugkupplung.

Im Rahmen dieses Vorhabens erfolgten alle erforderlichen Optimierungsleistungen an der bereits installierten 700-bar-Technik um die Anlage technisch für die Umsetzung des SAE-Standards J2601 vorzubereiten. Im Rahmen der Betankungsversuche ergab sich jedoch, dass insbesondere das in der SAE J-2601 geforderte Zeitfenster zwischen Betankungsbeginn und Erreichen der Vorkühltemperatur nicht realisierbar ist, da dieses Vorkühlleistungen voraussetzte, die unter wirtschaftlichen Erwägungen nicht mehr sinnvoll sind. Zu entsprechenden Ergebnissen kam man auch bei der Auslegung anderer CEP-Standorte. Dies hatte zur Folge, dass die CEP zunächst von der vollständigen Umsetzung des SAE-Standards absah und einen modifizierten Standard beschloss, der sich insbesondere dadurch unterschied, dass das Zeitfenster bis zum Erreichen der Vorkühltemperatur vergrößert wurde. Infolgedessen wurde eine Neuberechnung der Druckrampen erforderlich, was wiederum zu geringfügig längeren Betankungszeiten führte. Zum Ende der Projektlaufzeit waren

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diese Ergebnisse der CEP auch Gegenstand von Diskussionen innerhalb der SAE-Standardisierungsgremien. Es wird davon ausgegangen, dass die Erkenntnisse aus dem Vorhaben und anderen CEP-Projektmodulen zu einer Revision des Standards führen werden.

Das Vorhaben konnte damit einen wesentlichen Meilenstein für die Marktvorbereitung setzen.

11.3.2 Das Teilprojekt

Die Errichtung der für Prenzlau projektierten Anlagen erfolgte in unmittelbarem Zusammenhang mit der Errichtung des Hybridkraftwerks, wobei die Fertigstellung des Kraftwerks mit seinen Wasserstofferzeugungseinrichtungen (beides nicht Gegenstand dieses Fördervorhabens) unmittelbare Voraussetzung für die Aufnahme des Betriebs der hier zu errichtenden Anlagen sowie für ihre Anbindung an die Gesamtanlage war.

Aus verschiedenen Gründen verzögerte sich die Fertigstellung des Hybridkraftwerks, dessen Inbetriebnahme ursprünglich für den Sommer 2010 geplant war, zunächst. Erst im Oktober 2011 wurde die Anlage offiziell eröffnet; der endgültige Übergang in den Regelbetrieb erfolgte im Januar 2012.

Abb. 5: Die CEP unterstützt die Eröffnung der Anlagen am 25.10.2011

Die im Rahmen dieses Vorhabens errichteten Anlagen konnten ebenfalls erst zusammen mit dem Hybridkraftwerk im Januar 2012 in Betrieb gehen, da ein Stand-alone-Betrieb der im Projekt aufgebauten Komponenten ausgeschlossen ist. Eine dem Zeitplan entsprechende Inbetriebnahme war aufgrund der Verzögerungen beim Aufbau des Kraftwerks nicht möglich. Erst ab Februar 2012 konnten die Speicherbefüllung und die Evaluierung der Anlage im Regelbetrieb beginnen.

Am 18. April 2012 konnte im Rahmen einer hochkarätig besetzten Veranstaltung die Einführung von elektrolytisch erzeugtem Windwasserstoff in die CEP an der TOTAL-Wasserstofftankstelle Berlin-Heidestraße begangen werden.

Ab diesem Zeitpunkt war Projektpartner ENERTRAG im Rahmen der hier geförderten Aktivitäten in der Lage, in Prenzlau erzeugen Windwasserstoff an Berliner Tankstellenstandorte zu liefern.

Der Aufbau entsprechender Erzeugungskapazitäten erfolgte im Rahmen eines durch das Land Brandenburg geförderten Projekts zur Errichtung eines Biomasse-Windkraft-Hybridkraftwerks. Das Herzstück dieses weltweit ersten Wasserstoffhybridkraftwerks ist ein 500-kW-Druck-Elektrolyseur, der aus Windstrom durch Elektrolyse von Wasser Sauerstoff und Wasserstoff erzeugt. Seit dem

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Zeitpunkt der Integration ins Stromnetz ist es nun in Zeiten begrenzter Abnahmekapazität im Stromnetz möglich, Wasserstoff aus dem nicht abgenommenen Strom elektrolytisch zu erzeugen.

Dieser kann bei Bedarf dem zur Verstromung vor Ort erzeugten Biogas beigemischt werden. Der nicht zur Deckung von Nachfragespitzen benötigte Wasserstoff wird in einem eigens für diesen Zweck im Rahmen dieses Vorhabens errichteten Wasserstoffzwischenlager in Prenzlau gespeichert und per Trailer zur Tankstelle Heerstraße transportiert. Ziel ist es, einen möglichst hohen Anteil des am Tankstellenstandort benötigten Wasserstoffs über diesen Versorgungspfad zu decken. Die Errichtung des Hybridkraftwerks selbst und der zugehörigen Elektrolyse waren nicht Teil dieses Vorhabens.

Abb. 6: Elektrolyseurgebäude (Hintergrund) und Wasserstoffspeicher (Vordergrund rechts) mit Zuleitung zur Trailerabfüllstation

Im Rahmen dieses Vorhabens erfolgten in Prenzlau auf dem Grundstück des Hybridkraftwerks





Die zum Projektende vollständig in Betrieb befindlichen Anlagen werden nach Projektende ohne Inanspruchnahme weiterer Förderung von ENERTRAG in Eigenregie weiterbetrieben um ausgewählte Berliner CEP-Standorte zu versorgen. Parallel befindet sich aktuell im Umfeld des im Bau befindlichen Berliner Flughafens BER neben einer weiteren TOTAL-Wasserstofftankstelle auch eine Produktionsanlage für Windwasserstoff in Vorbereitung, die die in Prenzlau vorhandenen Kapazitäten unter Anwendung des im Rahmen dieses Vorhabens gesammelten Know-hows erweitern soll.

11.3.2.1 Einführung der regenerativen H2-Erzeugung

Im Rahmen dieses Arbeitspakets führte Total mit maßgeblicher Unterstützung von ENERTRAG die regenerative H2-Erzeugung für den Standort Heerstraße ein. Dies geschah vorrangig mit dem Ziel, klimarelevante Emissionen bei der Erzeugung des Wasserstoffs maßgeblich zu reduzieren und zugleich im Interesse einer raschen Marktvorbereitung die Erzeugungskosten substantiell zu reduzieren. Sicherzustellen war ferner die Erhöhung der Betriebszuverlässigkeit gegenüber der zuvor

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praktizierten Erzeugung per LPG-Reformierung und damit einhergehend eine zuverlässige Versorgung der Tankstelle.

Neben den Maßnahmen die Total im Rahmen dieses Arbeitspakets durchführte – so zum Beispiel dem Rückbau der bisherigen Erzeugungseinrichtungen und der Schaffung eines Traileranschlusses an der Tankstelle Heerstraße – wurden andere Maßnahmen in enger Zusammenarbeit mit ENERTRAG realisiert.

• Abschluss von Lieferverträgen: Die zugrunde liegenden Lieferverträge zwischen ENERTRAG und Total wurden im 4. Quartal 2010 fertiggestellt und im ersten Quartal 2011 unterzeichnet.

• Entwicklung eines emissionsoptimierten Logistikkonzepts: Die Entwicklung des Logistikkonzepts erfolgte in enger Zusammenarbeit zwischen ENERTRAG und Total mit dem Ziel einer möglichst klimaschonenden Bereitstellung von Windwasserstoff aus Prenzlau. Ziel war es, stets eine 100%ige Auslastung der eingesetzten Transportkapazitäten unter Berücksichtigung der wind- und nachfrageseitig bedingten Produktionsschwankungen zu erreichen. Das Logistikkonzept lag vor Lieferbeginn im 1. Quartal 2012 vor.

• Kontinuierliche Belieferung: Am 18.4.2012 wurde der in Prenzlau erzeugte regenerative Wasserstoff offiziell an Berliner Tankstellen eingeführt. Der Sachverhalt wurde mit einem hochrangig besetzten Event am Standort Heidestraße feierlich begangen. Die Anlieferung des auf 200 bar vorverdichteten Wasserstoffs erfolgt in Zusammenarbeit mit der Air Liquide Deutschland GmbH als Logistikpartner per Trailer direkt aus Prenzlau an die Tankstelle.

11.3.2.2 Bau und Betrieb Zwischenlager Prenzlau

Im Rahmen dieses Arbeitspakets führte die ENERTRAG AG die folgenden Maßnahmen mit dem Ziel durch, ein funktionsfähiges Lager für die Zwischenspeicherung von regenerativ erzeugtem Wasserstoff sowie einen leistungsfähige Trailerbefüllstation in Prenzlau zu errichten:

• Aufbau und Erprobung eines 30-bar-Niederdruckspeichers bestehend aus 5 Druckbehältern, einer begehbaren Plattform und Leitern, Verrohrung und der erforderlichen Instrumentierung mit einem Gesamtfassungsvermögen von insgesamt 1.350 kg und einer nutzbaren Kapazität von ca. 85% des Gesamtfassungsvermögens unmittelbar angrenzend an das zu Projektbeginn im Bau befindliche Wind-Biomasse-Hybridkraftwerk,

• Beschaffung, Installation, Erprobung und Demonstration eines 350-bar-Verdichters zur Verdichtung des Wasserstoffs auf 200-bar direkt in den Trailer,

• Errichtung, Erprobung und Demonstration einer Trailerbefüllstation am Hybridkraftwerk zur Verfüllung des im Niederdruckspeicher gesammelten Wasserstoffs für den Transport nach Berlin.

• Errichtung und Demonstration einer Mischgaspipeline, welche das Zwischenlager mit dem Hybridkraftwerk verbindet und so eine besonders flexible Nutzung des Lagers erlaubt,

• Kontinuierliche Wartung der Anlagen durch einen geeigneten Dienstleister

• Betreuung des Betriebs der Anlagen zunächst bis Projektende durch einen geeigneten Dienstleister.

• Evaluierung der Demonstrationsanlagen zur Identifizierung von Schwachstellen und Optimierungspotentialen.

Die Maßnahmen umfassten auch die Konzeptionierung, Planung, Genehmigung und Beschaffung der genannten Anlagen.

Mit der offiziellen Inbetriebnahme des Kraftwerks am 25.10.2011 waren im Wesentlichen alle genannten Maßnahmen erfolgreich abgeschlossen. Der antragsseitig vorgesehene ursprüngliche Belieferungsbeginn im März 2010 hatte nicht gehalten werden können. Die Ursachen hierfür lagen außerhalb des Projekts und waren entsprechend nicht zu beeinflussen. Insbesondere durch die

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verspätete Inbetriebnahme des Hybridkraftwerks in Prenzlau war ein Betriebsbeginn im vorgesehenen Zeitplan ausgeschlossen.

Abb. 7: Inbetriebnahme der Anlagen durch Ministerpräsident Matthias Platzeck und Werner Diwald (Mitglied des Vorstands der ENERTRAG AG) am 25.10.2011

Die Arbeiten hatten unmittelbar nach Projektbeginn im August 2009 begonnen. Im ersten Halbjahr 2010 wurden sämtlichen Planungsleistungen an geeignete Auftragnehmer vergeben. Alle im Rahmen dieses Vorhabens erforderlichen Planungen waren bis Mitte 2010 vollständig abgeschlossen. Es waren hierbei die bereits abgeschlossenen Planungen für das Hybridkraftwerk zu berücksichtigen.

Die erforderliche Betriebsgenehmigung für die Anlage nach BImSchG lag im Juni 2010 vor.

ENERTRAG begann unmittelbar nach Projektstart mit der Erarbeitung der Leistungsverzeichnisse und der Ausschreibung für die technischen Anlagen. Die Errichtung von Verdichter, Tanklager und Befüllstation wurde im Sommer 2010 an den Anbieter Air Liquide Deutschland GmbH vergeben. Die vertraglichen Vereinbarungen über dieses Leistungspaket wurden im Anschluss an die Vergabe im Herbst 2010 geschlossen. Die in diesem Zusammenhang erforderlich werdenden Bauleistungen war an das Unternehmen Air Liquide Deutschland GmbH vergeben worden.

Die Ausschreibung und Vergabe für die Errichtung der geplanten Mischgaspipeline erfolgte getrennt. Auch hier erfolgte die Ausschreibung zunächst unmittelbar nach Projektstart. Aufgrund baulicher Veränderungen im Umfeld des Hybridkraftwerks wurde jedoch im Herbst 2010 eine neuerliche Ausschreibung erforderlich, die im Januar 2011 abgeschlossen war und mit der Vergabe an den Anbieter Melms Rohrleistungs- und Tiefbau GmbH endete.

Im Herbst 2010 hatten die Vorbereitungen für die Errichtung erforderlicher Gebäude (Kompressorenhalle) und der Fundamente für die Speicher begonnen. Aufgrund des frühen Wintereinbruchs in diesem Jahr kam es jedoch zu Verzögerungen. Die Errichtung der Kompressoren und der erforderlichen Fundamente für die übrigen Anlagenteile erfolgte im ersten Halbjahr 2011. Diese Verzögerung hatte jedoch aufgrund der ohnehin eingetretenen Verzögerungen bei der Fertigstellung des Hybridkraftwerks ohnehin keinen Einfluss auf den Projektverlauf.

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Abb. 8: Installation des Zwischenspeichers am Projektstandort in Prenzlau (im Hintergrund Elektrolyseurgebäude und Kompressorenhalle)

Mit Abschluss der baulichen Maßnahmen waren alle Vorbereitungen für die Installation der Wasserstoffeinrichtungen getroffen. Sämtliche Anlagenteile zur Speicherung und Befüllung wurden im September 2011 durch den Auftragnehmer Air Liquide fertiggestellt und vor Ort in Prenzlau installiert. Die Fertigstellung der Mischgaspipeline, die aufgrund baulicher Veränderungen zunächst neu hatte ausgeschrieben werden müssen, erfolgte im 4. Quartal 2011.

Von Oktober 2011 bis Januar 2012 wurde die Anlage im Probebetrieb umfassend getestet und abgestimmt. Im Januar 2012 war der Nachweis über die Funktionsfähigkeit sämtlicher im Rahmen des Projekts installierter Komponenten im Zusammenspiel mit der Elektrolyseanlage und den übrigen Einrichtungen des Hybridkraftwerks erbracht. Die Anlage war damit für den Regelbetrieb vorbereitet. Im Februar 2012 konnten um rund anderthalb Jahre verspätet die Speicherbefüllung und die Evaluierung der Anlage im Regelbetrieb beginnen.

Um die geplante Auswertung der Betriebsergebnisse noch im Rahmen der Projektlaufzeit bewerkstelligen zu können, wurde einen 11-monatige Projektverlängerung beantragt und bewilligt. Diese wurde aufgrund der verzögerten Fertigstellung des Hybridkraftwerks (nicht Gegenstand dieses Vorhabens) wie auch aufgrund der Verzögerungen bei der Fertigstellung des Flughafens Berlin Brandenburg International (BER) erforderlich. Denn zunächst konnte allein mit dem Weiterbetrieb der Anlagen in Prenzlau und an der Heerstraße die Versorgung mit regenerativem Wasserstoff insbesondere für die Berliner Wasserstoffbusse sichergestellt werden. Der Einsatz einer möglichst hohen Anteils regenerativen Wasserstoffs ist im Sinne einer positiven öffentlichen Wahrnehmung von Wasserstoff als Kraftstoff für die CEP obligatorisch. Zur zuverlässigen Versorgung der Busse, aber auch zur zuverlässigen Erlangung ausreichender Daten für die umfassende Evaluierung des in Prenzlau erprobten Erzeugungspfads wurde eine Fortsetzung des Vorhabens über eine Betriebsdauer von rund einem Jahr erforderlich. Nach Ende dieses ersten Betriebsjahres setzte ENERTRAG den

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Betrieb nach Ende des Förderzeitraums in Eigenregie und ohne Inanspruchnahme von Förderung fort.



Alle wesentlichen Projektziele konnten im Rahmen des Vorhabens vollständig erreicht werden. Während am Projektstandort Berlin alle Maßnahmen im Zeitplan abgeschlossen werden konnten, erfuhr der in Prenzlau angesiedelte Teil der Leistungen anfänglich Verzögerungen, da die Arbeiten am Hybridkraftwerk nicht im erwarteten Tempo vorangingen. Hierdurch konnte auch die Belieferung der Tankstelle mit Windwasserstoff erst verspätet beginnen. Diesem Umstand wurde Rechnung getragen, indem die Projektpartner individuell Verlängerungen der Projektlaufzeit beantragten. ENERTRAG konnte hierdurch die geplante Erprobung der Erzeugungseinrichtungen, der Befüllstation und der Belieferungslogistik wie geplant durchführen, ohne dass dies zu Mehrkosten im Projekt führte.

Zu Beginn des Vorhabens hatten die Projektpartner Total eine Reihe wissenschaftlicher und technischer Arbeitsziele formuliert, die es durch Realisierung dieses Fördervorhabens zu erreichen galt:

• Fortsetzung der Aktivitäten aus Phase I der CEP und aus dem EU-Vorhaben HyFLEET:CUTE durch die Bereitstellung von Wasserstoff (LH2, GH2 350bar/700bar) für die in Phase II der CEP zu betreibenden Pkw sowie insbesondere für die bestehende Nahverkehrsbusflotte: Durch den sehr zuverlässigen Weiterbetrieb der Tankstelle an der Heerstraße, die während der gesamten Projektlaufzeit mit hoher Verfügbarkeit zur Verfügung stand, konnte die Versorgung in der Region Berlin stets erfolgreich aufrecht erhalten werden, auch wenn neuere Standorte wie z.B. die Holzmarktstraße mit maßgeblichen technischen Problemen zu kämpfen hatten. Die Versorgung der in Berlin eingesetzten Wasserstoffbusse erfolgte nahezu ausschließlich an diesem Standort. Nennenswerte Ausfälle wurden während der gesamten Projektlaufzeit nicht registriert. Die Tankstelle diente damit

• Bereitstellung eines Infrastrukturnetzwerks mit annähernd flächendeckender Erschließung für den Großraum Berlin: Zu Beginn des Vorhabens stand die Tankstelle den Fahrzeugbetreibern in Berlin als einzige Berliner Wasserstofftankstelle zur Verfügung. Nach dem Rückbau der Aral-Tankstelle am Messedamm zum Ende von CEP Phase I war zur Überbrückung zunächst eine mobile Lösung zum Einsatz (vgl. FKZ 03BV203, 03BV2031) gekommen, die schließlich durch den Standort Holzmarktstraße abgelöst wurde. Durch die später durch TOTAL und Shell errichteten Stationen an der Heidestraße und am Sachsendamm war Ende 2011 / Anfang 2012 schließlich eine marktnahe Versorgungssituation etabliert. Zum Ende des Berichtszeitraums befand sich zudem die Tankstelle am Flughafen BER im Aufbau.

• Versorgung des „Hydrogen Highway“ Berlin-Hamburg: Nachdem auch zum Projektende ein Autobahnstandort zwischen Berlin und Hamburg weder projektiert noch in Umsetzung oder Betrieb befand, diente die Tankstelle Heerstraße während der gesamten Projektlaufzeit als erster Anlaufpunkt für aus Hamburg kommende Fahrzeuge. Auch für die neuste Fahrzeuggeneration ist die Distanz zwischen beiden Städten grenzwertig. In Abhängigkeit der Verkehrsverhältnisse ist oft eine Anfahrt der Standorte in der Berliner Innenstadt nicht mehr möglich, während der Standort Heerstraße erreichbar bleibt. Aufgrund der Verfügbarkeit des Standorts wurden auch Busüberführungen zwischen Berlin und Hamburg möglich.

• Bereitstellung einer leistungsfähigen Infrastruktur mit Eignung für die zuverlässige Betankung einer größeren Busflotte / Sicherstellung einer hohen Verfügbarkeit der Busse im ÖPNV: Das Ziel, Busse mit für den Linieneinsatz ausreichender Zuverlässigkeit zu betanken, wurde in vollem Umfang erreicht. Seit August wird im Rahmen der CEP die Verfügbarkeit von CEP Tankstellen ermittelt. Im monatlichen Mittel lag die Verfügbarkeit der Busbetankungs-

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einrichtungen zwischen 86 und 100%. Im langfristigen Mittel hatte die Busbetankungsanlage eine Verfügbarkeit von 96.3 % (08/2011-06/2013). Für 700 bar (Pkw) lag sie bei 90,3 % für 350 bar (Pkw) bei 89,8 %.

• Steigerung des Anteils erneuerbarer Energien bei der Wasserstofferzeugung: Aufgrund der Maßnahmen im Vorhaben konnte Total an seinen Berliner Wasserstofftankstellen erstmals regenerativen Wasserstoff aus elektrolytischer Erzeugung bereitstellen.

• Erstmalige Realisierung einer Tankstelle nach dem neuen GH2-Betankungsstandard SAE J2601 und Validierung unter Praxisbedingungen: Im Rahmen dieses Vorhabens, war es beabsichtigt – aufbauend auf der bereits installierten 700-bar-Technik - erstmals eine Tankstelle zu realisieren, die dem Betankungsstandard SAE J2601 für 700-bar-Druckwasserstoffbetankungen bei -40°C Befülltemperatur (sog. A-70-Anlage) entspricht. Während der Betankungsversuche ergab sich jedoch, dass insbesondere das in der SAE J-2601 geforderte Zeitfenster zwischen Betankungsbeginn und Erreichen der Vorkühltemperatur nicht realisierbar ist, da dieses Vorkühlleistungen voraussetzte, die unter wirtschaftlichen Erwägungen nicht mehr sinnvoll sind. Zu entsprechenden Ergebnissen kam man auch bei der Auslegung anderer CEP-Standorte. Dies hatte zur Folge, dass die CEP zunächst von der vollständigen Umsetzung des SAE-Standards absah und einen modifizierten Standard beschloss, der sich insbesondere dadurch unterschied, dass das Zeitfenster bis zum Erreichen der Vorkühltemperatur vergrößert wurde. Infolgedessen wurde eine Neuberechnung der Druckrampen erforderlich, was wiederrum zu geringfügig längeren Betankungszeiten führte. Zum Ende der Projektlaufzeit waren diese Ergebnisse der CEP auch Gegenstand von Diskussionen innerhalb der SAE-Standardisierungsgremien. Es wird davon ausgegangen, dass die Erkenntnisse aus dem Vorhaben und anderen CEP-Projektmodulen zu einer Revision des Standards führen werden.

• Erprobung aktueller Technologien für die Erzeugung, Aufbereitung, Speicherung und Abgabe von Wasserstoff als Kraftstoff: Die in Prenzlau errichteten Anlagen erwiesen sich im Zuge des Vorhabens als erfolgreiches und auch für andere Standorte wie die zu errichtende Anlage am Flughafen BER erfolgversprechendes Konzept. Verzögerungen, die sich im Rahmen des Vorhabens ergaben, resultierten aus Verspätungen, die sich beim Bau des zugehörigen aber hier nicht geförderten Hybridkraftwerks Prenzlau ergaben. Teil des Hybridkraftwerks sind auch die elektrolytischen Erzeugungseinrichtungen. Sämtlich im Rahmen dieses Vorhabens aufgebauten Anlagen (Zusatzspeicher, Kompressoren, Trailerbefüllstation und Mischgaspipeline) konnten im Rahmen des Vorhabens erfolgreich installiert und erprobt werden. Tankstellenseitig bereiteten wie oben beschrieben die Erreichung der Vorkühltemperatur aber auch die Dichtigkeit der Kupplungen Probleme. Beide Themen wurden im Rahmen der CEP aktiv angegangen und befanden sich zum Ende des Berichtszeitraums noch in der Bearbeitung.


Die im Rahmen des Vorhabens erzielen Ergebnis werden von ENERTRAG aktiv einer weiteren Verwertung zugeführt. Einerseits werden die im Rahmen des Vorhabens in Prenzlau errichteten Anlagen nach Projektende ohne Inanspruchnahme weiterer Förderung von ENERTRAG in Eigenregie weiterbetrieben, um ausgewählte Berliner CEP-Standorte zu versorgen.

Daneben baut ENERTRAG das hier erfolgreich erprobte Konzept zielorientiert und in größerem Maßstab aus. Aktuell befindet sich am Berliner Flughafens BER neben einer weiteren TOTAL-Wasserstofftankstelle auch eine Produktionsanlage für Windwasserstoff in Vorbereitung, die die in Prenzlau vorhandenen Kapazitäten unter Anwendung des im Rahmen dieses Vorhabens gesammelten Know-hows erweitern soll. Geplant ist hier eine deutlich größere Anlage. Eigens zur Versorgung dieser Anlage befindet sich ein Windpark im Aufbau.

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12 PROJEKTMODUL: Optimierung des Systemdesigns und Weiterbetrieb einer voll integrierten Wasserstofftankstelle für Pkw und Busse an der Heerstraße in Berlin inkl. Errichtung eines Wasserstoffzwischenspeichers in Prenzlau (Leistungsanteil TOTAL)

Projekttitel: Clean Energy Partnership (CEP) Optimierung des Systemdesigns und Weiterbetrieb einer voll integrierten Wasserstofftankstelle für Pkw und Busse an der Heerstraße in Berlin inkl. Errichtung eines Wasserstoffzwischenspeichers in Prenzlau

(Bericht zu den in Leistungsanteilen der TOTAL Deutschland GmbH)


Enertrag AG

Laufzeit des Vorhabens: 01.08.2009-31.12.2013 (für Enertrag: 31.12.2012)

Berichtszeitraum Enertrag AG 01.08.2009-31.12.2013

Förderquote 48%


Förderkennzeichen: 03BV217A

Projektstatus Beendet

12.1 Kurzfassung

Im Rahmen des Vorhabens setzte die TOTAL Deutschland GmbH den Betrieb einer bereits zuvor errichteten Wasserstofftankstelle in Berlin-Spandau mit dem Ziel fort, sowohl die Wasserstoffbusflotte der BVG als auch die Pkw der CEP in Berlinb zuverlässig mit Wasserstoff zu versorgen.


Ziele dieses CEP-Projektmoduls waren der Weiterbetrieb, die Ertüchtigung und in Teilen die optimierende Umrüstung der bereits bestehenden Wasserstofftankstelle an der Heerstraße in Berlin Spandau. Zugleich sollten erstmals regenerative Energien in maßgeblichem Umfang Eingang in die Erzeugung des in der CEP eingesetzten Wasserstoffs finden und das bisher an diesem Standort eingesetzte LPG vollständig substituieren. Hiermit einhergehend sollte eine grundlegende Umstellung des Versorgungskonzepts für gasförmigen Wasserstoff mit dem Ziel erfolgen, den Anteil regenerativ erzeugten Wasserstoffs entsprechend den Zielsetzungen der CEP im Laufe der Phase III der CEP sukzessive auf 50% zu erhöhen.

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Abb. 9 Wasserstofftankstelle mit Pkw-Betankungseinrichtungen im Vordergrund und LH2-Speicher und Verdampfer im Hintergrund

Die bestehende Tankstelle war im Rahmen des EU-geförderten Vorhabens HyFLEET:CUTE von TOTAL errichtet und seit Frühjahr 2006 kontinuierlich betrieben worden. Sie verfügte zu Projektbeginn über Betankungsmöglichkeiten für flüssigen Wasserstoff, die im Lauf des Vorhabens jedoch rückgerüstet wurden, da kein Bedarf mehr bestand, sowie hochverdichteten gasförmigen Wasserstoff der Druckstufen 350 bar und 700 bar, über eine Wasserstoffreformierung aus LPG, die im Rahmen dieses Vorhabens ebenfalls rückgerüstet wurde und über eine hochmoderne Ionenverdichteranlage, die im Rahmen des Vorhabens einer weiteren Optimierung zu unterziehen war.

Die Anlage verfügte zunächst über Abgabevorrichtungen für CGH2 700 bar, CGH2 350 bar und LH2, im öffentlichen Teil sowie für CGH2 350 bar und LH2 im Bereich des angrenzenden Busdepots der Berliner Verkehrsbetriebe (BVG). Beide LH2-Befüllpunkte wurden im Projektverlauf ohne Auswirkungen auf den Anlagenbetrieb und die Projektziele außer Betrieb gestellt, nachdem BMW den Betrieb ihrer LH2-Flotte Mitte 2011 eingestellt hatte. Insbesondere die CGH2-Abgabeeinheiten waren im Rahmen des Vorhabens weiter zu optimieren.

Sicherzustellen war mit dieser Anlage nicht nur die Versorgung der CEP-Pkw, da angesichts des Rückbaus der Anlage am Messedamm Mitte 2008 die Versorgungssituation in Berlin prekär geworden war und durch zusätzliche mobile Anlagen gestützt werden musste. Eine hohe Verfügbarkeit der Tankstelle war damit von zentraler Bedeutung, gerade auch da sie bei Projektstart zur alleinigen Versorgung der in Berlin betriebenen Busflotte diente, die ihrerseits von besonderer Bedeutung für die Real-life-Erprobung des zu etablierenden Versorgungspfades mit Windwasserstoff waren. Als Ausgangspunkt für eine gute infrastrukturelle Erschließung der Region Berlin sollte dieser Standort die Voraussetzungen schaffen für eine langfristige positive Kundenbindung an den Wasserstoff als Kraftstoff in Unternehmensflotten.

Eine wesentliche Rolle bei der Realisierung des Gesamtvorhabens kam der ENERTRAG AG zu, die selbst nicht CEP-Partnerin ist.

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Nach dem Rückbau des LPG-Reformers war durch ENERTRAG die Versorgung des Tankstellenstandorts mit elektrolytisch unter Einsatz von Windenergie erzeugtem Wasserstoff aus Prenzlau sicherzustellen, der per Trailer nach Berlin angeliefert wurde. Hierzu hatte ENERTRAG die zu Projektbeginn bereits laufenden Aktivitäten um das im Bau befindliche Hybridkraftwerk in Prenzlau um verschiedene Module auszuweiten. Während die Elektrolyseanlage nicht Teil dieses Vorhabens war und bereits als Teil des landesgeförderten Hybridkraftwerks gefördert wurde, waren durch ENERTRAG zusätzlich ein Wasserstoffzwischenspeicher inkl. Verdichtereinheit, ein Pipeline und eine Trailerbefüllstation zu errichten und über die Projektlaufzeit eigenverantwortlich zu betreiben. Ferner war die Wasserstofflogistik für die Versorgung der Berliner Abnehmer in enger Abstimmung zwischen TOTAL und ENERTRAG zu erarbeiten und umzusetzen.


Die Realisierung der geplanten Maßnahmen in Berlin erfolgte in enger Kooperation insbesondere mit dem Anlagenlieferanten für die H2-Betankungskomponenten, der Linde AG, der sowohl für die Überarbeitung der Anlage, verschiedene Nachrüstarbeiten als auch für die Wartung der Anlage im Auftrag von Projektpartner TOTAL zuständig war.

Am Aufbau der Anlagen in Prenzlau waren insbesondere die folgenden Firmen beteiligt:

• Lieferung / Aufbau Zwischenspeicher: Air Liquide Deutschland GmbH

• Lieferung / Aufbau Verdichtereinheit: Air Liquide Deutschland GmbH

• Lieferung / Aufbau Trailerbefüllstation: Air Liquide Deutschland GmbH

• Installation Mischgaspipeline: Melms Rohrleistungs- und Tiefbau GmbH

Das Unternehmen Spilett New Technologies GmbH, Berlin, unterstützte das Vorhaben mit Leistungen in den Bereichen Projektkoordinierung und Datenmanagement.

12.3 Projektverlauf

Das Vorhaben begann nahezu planmäßig am 1.8.2009 (beantragt: 1.7.2009) und endete für beide Partner zunächst am 31.01.2012 (beantragt: 31.12.2011).

Im Dezember 2011 beantragte TOTAL eine mit einer Aufstockung einhergehende Verlängerung für die eigenen Aktivitäten wie folgt:

• Verlängerung der Projektlaufzeit um den Zeitraum 1.1.2012-31.12.2013,

• damit einhergehend Aufstockung der bewilligten Zuwendung in Höhe von EUR 1.032.775 um weitere EUR 336.135,04 für die Fortsetzung des Betriebs während der beantragten Laufzeitverlängerung

• Verschiebung bereits bewilligter, aber nicht ausgeschöpfter Fördermittel in die Verlängerungsperiode (insb. bewilligte Mittel für die optionale Rückrüstung der Anlagen zum Projektende).

Im Januar 2012 beantragte ENERTRAG jedoch im Rahmen eines Verlängerungsantrags die folgenden Modifikationen gegenüber dem Hauptantrag:

• Verlängerung der Projektlaufzeit um den Zeitraum 01.02.2012-31.12.2012,

• Verschiebung bereits bewilligter, aber nicht ausgeschöpfter Fördermittel in Höhe von voraussichtlich rund 220.000 EUR in die Verlängerungsperiode.

Eine Aufstockung der bereits bewilligten Zuwendung wurde durch ENERTRAG nicht beantragt.

Beide Anträge wurden bewilligt.

Begründet waren sie einerseits durch Verzögerungen, die sich beim Aufbau des Hybridkraftwerks in Prenzlau ergeben hatten, und die eine Erprobung der Anlagen während der Regellaufzeit

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ausgeschlossen hätten. Zusätzlich wurde eine Verlängerung des Vorhabens aber aufgrund der Verzögerungen bei der Fertigstellung des Flughafens Berlin-Brandenburg International (BER) erforderlich. Einhergehend mit den Verzögerungen bei der Fertigstellung des Flughafens geriet auch die Errichtung der Wasserstofferzeugungs- und Betankungseinrichtungen im Flughafenumfeld aus dem Zeitplan. Hierdurch bedingt war durch den Weiterbetrieb der Anlagen in Prenzlau und an der Heerstraße die Versorgung mit regenerativem Wasserstoff insbesondere für die Berliner Wasserstoffbusse sicherzustellen. Der Einsatz einer möglichst hohen Anteils regenerativen Wasserstoffs ist im Sinne einer positiven öffentlichen Wahrnehmung von Wasserstoff als Kraftstoff für die CEP obligatorisch.

Zum Ende des ersten Verlängerungszeitraums beantragte TOTAL eine neuerliche Verlängerung der Laufzeit für den Zeitraum 01.01.2014-31.05.2014, die ebenfalls bewilligt wurde. Während dieser zweiten Verlängerungsperiode, die nicht mit einer Aufstockung der bewilligten Förderung einherging, erfolgte insbesondere der Rückbau der Wasserstoffanlagen am Standort Heerstraße.

Im Rahmen des Vorhabens erfolgten der Weiterbetrieb und der Umbau der bestehenden Tankstelle an der Heerstraße in Berlin Spandau, die im März 2006 im Rahmen des im 7. Forschungsrahmenprogramm der EU geförderten Vorhabens „HyFLEET:CUTE“ von TOTAL in Betrieb genommen war. Den Vollbetrieb hatte die Anlage schließlich mit der Inbetriebnahme der ersten beiden von insgesamt 14 im Rahmen des EU-Projekts HyFLEET:CUTE aufzubauenden Nahverkehrsbussen im Juni 2006 aufgenommen. Vier dieser Fahrzeuge wurden ab Anfang 2010 ebenfalls im Rahmen der CEP weiterbetrieben. Von Anfang an diente die Anlage auch der Betankung der CEP-Pkw-Flotte. Bereits während der Laufzeit von CEP Phase I hatten mit der Anlage im Zeitraum 01.07.2006-30.06.2008 überzeugende Betriebsergebnisse erzielt werden können:

• 15,1 Tonnen gasförmiger Wasserstoff wurden per LPG-Reformierung hergestellt,

• 48,2 Tonnen flüssiger Wasserstoff wurden bereitgestellt,

• bei 1.270 Betankungsvorgängen wurden 5.702 kg LH2 abgegeben,

• bei 321 PKW-Betankungen wurden 422 kg GH2 abgegeben,

• im Rahmen der Busbetankungen wurden rund 45.000 kg GH2 abgegeben.

Im Jahr 2007 war die Anlage zunächst mit einem LPG-Dampfreformer zur Erzeugung von gasförmigem Wasserstoff ausgestattet worden. Im Rahmen dieses Vorhabens erfolgten eine Abschaltung und Rückrüstung der Anlage sowie eine vollständige Umstellung der CGH2-Bereitstellung. Die Gründe hierfür waren:

• die unzureichende Betriebszuverlässigkeit des Reformers,

• die sehr hohen Betriebskosten und

• vor allem die mit der Nutzung fossiler Energieträger einhergehende ungünstige CO2-Bilanz des Versorgungsstrangs, die die Ziele der CEP, mittelfristig bis 2016 eine Quote von mindestens 50% klimaneutral erzeugtem Wasserstoff anzubieten, konterkarierte.

Die Versorgung der Tankstelle mit CGH2 erfolgte daher im Rahmen dieses Vorhabens auf zwei Arten. Übergangsweise vollständig, später aber nur noch zur Deckung des Spitzenbedarfs bzw. im Backup-Fall erfolgte die Verdampfung von Flüssigwasserstoff vor Ort über einen luftbeheizten Verdampfer aus dem bestehenden 17.600-l-LH2-Tank (ca. 1.000 kg). Im ersten Halbjahr 2011 erfolgte schließlich aber eine vollständige Abschaltung des LH2-Strangs. Dies schien unter wirtschaftlichen Erwägungen geboten, da BMW den Betrieb seiner LH2-betriebenen Flotte eingestellt hatte und die Vorhaltung damit ausschließlich noch der Verdampfung diente. Die Anlage inkl. der Betankungseinrichtungen im öffentlichen und im nichtöffentlichen Bereich, die sowohl mit der modernen automotiven wie auch mit einer herkömmlichen LH2-Kupplung ausgestattet waren, wurde im 2. Halbjahr 2011 vollständig rückgebaut. Die Verflüssigung des im Rahmen des Vorhabens eingesetzten und bei CEP-Partner Linde eingekauften LH2 war ausschließlich unter Nutzung regenerativer Energien erfolgt. Der Boil-off aus

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dieser Anlage konnte nahezu vollständig der CGH2-Schiene zugeführt und für Druckgasbetankungen nutzbar gemacht werden.

Zwar wurde der Ausfall von verdampftem LH2 sowie Boil-off-Gas zunächst durch die Anlieferung von konventionell erzeugtem CGH2 substituiert. Zugleich kam aber dem geplanten Versorgungsstart mit regenerativem Wasserstoff aus der Uckermark (Gegenstand dieses Teilprojekts, siehe unten), der zu diesem Zeitpunkt kurz bevorstand, besondere Bedeutung zu.

Zu diesem Zweck erfolgte im Rahmen des Vorhabens ein Ausbau der am Standort vorhandenen Speicherkapazität um 300 kg auf insgesamt ca. 600 kg. Ziel war die Sicherstellung einer möglichst klimaschonenden Wasserstofflogistik. Zudem erfolgt durch TOTAL die Installation eines GH2-Traileranschlusses um angelieferten Wasserstoff in die Speicher übernehmen zu können.

Die im Rahmen des Gesamtvorhabens durch TOTAL fortgeführte Erprobung der von Linde eingeführten und seit 2008 am Standort in redundanter Ausführung in Betrieb befindlichen Ionenverdichtertechnologie wurde über die gesamte Projektlaufzeit erfolgreich fortgesetzt. Zusätzlich wurden umfassende Verbesserungen an der Anlage vorgenommen. Die einem konventionellen Vorverdichter nachgeschalteten Anlagen lieferten zwar grundsätzlich positive Betriebsergebnisse. Der Wartungsaufwand war gleichwohl höher als erwartet. Die Abgabe des gasförmigen Wasserstoffs erfolgte im öffentlichen Bereich mit Drücken von 350 bar (ungekühlt) und 700 bar (vorgekühlt auf -40°C) sowie auf dem Gelände der BVG mit 350 bar. Die Zapfsäule ist im öffentlichen Bereich mit einer Infrarotkommunikationsschnittstelle zum Fahrzeug ausgerüstet, über die sicherheitsrelevante Daten während der Betankung zwischen Fahrzeug und Tankstelle ausgetauscht werden. Hierdurch werden Füllraten von nahezu 100 % bei Fahrzeugen mit Kommunikation möglich.

Während der Projektlaufzeit wurden an der Tankstelle mehrere Leckagen im Bereich der Fahrzeugkupplung festgestellt, die in z.T. aufwendigen Testkampagnen unter Einbeziehung der in der CEP aktiven Fahrzeughersteller umfassend untersucht wurden. Wenngleich diese Aktivitäten bereits zu wertvollen und für die Markteinführung unerlässlichen Erkenntnissen führten, waren die Untersuchungen zum Projektende noch nicht vollständig abgeschlossen und werden über die Projektlaufzeit hinaus als Teil der Übergeordneten Aktivitäten der CEP fortgesetzt.

Die Auslegung für die 700-bar-Betankungen war bereits vor Beginn des Vorhabens mit dem Ziel erfolgt, den zu Projektbeginn noch nicht endgültig vorliegenden, von der Society of Automotive Engineers (SAE) entwickelten Betankungsstandard SAE J-2601 für 700-bar-Druckgasbetankungen während der Projektlaufzeit an diesem Standort umzusetzen. Zu Projektbeginn erfolgten Betankungen noch unter Einsatz eines vorläufigen Betankungsprotokolls, der sog. „Release A“. Die erstmalige Umsetzung des Protokolls SAE J-2601 im Rahmen der CEP sollte planmäßig an diesem Standort stattfinden. Theoretisch wären hiermit bei mit Infrarotkommunikation ausgestatteten Fahrzeugen Wasserstofffüllmengen von bis zu 6 kg in einer Betankungszeit von 3 Minuten zu realisieren.

Um für diese Hochdruckzapfsäule immer genügend Wasserstoff zu Verfügung zu haben, standen immer zwei volle 300-bar-H2-Bündel zur Verfügung. Um den Anforderungen des SAE-Standards J2601 an sog. A-70-Tankstellen gerecht zu werden, konnte 700-bar-Wasserstoff am Standort auf -40°C vorgekühlt werden. Da die öffentliche Zapfsäule ca. 50 m von der Verdichterstation entfernt installiert war und für die Erreichung von schnellen Betankungszeiten tiefkalter Wasserstoff unbedingt erforderlich ist, wurde die 875-bar-Versorgungsleitung mit einer Begleitkühlung ausgerüstet und mit einer für kalte Temperaturen effektiven Isolierung versehen. Durch diese Maßnahme war der in den Fahrzeugtank einströmende Wasserstoff von Beginn an kalt genug, um eine schnelle Betankung realisieren zu können. Die Befüllung der Fahrzeuge erfolgte nach einer sogenannten Druckanstiegsrampe. Dafür war die Anlage mit einer elektronischen Druckführung ausgerüstet. Alle Armaturen im Zapfsäulenbereich waren an die tiefen Betriebstemperaturen angepasst. Dies gilt insbesondere für das 700-bar-Füllequipment, bestehend aus Abreißkupplung,

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Schlauch und Fahrzeugkupplung. Eine nochmalige Überprüfung der Eignung dieser Geräte erfolgte parallel zur Projektrealisierung im Rahmen des Übergeordneten Moduls der CEP. Eine eigens ins Leben gerufenen Arbeitsgruppe „Füllkupplungstest“ hatte entsprechende Tests beauftragt, die sich zum Ende dieses Vorhabens noch in der abschließenden Umsetzung befanden.

Im Rahmen des Vorhabens erfolgten alle erforderlichen Optimierungsleistungen an der bereits installierten 700-bar-Technik um die Anlage technisch für die Umsetzung des SAE-Standards J2601 vorzubereiten. Im Rahmen der Betankungsversuche ergab sich jedoch, dass insbesondere das in der SAE J-2601 geforderte Zeitfenster zwischen Betankungsbeginn und Erreichen der Vorkühltemperatur nicht realisierbar ist, da dieses Vorkühlleistungen voraussetzte, die unter wirtschaftlichen Erwägungen nicht mehr sinnvoll sind. Zu entsprechenden Ergebnissen kam man auch bei der Auslegung anderer CEP-Standorte. Dies hatte zur Folge, dass die CEP zunächst von der vollständigen Umsetzung des SAE-Standards absah und einen modifizierten Standard beschloss, der sich insbesondere dadurch unterschied, dass das Zeitfenster bis zum Erreichen der Vorkühltemperatur vergrößert wurde. Infolgedessen wurde eine Neuberechnung der Druckrampen erforderlich, was wiederrum zu geringfügig längeren Betankungszeiten führte. Zum Ende der Projektlaufzeit waren diese Ergebnisse der CEP auch Gegenstand von Diskussionen innerhalb der SAE-Standardisierungsgremien. Es wird davon ausgegangen, dass die Erkenntnisse aus dem Vorhaben und anderen CEP-Projektmodulen zu einer Revision des Standards führen werden.

Das Vorhaben konnte damit einen wesentlichen Meilenstein für die Marktvorbereitung setzen.

In der zweiten Verlängerungsperiode im Zeitraum 1.1.2014-31.05.2014 erfolgte schließlich die vollständige Rückrüstung der Anlagenteile am Standort Heerstraße. Nachdem die Tankstelle 8 Jahre erfolgreich betrieben und mehrfach auf- und umgerüstet worden war, letztlich aber nicht im projektierten Umfang von der BVG in Anspruch genommen werden konnte, entsprach sie schließlich nicht mehr den technischen Anforderungen an eine moderne Wasserstofftankstelle mit optimaler Energieeffizienz. Durch ihre dezentrale Lage entsprach sie darüber hinaus nicht mehr den Anforderungen der wachsenden Zahl von Pkw-Kunden. Die Errichtung einer stadteinwärts gelegenen Tankstelle an der Heerstraße / Ecke Jafféstraße im Jahr 2014 durch TOTAL rechtfertigte schließlich die Schließung des Standorts. Die weiterhin erforderlichen Busbetankungen können über die Tankstelle Sachsendamm abgewickelt werden, die hierdurch seit 1.1.2014 eine positive Auslastungsentwicklung erfährt.

Die Errichtung der für Prenzlau von Projektpartner ENERTRAG AG projektierten Anlagen erfolgte in unmittelbarem Zusammenhang mit der Errichtung des Hybridkraftwerks, wobei die Fertigstellung des Kraftwerks mit seinen Wasserstofferzeugungseinrichtungen (beides nicht Gegenstand dieses Verbundvorhabens) unmittelbare Voraussetzung für die Aufnahme des Betriebs der hier zu errichtenden Anlagen sowie für ihre Anbindung an die Gesamtanlage war.

Aus verschiedenen Gründen verzögerte sich die Fertigstellung des Hybridkraftwerks, dessen Inbetriebnahme ursprünglich für den Sommer 2010 geplant war, zunächst. Erst im Oktober 2011 wurde die Anlage offiziell eröffnet; der endgültige Übergang in den Regelbetrieb erfolgte im Januar 2012.

Die im Rahmen dieses Vorhabens errichteten Anlagen konnten ebenfalls erst zusammen mit dem Hybridkraftwerk im Januar 2012 in Betrieb gehen, da ein unabhängiger Betrieb der im Projekt aufgebauten Komponenten ausgeschlossen ist. Eine dem Zeitplan entsprechende Inbetriebnahme war aufgrund der Verzögerungen beim Aufbau des Kraftwerks nicht möglich. Erst ab Februar 2012 konnten die Speicherbefüllung und die Evaluierung der Anlage im Regelbetrieb beginnen.

Am 18. April 2012 konnte im Rahmen einer hochkarätig besetzten Veranstaltung die Einführung von elektrolytisch erzeugtem Windwasserstoff in die CEP an der TOTAL-Wasserstofftankstelle Berlin-Heidestraße begangen werden.

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Ab diesem Zeitpunkt war Projektpartner ENERTRAG im Rahmen der hier geförderten Aktivitäten in der Lage, in Prenzlau erzeugen Windwasserstoff an Berliner Tankstellenstandorte zu liefern.

Der Aufbau entsprechender Erzeugungskapazitäten erfolgte im Rahmen eines durch das Land Brandenburg geförderten Projekts zur Errichtung eines Biomasse-Windkraft-Hybridkraftwerks. Das Herzstück dieses weltweit ersten Wasserstoffhybridkraftwerks ist ein 500-kW-Druck-Elektrolyseur, der aus Windstrom durch Elektrolyse von Wasser Sauerstoff und Wasserstoff erzeugt. Seit dem Zeitpunkt der Integration ins Stromnetz ist es nun in Zeiten begrenzter Abnahmekapazität im Stromnetz möglich, Wasserstoff aus dem nicht abgenommenen Strom elektrolytisch zu erzeugen.

Dieser kann bei Bedarf dem zur Verstromung vor Ort erzeugten Biogas beigemischt werden. Der nicht zur Deckung von Nachfragespitzen benötigte Wasserstoff wird in einem eigens für diesen Zweck im Rahmen dieses Vorhabens errichteten Wasserstoffzwischenlager in Prenzlau gespeichert. Es wurde während der Projektlaufzeit Tankstelle Heerstraße transportiert. Andere Tankstellen wie die Heidestraße werden auch nach Proj4ektende weiterhin beliefert.

Ziel war es, einen möglichst hohen Anteil des am Tankstellenstandort benötigten Wasserstoffs über diesen Versorgungspfad zu decken. Die Errichtung des Hybridkraftwerks selbst und der zugehörigen Elektrolyse waren nicht Teil dieses Vorhabens.

Im Rahmen dieses Vorhabens erfolgten in Prenzlau auf dem Grundstück des Hybridkraftwerks





Die mit Beendigung der Projektbeteiligung von ENERTRAG am 31.12.2012 vollständig in Betrieb befindlichen Anlagen wurden während der Restlaufzeit des Vorhabens ohne Inanspruchnahme weiterer Förderung von ENERTRAG in Eigenregie weiterbetrieben um ausgewählte Berliner CEP-Standorte zu versorgen.

12.3.1.1 Einführung der regenerativen H2-Erzeugung

Im Rahmen dieses Arbeitspakets führte TOTAL mit maßgeblicher Unterstützung von ENERTRAG die regenerative H2-Erzeugung für den Standort Heerstraße ein. Dies geschah vorrangig mit dem Ziel, klimarelevante Emissionen bei der Erzeugung des Wasserstoffs maßgeblich zu reduzieren und zugleich im Interesse einer raschen Marktvorbereitung die Erzeugungskosten substantiell zu reduzieren. Sicherzustellen war ferner die Erhöhung der Betriebszuverlässigkeit gegenüber der zuvor praktizierten Erzeugung per LPG-Reformierung und damit einhergehend eine zuverlässige Versorgung der Tankstelle.

Verschiedene Maßnahmen wurden von TOTAL ohne Mitarbeit von ENERTRAG durchgeführt. Hierzu gehörten insbesondere

• Rückbau der bisherigen Erzeugungseinrichtungen: Ein umfassender Rückbau der bisherigen Erzeugungseinrichtungen (LPG-Reformer) erfolgte planmäßig unmittelbar nach Projektstart im September 2009.

• Schaffung eines Traileranschlusses: Im 4. Quartal 2009 erfolgte die Installation eines Traileranschlusses an der Tankstelle Heerstraße. Ziel war es, hiermit auch die Anlieferung von gasförmigem Wasserstoff (insbesondere aus der elektrolytischen Erzeugung in Prenzlau) möglich zu machen, nachdem die Versorgung des Standorts bisher ausschließlich per Vororterzeugung oder per LH2-Anlieferung erfolgt war. Der Umbau war erforderlich, um eine vollständig regenerative Versorgung des Standorts zu realisieren.

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Andere Maßnahmen wurden in enger Zusammenarbeit mit ENERTRAG realisiert.

• Abschluss von Lieferverträgen: Die zugrunde liegenden Lieferverträge zwischen ENERTRAG und TOTAL wurden im 4. Quartal 2010 fertiggestellt und im ersten Quartal 2011 unterzeichnet.

• Entwicklung eines emissionsoptimierten Logistikkonzepts: Die Entwicklung des Logistikkonzepts erfolgte in enger Zusammenarbeit zwischen ENERTRAG und TOTAL mit dem Ziel einer möglichst klimaschonenden Bereitstellung von Windwasserstoff aus Prenzlau. Ziel war es, stets eine 100%ige Auslastung der eingesetzten Transportkapazitäten unter Berücksichtigung der wind- und nachfrageseitig bedingten Produktionsschwankungen zu erreichen. Das Logistikkonzept lag vor Lieferbeginn im 1. Quartal 2012 vor.

• Kontinuierliche Belieferung: Am 18.4.2012 wurde der in Prenzlau erzeugte regenerative Wasserstoff offiziell an Berliner Tankstellen eingeführt. Der Sachverhalt wurde mit einem hochrangig besetzten Event am Standort Heidestraße feierlich begangen. Die Anlieferung des auf 200 bar vorverdichteten Wasserstoffs erfolgt in Zusammenarbeit mit der Air Liquide Deutschland GmbH als Logistikpartner per Trailer direkt aus Prenzlau an die Tankstelle.

12.3.1.2 Ionenkompressor

Bereits vor dem Beginn dieses Vorhabens wurde am Standort seit 2007 ein hochmoderner Ionenkompressor der Firma Linde eingesetzt und erprobt. Erste Betriebsergebnisse der Anlage wurden erfolgreich im EU-geförderten Vorhaben HyFLEET:CUTE gesammelt, offenbarten aber zugleich, dass die Technologie für einen dauerhaften und reibungslosen Betrieb weiterer Optimierungen bedurfte, die von Linde als Unterauftragnehmer von TOTAL im Rahmen des in diesem Vorhaben fortgeführten Wartungsvertrags durchführt wurden.

Im Rahmen dieses Vorhabens

• erfolgte die Restabschreibung der Anlage im Zeitraum 1.8.2009- 31.12.2010 2,

• erfolgte der erfolgreiche Weiterbetrieb der Anlage im Zeitraum 1.8.2009-31.12.2013; der Weiterbetrieb ging einher mit der Sammlung weiterer relevanter Betriebsdaten und -erfahrungen in Bezug auf Zuverlässigkeit, Lebensdauer, Energiebedarf, die Eignung für eine optimierte Betriebsführung und die Eignung innerhalb des Gesamtanlagenkonzepts,

• erfolgte eine ständige technische Verbesserung der Verdichteranlage über die gesamt Projektlaufzeit durch die Linde AG, die diese Leistungen im Rahmen des bestehenden Wartungsvertrags erbrachte.

Die bereits vor Projektstart erwarteten Vorteile der Anlagentechnologie konnten durch die zusätzlichen Betriebserfahrungen im Vorhaben weitgehend belegt werden. Von besonderer Bedeutung für den erfolgreichen Betrieb der Anlagen im Rahmen des Vorhabens waren dabei

• der Wegfall komplizierter und damit störanfälliger Kolbensysteme,

• die Einsetzbarkeit der Technologie auch bei Rein- und Reinstgasanwendungen,

• die einfache und effiziente Phasentrennung, durch die eine Verunreinigung des komprimierten Gases ausgeschlossen ist,

• die hohen Standzeiten bei geringen Wartungskosten, da komplizierte Dichtungssysteme entfallen können.

2 Der Ionenkompressor wurde im Rahmen von HyFLEET:CUTE im Jahr 2008 in Betrieb genommen.

Nachdem durch den Lieferanten zunächst technische Optimierungen vorgenommen werden mussten, begann die Abschreibung der Anlage erst im November 2008. Mit Zustimmung der EU wurde eine 26-monatige Abschreibungsdauer bis einschließlich Dezember 2010 vereinbart. Die Abschreibung wurde im Rahmen dieses Vorhabens unter den in HyFLEET:CUTE etablierten Rahmenbedingungen fortgesetzt.

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12.3.1.3 Erweiterung CGH2-Speicher

Am Tankstellenstandort waren zu Projektbeginn lediglich Speicherkapazitäten für 300 kg. gasförmigen Wasserstoff installiert. Diese wurden im 4. Quartal 2009 im Rahmen des Vorhabens durch die Linde AG im Auftrag von TOTAL auf 600 kg erweitert. Notwendig wurde dieser Schritt, um die Umstellung auf erneuerbaren Wasserstoff aus Windenergie möglich zu machen. Allein durch Vergrößerung der Speicherkapazitäten konnte eine wirtschaftlich sinnvolle Belieferung der Tankstelle mit Windwasserstoff aus Prenzlau im Rahmen des Vorhabens beginnen. Die Anlieferung erfolgt mit 200-bar-Trailern, die den Standort mit jeweils 300 bis 400 kg Wasserstoff beliefern.

Von TOTAL wurden im Rahmen des Arbeitspakets insbesondere die folgenden Leistungen erfolgreich abgeschlossen:

• Konzeptionierung, Planung und Beschaffung der Genehmigung für die Speichererweiterung

• Anmietung der zusätzlichen Speicherkapazitäten bei der Linde AG

• Installation der zusätzlichen Speicherkapazitäten durch Linde im Auftrag von TOTAL inkl. der Installation von Zuleitungen, Verrohrungen, Messtechnik etc. sowie Einbindung des Speichers in das Gesamtsystem der Tankstelle

Alle Arbeiten konnten zeitnah nach Projektstart erfolgreich zum Abschluss gebracht werden.

12.3.1.4 Anpassung des CGH2-Dispensers

Um eine sichere Betankung von 700-bar-Fahrzeugen am Standort zu ermöglichen und eine Gefährdung der Tankkunden durch versehentliche Betankung von 700-bar-Fahrzeugen am 350-bar-Befüllpunkt und eine möglicherweise damit einhergehende Überhitzung des 700-bar-Tanks zu verhindern, wurden im Einvernehmen mit den CEP-Mobilitätspartnern am Standort zu Projektbeginn verschiedene Umbaumaßnahmen durchgeführt, die bereits im vierten Quartal 2009 erfolgreich abgeschlossen werden konnten.

Die Ausführung der Maßnahmen erfolgte durch die Linde AG. Im Detail wurden folgende Aktivitäten umgesetzt:

• Hardwareumbau: Die Hardware der Wasserstoffabgabeeinheit war in einer Weise zu modifizieren die geeignet war zu verhindern, dass Tankstellenkunden mit 700-bar-Fahrzeugen über die 350-bar-Kupplung Betankungen vornehmen können. Hierzu war unter anderem ein neuer Tankautomat des Herstellers Tokheim zu installieren. Nun konnte durch den Einsatz von ausschließlich für 700-bar-Betankungen codierten Tankkarten eine 350-bar-Betankung ausgeschlossen werden. Die gleichzeitige Umrüstung der Elektronik der Abgabeeinheit erlaubte es nun, die 700-bar-Betankung separat anzusteuern, indem durch Installation einer zusätzlichen digitalen Eingangskarte ein zweiter Eingang in die Dispenser-SPS realisiert wurde.

• Softwareanpassung: Eine umfassende Anpassungsprogrammierung in der Steuerungssoftware der Anlage wurde erforderlich, damit das neue Signal des Tankkartenlesers in der Anlagensteuerung verarbeitet werden kann. Die Programmierung wurde eigens für dieses Vorhaben umgesetzt und war so zuvor an anderen Standorten noch nicht erprobt worden. Nach Änderung der Software folgte daher zunächst eine Phase von Testbetankungen (350 und 700 bar) und daraus resultierenden notwendigen Optimierungen, die im ersten Quartal 2010 abgeschlossen werden konnte.

12.3.1.5 Anlagenbetrieb Heerstraße

Im Rahmen dieses Arbeitspakets betrieb TOTAL die Wasserstofftankstelle am Standort Heerstraße inkl. aller weiterhin in Betrieb befindlichen und neu zu errichtenden Anlagenteile von August 2009 bis Dezember 2013. Zum 01.01.2014 wurde der Betrieb am Standort eingestellt und der Rückbau der Anlagenteile eingeleitet.

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Die Gesamtbetreiberverantwortung inkl. der Verantwortung für die Sicherheit der Tankstelle mit allen Installationen lag während der gesamten Projektlaufzeit bei TOTAL während die Betreiberverantwortung für den Zwischenspeicher in Prenzlau und zugehörige Einrichtungen bei Projektpartner ENERTRAG lag. Die Partner sind sicherheitsverantwortlich für die jeweils von ihnen betriebenen Anlagen.

Während der Laufzeit des Vorhabens erreichte die Tankstelle einen kontinuierlich herausragenden Wasserstoffumsatz. Bedingt war dies insbesondere durch die Betankung der BVG-Busse, für die sich auf dem angrenzenden Depot der Berliner Verkehrsbetriebe über die gesamte Projektlaufzeit ein eigener 350-bar-Zapfpunkt in Betrieb befand. Über 100.000 kg Wasserstoff wurden während der Projektlaufzeit umgesetzt. Rund 90% davon wurden an Busse abgegeben. Die Abgabemenge blieb über die Laufzeit weitgehend konstant.

Abb. 10: Kumulierte CGH2-Abgabemenge über die Projektlaufzeit

Die Verantwortung für Steuerung und Wartung der CHG2-Schiene, d.h. insbesondere der Kompressoren inkl. des Ionenkompressors und der Speichereinrichtungen und in der Frühphase des Vorhabens auch des Reformers lag während der gesamten Projektlaufzeit bei TOTAL. TOTAL beauftragt Linde mit diesen Serviceleistungen. Allerdings erfolgte noch im ersten Projektjahr 2009 planmäßig eine Rückrüstung des Reformers, dessen Betrieb sich insbesondere unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten bereits im vorhergehenden EU-geförderten Projekt als nicht zielführend erwiesen hatte.

Die Verfügbarkeit der Anlage – Verfügbarkeitsdaten werden innerhalb der CEP seit August 2011 ermittelt – war während der Projektlaufzeit kontinuierlich hoch. Die Tankstelle stand in der Regel uneingeschränkt und ohne maßgebliche technische Probleme für Kundenbetankungen zur Verfügung. Monatliche Verfügbarkeitsmittel um 95% bis hin zu 100% konnten regelmäßig für einzelne Produktarten erreicht werden. Kurze Phasen geringerer Verfügbarkeit waren durch Wartungszyklen oder durch technische Probleme bedingt, die in der Regel zeitnah und mit maßgeblichem Erkenntnisgewinn

Tab. 2: Tankstellen-

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behoben werden konnten. So wurden beispielsweise mehrfach Undichtigkeiten bei 700-bar-Betankungen an der Schnittstelle Fahrzeug-Tankstelle festgestellt, die zu einer eingeschränkten Verfügbarkeit der Anlage im Zeitraum April-Juni 2012 führten. Diese Ausfallperioden konnten dank der guten Abdeckung in Berlin ohne nennenswerte Probleme überbrückt werden. Die Undichtigkeiten führten letztlich zu einer umfassenden Auseinandersetzung der CEP mit dem Thema Komponenteneignung, zu der Beauftragung gründlicher labortechnischer Untersuchungen verschiedener Komponenten an der Schnittstelle Fahrzeug-Tankstelle und zur Gründung der Forschungsgruppe „Komponententests“.

Ab 2013 wurde innerhalb der CEP damit begonnen, über die Ausfallzeiten hinaus auch die Ausfallursachen einer gründlichen Analyse zu unterziehen, um weiteren Forschungs- und Entwicklungsbedarf besser identifizieren zu können. Neben den oben beschriebenen Ausfällen aufgrund von Undichtigkeiten an der Tankkupplung, waren es insbesondere die Speicher und die Vorkühleinrichtungen die zu Problemen führten.

Auch Steuerung, Wartung und Service der LH2-Anlage wurde von Total sichergestellt. Total beauftragte die Linde AG solange mit diesen Leistungen, wie sich die Anlage in Betrieb befand. Ende 2011 erfolgte die endgültige Außerbetriebstellung des LH2-Strangs. Aufgrund des Abzugs der BMW Hydrogen7 im Laufe des Jahres 2011 aus Berlin bestand zu diesem Zeitpunkt in der Region keine Nachfrage nach LH2 mehr.

Zum Zweck der Abrechnung der Wasserstoffkosten gegenüber dem Kunden, ebenso wie zur Identifizierung des Kunden an der Tankstelle wurde Anfang 2012 die CEP-eigene Kundenkarte, die sog. „H2 Card“, eingeführt. Der Standort war für den Einsatz der Karte zu ertüchtigen.

Im Rahmen der CEP kommt ein Fahrerinformationssystem zum Einsatz, welches den Tankstellennutzer in Echtzeit über den Betriebszustand aller CEP-Wasserstofftankstellen informiert. Wahlweise online oder per SMS kann sich der Fahrer über die Anlagenverfügbarkeit unterrichten und sich bei Bedarf zu anderen Tankstellen umlenken lassen. Der Standort Heerstraße wurde umgehend nach Projektstart in das System eingebunden. Sämtliche technischen Voraussetzungen am Standort wurden geschaffen. Der Betriebs des Systems wurde kontinuierlich bis 31.12.2013 aufrechterhalten. Informationen zum Anlagenstatus sind für Kunden kontinuierlich in Echtzeit über den Kundenbereich der CEP-Website (http://www.cleanenergypartnership.de/kundenbereich/) abrufbar und dienen auch der Ermittlung der Anlagenverfügbarkeit.

12.3.1.6 Rückbau der Wasserstoffeinrichtungen

Im Zeitraum Januar bis Mai 2014 (2. Verlängerungsperiode) erfolgte der vollständige Rückbau der am Projektstandort Heerstraße installierten Wasserstofftankstellenkomponenten durch die TOTAL Deutschland GmbH. Verschiedene der Komponenten entsprachen nach 8-jährigem erfolgreichem Betrieb nicht mehr dem technischen Stand. Aufgrund der zentrumsfernen Lage der Tankstelle waren von Pkw-Kunden zentralere Betankungsmöglichkeiten gewünscht worden. Mit dem Beginn der Errichtung des zentrumsnäheren Standorts Heerstraße / Ecke Jafféstraße durch Total, war ein technisches Update des Projektstandorts nicht mehr sinnvoll. Entsprechend wurde eine Verlagerung des Pkw-Kundenbetriebs an die Jafféstraße und des Busbetankungsbetriebs an den Shell-Standort Sachsendamm beschlossen. Der Projektstandort konnte damit entfallen. Entsprechend erfolgte eine Rückrüstung in folgenden Arbeitsschritten, ohne das die Versorgungssituation in Berlin hierdurch beeinträchtigt wurde:

• Inertisierung aller relevanten Bauteile

• Demontage der Anlagenkomponenten

• Verladung und Abtransport

• Rückbau von Fundamenten und Verrohrungen

Alle Arbeiten waren zum Vorhabensende am 31.5.2014 erfolgreich abgeschlossen.

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12.3.1.7 Datenanalyse und Auswertung der Betriebsergebnisse

Über die TOTAL Deutschland GmbH, die als Projektpartnerin zugleich Mitglied der Clean Energy Partnership ist, wurden relevante Projektdaten für das zentrale Wissens- und Datenmanagement der CEP bereitgestellt. Es erfolgten ferner umfassende Auswertungen wesentlicher Betriebsdaten zentral durch den CEP-Projektkoordinator.

So wurden insbesondere umfassende Betrachtungen zu den Energieverbräuchen der Anlage in Abhängigkeit zur abgegebenen Wasserstoffmenge angestellt (vgl. Abb. 11).

Abb. 11: Gesamtenergieverbrauch der Tankstelle in Abhängigkeit der abgegebenen Wasserstoffmenge

Vor allem Daten zum Energieaufwand für die Vorkühlung konnten gründlich analysiert werden. So wurde offensichtlich, dass der Aufwand mit steigender Abgabemenge dramatisch sinkt (vgl. Abb. 12, Abb. 13)

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Abb. 12: Kühlenergiebedarf der Tankstelle in Abhängigkeit der abgegebenen Wasserstoffmenge

Offensichtlich ist damit, dass eine ökologisch nachhaltige und wirtschaftliche Abgabe von Wasserstoff als Kraftstoff erst mit Erreichen einer ausreichenden Marktdurchdringung möglich sein wird, die sich die CEP in ihrer kommenden Phase zum Ziel gesetzt hat.

Abb. 13: Kühlenergiebedarf je kg H2 in Abhängigkeit der monatlichen Abgabemenge



Alle wesentlichen Projektziele konnten im Rahmen des Vorhabens vollständig erreicht werden. Während am Projektstandort Berlin alle Maßnahmen im Zeitplan abgeschlossen werden konnten, erfuhr der in Prenzlau angesiedelte Teil der Leistungen anfänglich Verzögerungen, da die Arbeiten am Hybridkraftwerk nicht im erwarteten Tempo vorangingen. Hierdurch konnte auch die Belieferung der Tankstelle mit Windwasserstoff erst verspätet beginnen. Diesem Umstand wurde Rechnung getragen, indem die Projektpartner individuell Verlängerungen der Projektlaufzeit beantragten. ENERTRAG konnte hierdurch die geplante Erprobung der Erzeugungseinrichtungen, der Befüllstation und der Belieferungslogistik wie geplant durchführen, ohne dass dies zu Mehrkosten im Projekt führte.

Zu Beginn des Vorhabens hatten die Projektpartner TOTAL eine Reihe wissenschaftlicher und technischer Arbeitsziele formuliert, die es durch Realisierung dieses Fördervorhabens zu erreichen galt:

• Fortsetzung der Aktivitäten aus Phase I der CEP und aus dem EU-Vorhaben HyFLEET:CUTE durch die Bereitstellung von Wasserstoff (LH2, GH2 350bar/700bar) für die in Phase II der CEP zu betreibenden Pkw sowie insbesondere für die bestehende Nahverkehrsbusflotte: Durch den sehr zuverlässigen Weiterbetrieb der Tankstelle an der Heerstraße, die während der gesamten Projektlaufzeit mit hoher Verfügbarkeit zur Verfügung stand, konnte die Versorgung

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in der Region Berlin stets erfolgreich aufrecht erhalten werden, auch wenn neuere Standorte wie z.B. die Holzmarktstraße mit maßgeblichen technischen Problemen zu kämpfen hatten. Die Versorgung der in Berlin eingesetzten Wasserstoffbusse erfolgte nahezu ausschließlich an diesem Standort. Nennenswerte Ausfälle wurden während der gesamten Projektlaufzeit nicht registriert.

• Bereitstellung eines Infrastrukturnetzwerks mit annähernd flächendeckender Erschließung für den Großraum Berlin: Zu Beginn des Vorhabens stand die Tankstelle den Fahrzeugbetreibern in Berlin als einzige Berliner Wasserstofftankstelle zur Verfügung. Nach dem Rückbau der Aral-Tankstelle am Messedamm zum Ende von CEP Phase I war zur Überbrückung zunächst eine mobile Lösung zum Einsatz gekommen (vgl. FKZ 03BV203, 03BV2031), die schließlich durch den Standort Holzmarktstraße abgelöst wurde. Durch die später durch TOTAL und Shell errichteten Stationen an der Heidestraße und am Sachsendamm war Ende 2011 / Anfang 2012 schließlich eine marktnahe Versorgungsituation etabliert. Zum Projektende befanden sich Tankstellen an der Jafféstraße und am Flughafen BER in Vorbereitung. Am Standort Holzmarktstraße wurde der Austausch der Anlagentechnik vorbereitet.

• Versorgung des „Hydrogen Highway“ Berlin-Hamburg: Nachdem auch zum Projektende ein Autobahnstandort zwischen Berlin und Hamburg weder projektiert noch in Umsetzung oder Betrieb befand, diente die Tankstelle Heerstraße während der gesamten Projektlaufzeit als erster Anlaufpunkt für aus Hamburg kommende Fahrzeuge. Auch für die aktuelle Fahrzeuggeneration ist die Distanz zwischen beiden Städten grenzwertig. In Abhängigkeit der Verkehrsverhältnisse ist oft eine Anfahrt der Standorte in der Berliner Innenstadt nicht mehr möglich, während der Standort Heerstraße erreichbar bleibt. Aufgrund der Verfügbarkeit des Standorts wurden auch Busüberführungen zwischen Berlin und Hamburg möglich.

• Bereitstellung einer leistungsfähigen Infrastruktur mit Eignung für die zuverlässige Betankung einer größeren Busflotte / Sicherstellung einer hohen Verfügbarkeit der Busse im ÖPNV: Das Ziel, Busse mit für den Linieneinsatz ausreichender Zuverlässigkeit zu betanken, wurde in vollem Umfang erreicht. Seit August 2011 wird im Rahmen der CEP die Verfügbarkeit von CEP-Tankstellen ermittelt. Im monatlichen Mittel lag die Verfügbarkeit der Busbetankungs-einrichtungen zwischen 86 und 100%. Im langfristigen Mittel hatte die Busbetankungsanlage eine Verfügbarkeit von 96,2 % (08/2011-12/2013). Für 700 bar (Pkw) lag sie bei 85,7 % für 350 bar (Pkw) bei 85,4 %.

• Steigerung des Anteils erneuerbarer Energien bei der Wasserstofferzeugung: Aufgrund der Maßnahmen im Vorhaben konnte TOTAL an seinen Berliner Wasserstofftankstellen erstmals regenerativen Wasserstoff aus elektrolytischer Erzeugung bereitstellen.

• Erstmalige Realisierung einer Tankstelle nach dem neuen GH2-Betankungsstandard SAE J2601 und Validierung unter Praxisbedingungen: Im Rahmen dieses Vorhabens, war es beabsichtigt – aufbauend auf der bereits installierten 700-bar-Technik – erstmals eine Tankstelle zu realisieren, die dem Betankungsstandard SAE J2601 für 700-bar-Druckwasserstoffbetankungen bei -40°C Befülltemperatur (sog. A-70-Anlage) entspricht. Während der Betankungsversuche ergab sich jedoch, dass insbesondere das in der SAE J-2601 geforderte Zeitfenster zwischen Betankungsbeginn und Erreichen der Vorkühltemperatur nicht realisierbar ist, da dieses Vorkühlleistungen voraussetzte, die unter wirtschaftlichen Erwägungen nicht mehr sinnvoll sind. Zu entsprechenden Ergebnissen kam man auch bei der Auslegung anderer CEP-Standorte. Dies hatte zur Folge, dass die CEP zunächst von der vollständigen Umsetzung des SAE-Standards absah und einen modifizierten Standard beschloss, der sich insbesondere dadurch unterschied, dass das Zeitfenster bis zum Erreichen der Vorkühltemperatur vergrößert wurde. Infolgedessen wurde eine Neuberechnung der Druckrampen erforderlich, was wiederrum zu geringfügig längeren Betankungszeiten führte. Zum Ende der Projektlaufzeit waren diese Ergebnisse der CEP auch Gegenstand von Diskussionen innerhalb der SAE-Standardisierungsgremien. Es wird davon ausgegangen, dass

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die Erkenntnisse aus dem Vorhaben und anderen CEP-Projektmodulen zu einer Revision des Standards führen werden.

• Erprobung aktueller Technologien für die Erzeugung, Aufbereitung, Speicherung und Abgabe von Wasserstoff als Kraftstoff: Die in Prenzlau errichteten Anlagen erwiesen sich im Zuge des Vorhabens als erfolgreiches und auch für andere Standorte wie die zu errichtende Anlage am Flughafen BER erfolgversprechendes Konzept. Verzögerungen, die sich im Rahmen des Vorhabens ergaben, resultierten aus Verspätungen, die sich beim Bau des zugehörigen aber hier nicht geförderten Hybridkraftwerks Prenzlau ergaben. Teil des Hybridkraftwerks sind auch die elektrolytischen Erzeugungseinrichtungen. Sämtlich im Rahmen dieses Vorhabens aufgebauten Anlagen (Zusatzspeicher, Kompressoren, Trailerbefüllstation und Mischgaspipeline) konnten im Rahmen des Vorhabens erfolgreich installiert und erprobt werden. Tankstellenseitig bereiteten wie oben beschrieben die Erreichung der Vorkühltemperatur aber auch die Dichtigkeit der Kupplungen Probleme. Beide Themen wurden im Rahmen der CEP aktiv angegangen und befanden sich zum Ende des Vorhabens weiterhin in der Bearbeitung.


Von besonderer Bedeutung für die weitere Entwicklung und Markteinführung von Wasserstoff als Kraftstoff sind die im Rahmen dieses Projekts erzielten Erkenntnisse über die Machbarkeit und letztlich die Leistungsfähigkeit der 700-bar-Betankungstechnologie, sowie über die Machbarkeit einer regenerativen Deckung des Wasserstoffbedarfs an einer Tankstelle oder sogar in einer Region.

Die im Rahmen des Vorhabens erzielten Ergebnisse sind von großer Relevanz für die Weiterentwicklung der Wasserstofftechnologie und die Erlangung der Maturität zentraler Komponenten. Eine Verwertung der im Rahmen des Vorhabens erzielten Ergebnisse soll im Rahm3en einer substantiellen künftigen Ausweitung der Aktivitäten durch TOTAL erfolgen.

TOTAL wird künftig mit hohem Engagement die Marktvorbereitung für Wasserstoff als Kraftstoff vorantreiben und dabei umfassend auf den Erkenntnissen aus diesem Vorhaben aufbauen. So wurde bereits im September 2013 ein Vorhaben zum Betrieb von 8 weiteren Wasserstofftankstellen deutschlandweit beantragt. Daneben wurden Fördervorhaben zur Umrüstung und zum Weiterbetrieb der Standorte Holzmarktstraße und Detmoldstraße beantragt und begonnen – beide Standorte sollen in jedem Fall erhalten werden. Für den Standort Heerstraße wird an der nahe- aber stadteinwärts Jafféstraße ein Ersatzstandort geschaffen, der noch im Laufe des Jahres 2014 in Betrieb gehen wird. An der Holzmarktstraße wird von TOTAL in Zusammenarbeit mit Linde als Investitions- und Technologiepartner eine alternative technische Lösung zu der bisherigen Anlage realisiert. Total wird die Anlage ebenfalls in 2014 in den Regelbetrieb übernehmen. An der Detmoldstraße in München wird im Herbst 2014 eine Anlage für die Cryo-Compressed-Betankung in Zusammenarbeit mit Linde im Rahmen eines Folgevorhabens realisiert.

Die im Rahmen des Vorhabens erlangten Erkenntnisse über die Anwendbarkeit des US-Standards für 700-bar-Druckgasbetankungen SAE J-2601 sind von besonderer Bedeutung für die Umsetzung dieses Standards in der Praxis. Erstmals wurde an verschiedenen CEP-Standorten eine entsprechende Erprobung dieses Standards in der Praxis durchgeführt. Sie führte zu Ergebnissen, die eine Revision des Standards erforderlich machen. Im Ergebnis auch dieses Vorhabens ist also mit einem revidierten Standard zu rechnen, der künftig an Wasserstofftankstellen mit 700-bar-Option weltweit Einsatz finden wird. Das Vorhaben leistete insofern einen maßgeblichen Beitrag zur Erlangung der Marktfähigkeit der Technologie.

Klar wurde im Rahmen des Vorhabens auch, dass eine weitgehende Standardisierung von Wasserstofftankstellen für die Zukunft dringend geboten ist. Entsprechende Aktivitäten begannen parallel zum Vorhaben im Rahmen der Initiative H2 Mobility die erstmals Lasthefte für

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standardisierte, modulare Tankstellen verschiedener Größenklassen vorlegte. Durch die weitgehende Standarisierung von Tankstellen wird eine weit kostengünstigere Realisierung möglich, als dies bei bisherigen individuell entwickelten und geplanten Anlagen der Fall war. Zugleich kann die Zuverlässigkeit der Anlagen erhöht werden, da nicht jede Anlage mit hohem Innovationsanteil realisiert wird. Heute sind H2-Mobility-standardisierte Anlagen bereits unter einer Million Euro realisierbar. Weitere Skaleneffekte sind bei einem raschen Ausbau der Infrastruktur zu erwarten.

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13 PROJEKTMODUL: Übergeordnetes Modul – Phase III.1 - Gremien, Projektkoordinierung, Wissensmanagement, Öffentlichkeitsarbeit und Kommunikation

Projekttitel: Clean Energy Partnership (CEP) - Phase III, Übergeordnetes Modul: Gremien, Projektkoordinierung, Wissensmanagement, Öffentlichkeitsarbeit und Kommunikation

Verbundpartner im Projektmodul: Adam Opel AG

Air Liquide Deutschland GmbH

Berliner Verkehrsbetriebe A.ö.R. (BVG,

BMW AG

Daimler AG

EnBW Energie Baden-Württemberg AG


Hamburger Hochbahn AG

Honda R&D Europe (Deutschland) GmbH

Linde AG

Shell Hydrogen BV

Siemens AG


Vattenfall Europe AG

Volkswagen AG

Toyota Motor Europe

Laufzeit des Vorhabens / Berichtszeitraum:

01.05.2011-31.12.2014

Förderquote 48%


Förderkennzeichen: 03BV302A-S

Anschlussaktivität Übergeordnetes Modul – Phase III.2

13.1 Kurzfassung

Im Rahmen dieses Vorhabens setzen die Verbundpartner die begleitenden Maßnahmen fort die im Vorläuferprojekt (vgl. Kap. 1) begonnen wurden.

Insbesondere umfassen die projektbegleitenden Aktivitäten

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• die Koordinierung und Durchführung der Projektkommunikation und Öffentlichkeitsarbeit durch einen externen Pressesprecher in Zusammenarbeit mit einem externen Dienstleister (PR-Agentur).


Die Partner der Clean Energy Partnership3 (Stand 31.12.2014),

• die Adam Opel AG,

• die Air Liquide Deutschland GmbH (seit 1.8.2011)


• die Bohlen & Doyen GmbH (seit 01.05.2014) 4,

• die BMW AG,

• die Daimler AG,

• die EnBW Energie Baden-Württemberg AG (seit 1.11.2011)



• die Honda R&D Europe (Deutschland) GmbH (seit 1.8.2011)

• die Hyundai Motor Europe GmbH (seit 1.4.2012)

• die Linde AG,

• die OMV Deutschland GmbH (seit 1.10.2014)5,


• die Siemens AG (seit 1.10.2012)

• die Stuttgarter Straßenbahnen AG (SSB; seit 01.07.2013),


• die Vattenfall Europe AG,

• die Volkswagen AG,

• die Westfalen AG (seit 1.10.2014)6 und

• die Toyota Motor Europe,

hatten sich zum Ziel gesetzt, im Rahmen dieses Vorhabens die erforderlichen begleitenden Maßnahmen zu realisieren, die für den Ausbau des seit 2002 durch die deutsche Bundesregierung geförderten Vorhabens Clean Energy Partnership zu einem Vorhaben mit weltweit richtungsweisender Wirkung und mit Leuchtturmcharakter für den künftigen Einsatz von Wasserstoff als Kraftstoff im Straßenverkehr erforderlich sein würden. Sie setzten hiermit die bereits im Rahmen des Vorhabens Clean Energy Partnership (CEP) – Phase II: Übergeordnetes Modul – Gremien, Projektkoordinierung, Wissensmanagement, Öffentlichkeitsarbeit und Kommunikation (Förderkennzeichen 03BV302<x>) aus Mitteln des NIP geförderten Maßnahme fort.

3 Die Statoil ASA hatte das Vorhaben bereits zum 30.09.2012 vorzeitig verlassen. Vgl. hierzu den

Schlussbericht zum Förderkennzeichen 3BV302G 4 Förderung wurde für die verbleibende Restlaufzeit des Vorhabens nicht beantragt 5 Förderung wurde für die verbleibende Restlaufzeit des Vorhabens nicht beantragt 6 Förderung wurde für die verbleibende Restlaufzeit des Vorhabens nicht beantragt

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Im Besonderen umfassten die im Rahmen dieses Übergeordneten Moduls umzusetzenden projektbegleitenden Aktivitäten:

• die organisatorische Realisierung und Vernetzung der Projektmodule durch Einsatz der durch die Projektpartner personell auszustattenden Gremien:

o Vollversammlung (VV) o Steuerkreis (SK) o Task Force PR o Task Force Politkommunikation, die erste Laufe des Vorhabens in Leben gerufen

wurde o Arbeitsgruppe Infrastruktur und Produktion (AGIP) o Arbeitsgruppe Mobilität/Pkw (AGMP) o Arbeitsgruppe Mobilität/Bus (AGMB) o Gemeinsame Arbeitsgruppe Mobilität und Infrastruktur (AGMI), die im Laufe des

Vorhabens zusätzlich ins Leben gerufen wurde, o Arbeitsgruppe Internationale Kooperation (AGIC) o Arbeitsgruppe Organisation und Ausrichtung der CEP (AGOA), die erst im Laufe des

Vorhabens in Leben gerufen wurde o 5 technische Arbeitskreise zu wesentlichen Forschungsthemen, die während der

Projektlaufzeit als herausragend relevant für die Kommerzialisierbarkeit von Wasserstoff als Kraftstoff erkannt wurden und entsprechend erst im Laufe des Vorhabens ins Leben gerufen wurden,



• Betrieb und Pflege eines wegweisenden Informations- und Wissensmanagementsystems zum internen Austausch der Forschungsergebnisse durch einen externen Dienstleister,

• Koordinierung und Durchführung der Projektkommunikation und Öffentlichkeitsarbeit durch o eine Pressesprecherin, die die Aufgabe als externe Dienstleisterin wahrnimmt und o eine PR-Agentur als externe Dienstleisterin.

Die technische Realisierung der geplanten Vorhaben zur industriellen Forschung, Entwicklung und vorwettbewerblichen Demonstration von Wasserstofftechnologien erfolgte parallel in nachgeordneten sogenannten Projektmodulen, die aber jeweils Gegenstand eigener Förderanträge und damit nicht Teil des hier beschriebenen Übergeordneten Moduls waren und zum Teil darüber hinaus weiterhin in der Umsetzung sind.

Ziel war es, durch die Konzentration der begleitenden Aktivitäten in einem einzigen Vorhaben nicht nur eine verbindende Klammer um die Projektmodule zu schließen und sie in einen Prozess inhaltlichen Austauschs und kontinuierlicher Synergiebildung einzubinden, sondern zugleich die Projektmodule von administrativen Prozessen und übergeordneten organisatorischen und technischen Fragestellungen freizuhalten und ihnen hierdurch die Möglichkeit zu geben, sich voll auf die technische Realisierung ihrer Inhalte zu beschränken.

Im Rahmen des Vorhabens wurde das sogenannten Knowledge and Information Management System (KIM) als gemeinsamer übergeordneter Wissenspool weiterbetrieben, welches in der Projektphase II (Förderkennzeichen 03BV301G) aufgebaut und in Betrieb genommen worden war. 2013 wurde das System vollständig neu aufgesetzt und auf einer moderneren und flexibleren Plattform realisiert. In der CEP generiertes Know-how stand hiermit jederzeit für alle Projektmodule zur Verfügung und ermöglicht so Synergien, wie sie bislang in anderen vergleichbaren Vorhaben nicht möglich waren. Sämtliche im Fördervorhaben gesammelten Informationen stehen zum Ende des Berichtszeitraums in rund 3.000 Dokumenten den Projektpartnern zur Verfügung.

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Die Realisierung der geplanten Maßnahmen erfolgte in enger Kooperation aller zunächst 13 – zum Ende des Berichtszeitraums 21 - Projektpartner. Unterstützt wurden diese Arbeiten durch die folgenden Unternehmen, die im Rahmen des Vorhabens durch die Partnerschaft beauftragt wurden, ohne selbst Projektpartner zu sein:

• Spilett New Technologies GmbH, Berlin: Das Unternehmen wurde nach einer zu Beginn von Phase II durchgeführten Ausschreibung im Rahmen dieses Vorhabens neuerlich mit der Projektunterstützung und der Weiterentwicklung und dem Betrieb des Wissensmanagementsystems KIM beauftragt.

• be: Public Relations GmbH, Hamburg: Das Unternehmen wurde nach einer zu Beginn von Phase II durchgeführten Ausschreibung im Rahmen dieses Vorhabens neuerlich mit der Erbringung von Agenturleistungen im Arbeitsbereich Öffentlichkeitsarbeit / Kommunikation beauftragt.

• Claudia Fried: Nach einer noch in Phase II der CEP durchgeführten Ausschreibung wurde Frau Claudia Fried zum 1.1.2011 zur Pressesprecherin der CEP berufen und durch alle Partner anteilig beauftragt.

Im Rahmen des Projekts arbeitete die Partnerschaft darüber hinaus eng mit der California Fuel Cell Partnership (CaFCP) und ab September 2012 auch mit der Scandinavian Hydrogen Highway Partnership (SHHP) zusammen. Zur Pflege dieser Partnerschaften war bereits in Phase II die Arbeitsgruppe Internationale Kooperation ins Leben gerufen worden, die ihre Arbeit in Phase III fortsetzte.

13.4 Projektverlauf

13.4.1 Übersicht

Das Vorhaben startete planmäßig am 1.1.2011 in Fortsetzung des vom 1.5.2008-31.12.2010 geförderten Vorhabens Clean Energy Partnership (CEP) – Phase II - Übergeordnetes Modul: „Gremien, Projektkoordinierung, Wissensmanagement, Öffentlichkeitsarbeit und Kommunikation“ und wurde regulär am 31.12.2014 beendet. Projektpartner Statoil ASA beendet aus unternehmensstrategischen Gründen seine Teilnahme an dem Vorhaben bereits zum 30.9.2012. Ein entsprechender Schlussbericht wurde dem Fördergeber vorgelegt.


• technische Weiterentwicklung von Pkw und Bussen mit Brennstoffzellen und Wasserstoffverbrennungsmotoren sowie Einführung neuer Fahrzeuggenerationen und Einbindung neuer Fahrzeughersteller in die Kooperation,

• technische Weiterentwicklung von Tankstellenkomponenten, Weiterentwicklung und Etablierung einheitlicher Betankungsprotokolle, Installation von Technologien auf dem aktuellsten Entwicklungsstand,

• Etablierung eines gemeinsamen Tankstellenabnahmeprozesses,

• Etablierung eines gemeinsamen Tankkartensystems,


• Ausdehnung der CEP in die Fläche durch Einbindung neuer Regionen in das Vorhaben,

• Errichtung neuer öffentlicher Betankungsstandorte zur Sicherstellung einer regionalen Versorgungssicherheit und zur regionalen Flächenabdeckung sowie Vorbereitung eines Aufbauprogramms zur Erreichung einer nationalen Flächendeckung,

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• Aufbau ausreichender Kapazitäten zur Betankung von Busflotten und zur Abgabe von Wasserstoffmengen, die auch im Hinblick auf einen künftigen Einsatz belastbare Aussagen hinsichtlich Verfügbarkeit und Distribution von Wasserstoff im großen Maßstab zulassen,

• Realisierung von technologischen und operativen Verbesserungspotenzialen durch Umsetzung der „lessons learned“ aus CEP Phase II,

• die Erprobung der Fahrzeug-, Erzeugungs- und Betankungstechnik unter realen Alltagsbedingungen weitgehend im Kundenbetrieb,

• die Etablierung alternativer Bereitstellungspfade für regenerativen Wasserstoff (insb. BtH, elektrolytische Erzeugung aus Windkraft),

• die kontinuierliche gemeinsame Meilensteinüberprüfung und Vorüberlegungen für die Inhalte des in 2014 zu beantragenden zweiten Abschnitts der Phase III (2015-2016).

Das Übergeordnete Modul, welches Gegenstand dieses Berichts ist, bildete eine wesentliche Voraussetzung dafür, dass die genannten Vorhabenziele bis zum Ende des Förderzeitraums erreicht werden können. Insbesondere das im Rahmen dieser Projektphase vollständig überarbeitete und neu aufgesetzte Informations- und Wissensmanagementsystem hatte maßgeblichen Einfluss darauf, dass technologische und betriebliche Herausforderungen erkannt und „lessons learned“ umgesetzt werden konnten. Dank der engen Zusammenarbeit, im Rahmen derer die beteiligten Wettbewerber gemeinsames Wissen teilen, setzte das Projekt bis heute erhebliche Synergien frei, die eine beschleunigte Marktvorbereitung für Wasserstofftechnologien in den kommenden Jahren begünstigen. Hiermit konnten Projektprozesse insbesondere in den CEP-Arbeitsgruppen und -Arbeitskreisen so erfolgreich implementiert werden, dass eine Markteinführung von Wasserstofftechnologien durch einzelne Hersteller bereits zum Ende des NIP in 2016 weiterhin für realistisch gehalten wird.

Die Bereitschaft der Partner, wesentliche Ergebnisse ihrer angewandten Forschung und Entwicklung sowie wesentliche Betriebsdaten ihrer Fahrzeuge und Anlagen in einem gemeinsamen Wissenspool zusammenzutragen und dieses Know-how im Interesse einer Weiterentwicklung zu teilen, führte dazu, dass auch Phase III wie bereits zuvor Phase II mit einem maßgeblichen Zugewinn an Wissen und wesentlichen Erkenntnissen für eine künftige wirtschaftliche wie technische Optimierung der Anlagen und relevanten Prozesse fortgeführt werden konnte.



Im Rahmen dieses Arbeitspakets wurde die Arbeit in folgenden in Phase II des Vorhabens etablierten Projektgremien fortgeführt:



• Arbeitsgruppe Infrastruktur und Produktion (AGIP),

• Arbeitsgruppe Mobilität/PKW (AGMP),

• Arbeitsgruppe Mobilität/Busse (AGMB),

• PR Task Force (PRTF),

• Arbeitsgruppe Internationale Kooperation (AGIC).

Zusätzlich wurden im Laufe des Fördervorhabens die folgenden zusätzlichen Gremien ins Leben gerufen und personell ausgestattet, ohne dass die Leistungen im Rahmen der Antragstellung bereits budgetiert worden waren:

• Gemeinsame Arbeitsgruppe Mobilität und Infrastruktur (AGMI)

• Arbeitskreis Eichbare Mengenmessung (AKMM)

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• Arbeitskreis H2-Backup (AKBU)

• Arbeitskreis Wasserstoffqualität (AKWQ)

• Arbeitskreis Füllkupplungstest (AKFT)

• Arbeitskreis Befüllprozess (AKBP)

• Temporäre Arbeitsgruppe Organisation und Ausrichtung der CEP (AGOA)

Die Leistungen konnten im Rahmen des verfügbaren beantragten Zeitbudgets zusätzlich erbracht werden.

Im Rahmen dieser Aktivitäten entstandene Kosten umfassen:

• Kosten für die personelle Ausstattung der genannten Gremien,

• Reisekosten von und zu den Sitzungen der Gremien,

• sonstige Kosten, die durch die Arbeit der Gremien entstanden sind, sofern diese Leistungen nicht Teil anderer Arbeitspakete waren.


Mit der Durchführung der Projektkoordinierung beauftragte die Partnerschaft erneut die Spilett New Technologies GmbH mit Sitz in Berlin, die bereits in Phase II diese Leistungen erbracht hatte.














13.4.4 Wissens- und Informationsmanagement

Mit dem Weiterbetrieb und dem kontinuierlichen Ausbau des projekteigenen Wissens- und Informationsmanagementsystems KIM beauftragte die CEP erneut die Spilett New Technologies GmbH mit Sitz in Berlin, die bereits in Phase II nach Ausschreibung der Leistungen mit dem Aufbau und der Inbetriebnahme des Systems beauftragt gewesen war.

Es wurde zunächst der Betrieb des bestehenden Wissensmanagementtools fortgesetzt. Im zweiten Halbjahr 2013 wurde das System allerdings durch den Projektkoordinator vollständig neu aufgesetzt und durch das zeitgemäßere und leistungsfähigere System KIM 2.0 auf Basis von Microsoft Sharepoint ersetzt. Ab 1.8.2013 war das System mit allen Funktionen online verfügbar. Sämtliche Daten waren zu diesem Zeitpunkt aus dem bisherigen System migriert. Das System erlaubt eine wesentlich effizientere Nutzung, da u.a. sowohl der Projektkalender und als auch die Projektkontakte direkt in die gewohnte Windowsumgebung (insb. Microsoft Outlook) eingebunden werden können. Ein Zugriff auf die Dokumente kann auf Wunsch auch ohne Nutzung eines Browsers direkt im Windows Explorer erfolgen. Über geeignete Apps können sämtliche Informationen auch mobil

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abgefragt werden. Die Neuaufsetzung des Systems erfolgte durch den Projektkoordinator ohne Zusatzkosten im Rahmen der bestehenden Beauftragung.

Abb. 14 Das CEP-eigene Wissens- und Informationsmanagementsystem KIM 2.0

Das in Phase II entwickelte Rechtekonzept, in dem die individuellen Zugriffsrechte auf Arbeitsgruppenbasis detailliert zu regeln waren, wurde in Phase II gepflegt. Zahlreiche neue Nutzer waren mit jeweils individuellen Zugriffsrechten im System anzulegen. In Abhängigkeit der Gruppenzugehörigkeit erhielt jeder Nutzer individuellen Zugriff auf projektspezifische Informationen (Protokolle, Vorlagen, Bildmaterial, Termine, Adressen, Aufgaben, etc.).

Zu Beginn der dritten Phase erfolgte mit Überarbeitung der Konzeptpapiere der Arbeitsgruppen auch ein Update der Wissensziele für das Projekt. Die Liste der Wissensziele wurde über die Projektlaufzeit und im Ergebnis der Arbeitsgruppen und Arbeitskreise kontinuierlich fortgeschrieben.

Die Informations- und Wissenserhebung wurde uneingeschränkt fortgesetzt, so dass dem Projekt zum Ende des Berichtszeitraums umfassende Datenbestände für den Zeitraum ab 01/2008 zur Verfügung standen. Insbesondere wurde die Erfassung und Bereitstellung der laufend erhobenen Betriebsdaten (Betankungsdaten und Betriebsdaten der Tankstellen, Betankungsdaten und Wartungsinformationen der Mobilitätspartner) in einer gemeinsamen durch den Projektkoordinator gepflegten Datenbank fortgesetzt. Automatisierungstechniken für den Rohdatenimport, Prüfroutinen für Plausibilitätschecks und Auswerteroutinen zur Berichtsgenerierung der Infrastruktur- ebenso wie der Mobilitätsdaten kamen hierbei zur Anwendung. Für die Auswertungen der Betankungsdaten zwischen Tankstelle und Pkw und ihren Abgleich wurden Importroutinen genutzt, die die Rohdaten, die durch die Partner bereitgestellt werden, aufbereitet und halbautomatisiert zuordnet.



• Aufstellung aller in CEP Phase III betriebenen Pkw-Modelle mit technischen Grunddaten

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• Monatliche Betankungs- und Betriebsdaten (Pkw- und Busflotten)

• Monatliche Betankungsdaten nach Tankstellen (Pkw- und Busflotten)


• Aufstellung aller in CEP Phase III betriebenen Pkw mit technischen Grunddaten und Zulassungsangaben





• zusätzlich ab Phase III: individuelle Anlagenverfügbarkeitsinformationen für alle CEP-Tankstellen auf Basis der durch das Fahrinformationssystem gelieferten Statusmeldungen, sowie im Laufe der Phase III Beginn einer statistischen Auswertung von Ausfallgründen.













Individuell wurden ab Phase III zudem für die Infrastrukturbetreiber Betankungsdaten für die Rechnungslegung gegenüber den Kunden in aufbereiteter Form bereitgestellt.

Bei der Bearbeitung von Anfragen aus Wissenschaft und Forschung bzw. von nationalen und internationalen Projekten konnte verschiedentlich unterstützt werden. In Abstimmung mit der Partnerschaft wurden Informationen und/oder Erfahrungen bereitgestellt.



• die CEP-Pressesprecherin, die durch die Partner zu gleichen Teilen beauftragt wurde und die in dieser Funktion zugleich die PR Task Force leitet,



Mit Frau Claudia Fried wurde zu Beginn der Berichtsperiode eine externe Auftragnehmerin mit der Erbringung von Leistungen einer Pressesprecherin beauftragt, nachdem die Leistungen im 2. Halbjahr 2010 öffentlich ausgeschrieben worden waren. Die Beauftragung war durch die PR Task Force jeweils in jährlichem Turnus zu prüfen und wurde über den gesamten Berichtszeitraum aufrechterhalten.

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Leistungen, die im Rahmen dieses Arbeitspakets durch die o.g. Projektorgane erbracht wurden, umfassten im Detail:

Allgemeines / Kommunikationsmaterialien

• Überarbeitung und Pflege der CEP-Außendarstellung (wiederholte Neugestaltung und kontinuierliche Pflege der Website inkl. Überarbeitung des Technologiekonzepts, Planung und Umsetzung des Social Media Auftritts auf Facebook inkl. Gewinnspiel-App, Visitenkarte auf XING etc.)

• Erarbeitung, Überarbeitung und Pflege von Kommunikationsmitteln in deutscher und englischer Sprache (CEP-Imagebroschüre inkl. Publikation auf USB-Stick und im Print, Konzeption und Umsetzung eines H2-Minifolders mit Fakten zum Wasserstoff und eines 6-seitigen Leporellos zur CEP, Fahnen für Tankstellen und Autos, Beachflag, CEP-Visitenkarten etc.)

• Überarbeitung des Corporate-Design-Manuals inkl. Vorgaben für das Fahrzeugbranding nach NOW-Richtlinien

• Überarbeitung der Präsentationsunterlagen

• Erarbeitung von Kommunikationsstrategien zum Thema Grüner Wasserstoff

• Erstellung und Versand eines regelmäßigen Newsletters zu aktuellen Themen

• Verschiedene Medienkooperationen (Magazin „enorm – Wirtschaft für den Menschen“, „journalist“, Der Wirtschaftsjournalist“

• Gestaltung CEP-Tankkarte („H2 Card“)

• Gestaltung und Einrichtung eines Kundenbereichs auf der CEP-Website in enger Zusammenarbeit mit der Projektkoordinierung

• Kontinuierliche Medienarbeit – Journalistenkontakte

• Erstellung und Versand von Pressemeldungen zu relevanten Ereignissen sowie eines regelmäßigen Newsletters

• Ausschreibung, Vorbereitung und Umsetzung eines Fotoshooting für CEP-eigenes Bildmaterial an Aufnahmeorten deutschlandweit (Projektstandorte, Bayern, Schleswig-Holstein, Rügen etc.)

• Planung, Vorbereitung und Realisierung von drei Onlinefilmen für Social-Media-Kanäle zu den Themen Emissionsfreiheit, Geräuscharmut und Speicherung

• Neukonzeptionierung und Herstellung des CEP-Imagefilms

• Vorbereitung Vorträge (u.a. Korea Electro-Mobility 2014, WES Stuttgart)

• Vorbereitung und Realisierung eines TV-Beitrag zur CEP in Kooperation mit n-tv (die Erstausstrahlung des n-tv-Beitrags „Kraftstoff der Zukunft“ erfolgte am30.01.2013)

• Verfassen von Gastbeiträgen für European Energy Innovation, greenfacts, Mobility 2.0 Kompendium, Mobility 2.0 Kompendium, DVGW Jahresrevue, HZWEI, e21.magazin, E-MAIL / Forum Elektromobilität Magazin

• Kontinuierliche Medienarbeit (zahlreiche Veröffentlichungen, u.a. Dreh für arte futuremag, France24), Journalistenkontakte

• Artikelserie in BIZZ energy today inkl. Interview mit dem CEP-Vorsitzenden (Veröffentlichung Juni 2013)

• Planung und Erstellung der CEP-Verlagsbeilage „THEMEN“ im Fachmagazin „journalist“ (Veröffentlichung Oktober 2014) und im Fachmagazin „Der Wirtschaftsjournalist“ (Veröffentlichung Dezember 2014)

• Vorbereitung und Durchführung von Journalistenevents in Hamburg und Baden-Württemberg

• Vorbereitung und Durchführung ADAC-Kooperation Fahrtraining mit Brennstoffzellenfahrzeugen

• Vorbereitung und Durchführung einer Kooperation mit der „Scandinavian Hydrogen Tour 2012“

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• Konzept und Vorbereitung Teilnahme Internationale Luftfahrtausstellung (ILA)

• Konzeption und Durchführung der Veranstaltungsreihe „CEP Campus Days“ (Besuch der Hochschule Ostwestfalen-Lippe, TU Chemnitz, RWTH Aachen), Durchführung eines Online-Gewinnspiels im Rahmen der Campus Days

• Abstimmungen zur geplanten übergeordneten Kommunikationskampagne Wasserstoff & Brennstoffzelle der NOW

Treffen mit politischen Entscheidern

• Hannover Messe 2011: Ernst Pfister, Minister für Wirtschaft (Baden-Württemberg), Philip D. Murphy, US-Botschafter in Berlin, Dr. Veit Steinle, Abteilungsleiter Umweltfragen und Infrastruktur, Grundsatzfragen (BMVBS), Dr. Arne Wulff, Staatsekretär CDS (Schleswig-Holstein), Dr. Jens-Peter Heuer, Staatssekretär Senatsverwaltung für Wirtschaft, Technologie und Frauen (Berlin), Rainer Bomba, Staatssekretär (BMVBS), Hans-Heinrich Sander, Minister für Umwelt (Niedersachsen), Günther Oettinger, Kommissar für Energie (Europäische Kommission), Ladies' Programme of the Management Board of the Deutsche Messe AG, Jörg Bode, stellvertretender Ministerpräsident (Niedersachsen), Mitglieder des Wirtschaftsausschusses (Thüringen)

• CDU, Herr Jarzombak und Staatssekretärin: Treffen an der Holzmarktstraße und Probefahrt, Anwesend: C. Fried und T. Wilhelm

• Übergabe F-Cell an den Berliner Wirtschaftssenator Harald Wolf

• SPD, Treffen Herr Machnig mit P. Schnell, T. Wilhelm, C. Fried

• Treffen mit StS Mücke im Rahmen des „Tags der Offenen Tür im BMVBS“

• Deutsch-Französischer Entdeckungstag: Staatsminister im Auswärtigen Amt Michael Link und der französische Europaminister Jean Leonetti mit Schülern des Deutsch-französischen Gymnasiums

• Hannover Messe 2012: Wolfgang Tiefensee, MdB, Chinesische Delegation des Forschungs- und Technologieministeriums mit Dr. Wan Gang, Minister, Delegation des Auswärtigen Amts, Günther Oettinger, EU-Kommissar für Energie, Rainer Bomba, Staatssekretär im Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung

• Treffen mit US-Delegation Senatoren und Gouverneure am 11.07.2012 in Berlin

• Besuch Ihrer Königlichen Hoheit Kronprinzessin Victoria und Prinz Daniel von Schweden gemeinsam mit der schwedischen Handelsministerin Dr. Ewa Björling in Hamburg

Teilnahme/Organisation Termine, Besuchertermine Tankstellen:

• 04.01.2011: TU Berlin, Besuch von Studenten der Fakultät Verkehrs- und Maschinensysteme an der Holzmarktstraße

• 27.01.2011 Teilnahme an der Übergabe der BZ-Fahrzeuge von Daimler an Gasag Vattenfall, Salzufer

• 31.01.2011: Auftakt-Treffen in Wiesbaden zum Beitritt des Bundeslands Hessen

• 03.02.2011: Teilnahme Wasserstoffstammtisch Berlin H2Gate

• 15.03.2011: Treffen eMO/ Herr Lobenberg m. P. Schnell, C. Fried, BVG zur Vorstellung der CEP an der Holzmarktstraße

• 18.3.2011: Teilnahme am „Zukunftskongress Mobilität“ des CDU Wirtschaftsrats

• 22.3.2011: Stand und Fahrzeuge im Rahmen der Ausstellermesse im Energieforum Berlin zur Verkündung des Berliner Aktionsprogramms E-Mobilität.

• 29. 04.2011: Ride & Drive für die Teilnehmer der Bürgerkonferenz des Projekts HyTrust

• 16.05.2011 Teilnahme an der Pressekonferenz zur Bürgerkonferenz Hytrust

• 20.05.2011: Besuch einer Delegation von HyNor an der Holzmarktstraße

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• 27.06.2011: Besichtigung von Dr. Wan Gang, Minister für Wissenschaft und Technologie der Volksrepublik China

• 27.06.2011: Teilnahme am Joint Japanese German Workshop on Hydrogen and Fuel Cells der NOW GmbH (Berlin)

• 05.09.2011: Daimler übergibt 20 Elektro-Pkw und -Transporter in Hamburg, Teilnahme C. Fried, K. Bube

• 26.09.2011: HyPort Müritz, Vortrag C. Fried

• 16.09.2011: Führung einer Preisträgerin über die Vattenfall-Tankstelle in Hamburg mit anschließendem Besuch des Clean Tech Media Awards

• 27.09.2011: f-cell Stuttgart – Vortrag C. Fried

• 29.09.2011: Hamburger Klimawoche 2011 – Infotag Green Transportation Road

• 12.10.2011: Pro H2 Technologieforum Hannover, Vortrag C. Retzke

• 19.10.2011: Parlamentarischer Abend des Deutschen Wasserstoff- und Brennstoffzellenverbands e.V.

• 20.10.2011: Jahreskonferenz Erneuerbare Energien ee11, Teilnahme C. Fried

• 25.10.2011: Eröffnung Hybridkraftwerk Prenzlau – CEP-Fahrzeugflotte vor Ort

• 03.+04.11.2011: Energieland Mecklenburg-Vorpommern und 18. Energie-Symposium: Teilnahme Honda-Fahrzeuge, C. Fried

• 14.+15.11.2011: Besuch Catherine Dunwoody, CAFCP – Organisation Programm, Besichtigung der CEP-Tankstellen in Hamburg und Berlin, Berichte der AGs

• 17.11.2011: IPHE Round Table: Organisation der CEP-Fahrzeugflotte

• 23.11.2011: Brennstoffzellenforum Darmstadt: Vortrag P. Schnell, Übergabe Daimler F-Cell an die Hessische Umweltministerin Lucia Puttrich

• 29.+30.11.2011: Elektromobilität in Modellregionen – Ergebnisse und Ausblick, Teilnahme be:pr

• 17.01.2012 Eröffnung Vattenfall Station HafenCity

• 25.01.2012 Treffen CEP-Pressesprecherin & Prof. Göhlich, TU Berlin, Prüfung einer Kooperation in Sachen Batteriebusse

• 07.02.2012 Fachgespräch Wasserstoffinfrastruktur Baden-Württemberg, Vortrag R. Grasman

• 14.02.2012 Pressekonferenz des DWV

• 2.3.2012 Eröffnung ISE-Tankstelle Freiburg (die Anlage verfügt über den CEP-ready-Status)

• 08.03.2012 Tankstellenführung Holzmarktstraße

• 20.+21.03.2012 EID Kraftstoffforum, Vortrag P. Schnell

• 28.3.2012 Besuch der BtH-Anlage Leuna mit einem Journalisten des Technology Review

• 21.+22.04.2012 Nachhaltigkeitstage Baden-Württemberg, CEP Banner

• 18.04.2012 Veranstaltung zur Erstanlieferung von Windwasserstoff an der Total-Tankstelle Heidestraße

• 23.-27.04.2012 Hannover Messe: Gemeinschaftsstand mit NOW GmbH, Ride & Drive mit der CEP-Fahrzeugflotte, Round-Table-Gespräch: „Fahren mit Wasserstoff – wann haben wir ein flächendeckendes Tankstellennetz?“

• 24.04.2012 Offizieller Beitritt der EnBW AG im Rahmen der Hannover Messe

• 27.04.2012 Chinesische Medien-Delegation an der Holzmarktstraße

• 21.+22.05.2012 Tagesspiegel E-mobility Summit, CEP-Pressesprecherin vor Ort

• 23.05.2012 Tag der Immobilienwirtschaft unter Beteiligung eines BVG-Wasserstoffbusses

• 02.05.2012 Tankstellenführung für die interessierte Öffentlichkeit

• 04.-05.06.2012 Veranstaltung B.A.U.M.-Jahrestagung 2012 mit Verleihung des Umweltpreises, Schloss Bellevue, Shuttle BVG-H2-Bus, CEP-Pressesprecherin vor Ort

• 03.-07.06.2012 WHEC Toronto, Vortrag H. Klingenberg

• 10.08.2012 Japanisches Staatsfernsehen zu Besuch an der Heidestraße Berlin

• 28.05.2014 Informationsbesuch einer chinesischen Delegation (GIZ), Hamburg

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Organisation & Medienarbeit Events

• 04.04.-08.04.2011: Hannover Messe (Präsenz auf den Ständen der NOW, Ride+Drive),

• 16.05.-22.05.2011: Michelin Challenge Bibendum (CEP-Messestand, Ride+Drive),

• 19.05.2011: Beitritt Air Liquide und Honda zur CEP (Pressekonferenz im Rahmen der Michelin Challenge Bibendum),

• 28.05.2011: Lange Nacht der Wissenschaften, Berlin (inkl. Ride+Drive),

• 20.06.2011: Eröffnung der Wasserstofftankstelle Sachsendamm

• 23.06.2011: Interview des südkoreanischen Radiosenders KBS mit P. Schnell und C. Fried an der Holzmarktstraße

• 28.-30.07.2011: Journalistenevent an der Holzmarktstraße auf Einladung des Partners Toyota mit C. Fried

• 17.08.2011: Übergabe Brennstoffzellenhybridbusse in Hamburg

• 19.8.2011: Interview Enorm im Zuge der Medienkooperation

• 20.+21.08.2011: Tag der Offenen Tür im BMVBS

• 24.08.2011: Redaktionsbesuch Deutschland Radio mit C. Fried, J. Launer

• 29.+30.08.2011: Toyota Presseevent mit C. Fried

• 05.09.2011: Interview „Gazette“ mit P. Schnell

• 06.09.2011: Abstimmungen Ausstellungsforum HOLM zur Präsentation der CEP im Vorfeld der IAA

• 08.09.2011: Beitritt Hessen zur CEP

• 29.09.2011: Redaktionsbesuch ADAC, C. Fried

• 19.10.2011: Österreichische Journalisten auf Einladung von Toyota, Teilnahme C. Fried

• 21.12.2011: Meeting in Kopenhagen zu H2 moves Scandinavia, Teilnehmer: C. Fried, P. Schnell, be:pr

• 31.05.2012 Blogger-Event „Vom Windrad bis zum Tank – mobil mit Windwasserstoff“, Teilnahme von 10 Onlinejournalisten/Bloggern

• 02.06.2012 Präsentation der Tankstelle Holzmarktstraße im Rahmen der Lange Nacht der Wissenschaften Berlin

• 20.06.2012 50 Wasserstofftankstellen für Deutschland, Presseveranstaltung im BMVBS

• 03.07.2012 Pressegespräch Eröffnung Shell & Total H2-Tankstellen in Hamburg

• 18.+19.08.2012 Teilnahme am Tag der offenen Ministerien

• 07.09.2012 Eröffnung Air Liquide Tankstelle in Düsseldorf

• 10.09.2012 Beitritt Siemens

• 13.-15.09.2012 „Scandinavian Hydrogen Tour 2012“ Ride & Drive sowie Kolloquium und Filmdreh in Hamburg

• 26.09.2012 Dreh für n-tv Beitrag an der Vattenfall Tankstelle Hamburg

• 28.+30.09.2012 Klimawoche Hamburg Ride & Drive

• 08.-10.10.2012 Teilnahme an der f-cell in Stuttgart

• 20.10.2012 Facebook Gewinnspiel ADAC-Fahrsicherheitstraining in Linthe mit 20 Teilnehmern, begleitender Filmdreh mit Schauspieler Kristian Bader

• 25.10.2012 IHK-Expertengespräch

• 30.10.2012 Teilnahme am Kolloquium der Hamburger Wasserstoffgesellschaft, Handelskammer

• 08.11.2012 Wasserstoff- und Brennstoffzellenstammtisch, Hamburg

• 08.-10.11.2012 Symposium FH Stralsund mit Ride & Drive

• 05.12.2012 Grundsteinlegung H2-Tankstelle BER

• 25.02.2013 eStammtisch (Bundesverband eMobilität), Hamburg


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• 28.02.2013 Shell Energie Dialog, Berlin

• 12.03.2013 Parlamentarischer Abend des DWV (inkl. Ride+Drive mit CEP-Fahrzeugen)

• 08.-12.04.2013 HANNOVER MESSE: Gemeinschaftsstand von NOW und CEP, Ride+Drive mit der CEP-Fahrzeugflotte, Präsentation des „trailH2gas“ von Linde

• 14.03.2013 Einweihung der EnBW Tankstelle Stuttgart Talstraße

• 25.04.2013 Hyundai Test Drive mit Brennstoffzellenfahrzeugen, Brandenburg

• 27.04.2013 Facebook-Aktion: Besuch des ALBA Berlin Basketballspiels mit Gewinnern des CEP- und NOW-Facebook-Gewinnspiels, inkl. Shuttle mit den Brennstoffzellenfahrzeugen der CEP

• 01.-05.05.2013 Deutscher Kirchentag (CEP Präsentation über Partner hySolutions), Hamburg

• 23.05.2013 Daimler Kundenveranstaltung, Berlin. Vortrag zur CEP

• 27./28.05.2013 „Elektromobilität bewegt weltweit“, Internationale Konferenz der Bundesregierung, Berlin


• 08.06.2013 Lange Nacht der Wissenschaften, Berlin: CEP-Infostand und Ride+Drive mit den Brennstoffzellenfahrzeugen der CEP auf dem Campus der TU Berlin

• 14./15.06.2013 e-mobility world Bodensee, Friedrichshafen

• 20.06.2013 UN High-level Dialogue, Berlin

• 24.-26.06.2013 „International workshop on H2-infrastructure and transportation“ der NOW GmbH, Berlin. Bekanntgabe der Kooperation zwischen SHHP und CEP

• 27.+28.06.2013 emobility Summit des Tagesspiegel, Berlin

• 02.07.2013 Smart Wind Energy Storage Solutions, Bremen (Vortrag zur CEP)

• 24./25.08.2013 Tag der offenen Tür der Bundesregierung, Berlin (Infostand und Ride+Drive im BMVBS)

• 26.08.2013 Goethe-Institut Solarbootfahrt mit japanischer Delegation (Vortrag CEP)

• 30.08.2013 GreenTec Awards

• 16.-18.09.2013 Presseevent Hyundai, Berlin

• 20.09.2013 Verbändedialog von DWV und NOW

• 27.09.2013 European Researchers Night, Hamburg (Infostand + Ride+Drive, Vertretung CEP durch hySolutions)

• 30.09.-02.10. f-cell Stuttgart

• 15.10.2013 eCarTec München (Vortrag CEP)

• 16./17.10.2013 International Fuel Cell Bus Workshop, Hamburg


• 08./09.11.2013 Symposium REGWA FH Stralsund (Ride+Drive)

• 13.11.2013 Parlamentarischer Abend „light2hydrogen“ (CEP Infostand, Ride+Drive)

• 11.-13.11.2013 FCH JU Stakeholder General Assembly, Brüssel

• 02.12.2013 CEP-Beitrittsveranstaltung der Stuttgarter Straßenbahnen AG

• 12.12.2013 Abschlusskonferenz Projekt Opel HydroGen4, Berlin


• 20.02.2014 Toyota Technikseminar für Presse, Hamburg

• 03./04.03.2014 Autosalon Genf

• 07.-11.04.2014 Hannover Messe: Organisation und Betreuung des CEP-Messestands, Ride+Drive mit der CEP-Fahrzeugflotte, Präsentation des „trailH2gas“ von Linde, Podiumsdiskussion zum Thema Infrastrukturausbau, Präsentation der Honda-Konzeptstudie (FCEV CONCEPT), die einen besonderen Publikumsmagneten im Rahmen der Messe darstellte

• 10.-13.04.2014, I-Mobility, Messe Stuttgart (Präsentation der CEP am Stand des Partnerunternehmens SSB)

• 06.05.2014 CEP Campus Day Hochschule Ostwestfalen-Lippe / Lemgo (Vortrag, Ride + Drive)

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• 10.05.2014 Lange Nacht der Wissenschaften, Berlin: CEP-Infostand und Ride+Drive mit den Brennstoffzellenfahrzeugen der CEP auf dem Campus der TU Berlin

• 11.05.2014 Oleander Rennen, Hoppegarten bei Berlin (Präsentation vor Ort zusammen mit NOW)

• 20.05.2014 CEP Campus Day TU Chemnitz: Vortrag und Ride + Drive mit der CEP-Flotte

• 20.05.2014 3. Symposium Elektromobilität der Technischen Akademie Esslingen, Ostfildern/Stuttgart (Vortrag)

• 22.05.2014 Int. Vorab-Pressekonferenz zur H2Expo goes WindEnergy Hamburg 2014

• 23.05.2014 Einweihung der TOTAL-Wasserstofftankstelle Schönefeld BER

• 12.06.2014 Verbändedialog von DWV und NOW, Berlin

• 15.-20.06.2014, 20th World Hydrogen Energy Conference (WHEC) 2014, Gwangju Metropolitan City, Südkorea (Vortrag zur CEP)

• 16.06.2014 iTEC Detroit, (Vortrag und Teilnahme Panel Discussion u.a. zu CEP durch hySOLUTIONS)

• 02.07.2014 Brandenburgisches Sommerfest, Gespräche mit Brandenburger Politiker durch P. Schnell

• 01.07.2014, Vortrag P. Schnell auf der Jahreskonferenz Power to Gas der DENA

• 30./31.08.2014 Tage der offenen Tür der Bundesregierung, Berlin (Infostand und Ride&Drive im BMVI)

• 10.09.2014 Korea Electro-Mobility 2014 im Haus der Kulturen der Welt, Berlin (Vortrag von Patrick Schnell zur CEP)

• 23.-26.09.2014 H2 Expo, Hamburg (Gemeinschaftsstand CEP und Toyota, Ride & Drive)

• 06.-08.10.2014 World of Energy Solutions, Stuttgart (Vortrag Patrick Schnell zur CEP, Übergabe einer Landkarte von Baden-Württemberg mit den bestehenden und geplanten Tankstellen-Standorten an MdL Untersteller im Rahmen der Pressekonferenz)

• 23.10.2014 Lange Nacht der Industrie Rhein-Ruhr: Präsentation der CEP auf der Air Liquide Tankstelle Düsseldorf (Infostand, Ride & Drive)

• 30.10.2014 CEP Campus Day RWTH Aachen (Vortrag, Ride + Drive)

• 06.11.2014 Verbändedialog von DWV und NOW, Berlin

• 12.11.2014 Unterzeichnung eines „Letter of Understanding (LOU)“ zwischen führenden Unternehmen der Busindustrie bei der General Assembly des FCH JU. Olaf Scholz, Erster Bürgermeister Hamburgs und Kit Malthouse, Deputy Mayor of London wird als Repräsentanten besonders fortschrittlicher Städte Europas ein Exemplar des LOU überreicht

• 17.11.2014 Trolley Motion Buskonferenz in Hamburg

• 20.11.2014 Jahrestreffen Netzwerk Brennstoffzelle NRW: Übergabe einer Landkarte von Nordrhein-Westfalen mit den bestehenden und geplanten Tankstellen-Standorten an MdL Johannes Remmel

• 02.12.2014 Expertenrunde an der Hochschule Ostwestfalen-Lippe (Lemgo): Vertretung der CEP durch Toyota

• 18.12.2014 Pressekonferenz zur Einführung der Innovationslinie 109 in Hamburg

13.4.6 Zusätzliche Maßnahmen

Um künftig Einzelabnahmen aller Standorte durch alle Fahrzeughersteller überflüssig zu machen, wurde im Rahmen des Vorhabens eine abgestimmte Abnahmeprozedur für H2-Tankstellen etabliert. Ein gemeinschaftlich zu finanzierendes CEP-Tankstellenabnahmeprogramm wurde beschlossen und bis Ende 2012 durchgeführt. Die Tankstellenabnahmen erfolgten in der 3. und 4. Berichtsperiode zunächst an sechs Standorten durch einen entsprechend technisch ausgestatteten Dienstleister.

Im Zeitraum 2013/2014 wurde ein Programm zur beispielhaften gasanalytischen Untersuchung an sechs ausgewählten Tankstellen der CEP zur Umsetzung gebracht. Ziel war es, ein besseres

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Verständnis der tatsächlich an Fahrzeuge abgegebenen Wasserstoffqualität zu erhalten und Fehlentwicklungen frühzeitig zu erkennen. Die Durchführung der gasanalytischen Untersuchung erfolgte durch einen Drittanbieter im Auftrag der beteiligten Infrastrukturpartner.




Zu Beginn des Gesamtvorhabens CEP hatte sich die Partnerschaft eine Reihe wissenschaftlicher und technischer Arbeitsziele gesteckt, die es durch Realisierung des Übergeordneten Moduls und geeigneter Projektmodule bis zum Ende der Laufzeit von Phase II zu unterstützen galt (die technische Realisierung selbst war i.d.R. Gegenstand nachgeordneter technischer Module):

• Technische Weiterentwicklung von wasserstoffgetriebenen Pkw und Bussen: Während der Projektlaufzeit wurde insbesondere die neue Fahrzeuggeneration von Daimlers F-Cell umfassend ins Projekt eingeführt. Bislang nicht in der CEP vertretene Fahrzeuge von Honda und Hyundai konnten erstmals einem breiten europäischen Publikum präsentiert werden. Während des Berichtszeitraums erfolgte die Einführung einer neuen Generation von Brennstoffzellenhybridbussen in Hamburg, während sich bei den Projektpartnern BMW und Ford neue Fahrzeuggenerationen in der Vorbereitung befanden.

• Technische Weiterentwicklung von Betankungsinfrastrukturen, Installation von Technologien auf dem aktuellsten Entwicklungsstand: Schwerpunkt in Phase III war der weitere umfassende Ausbau bestehender Infrastrukturen zu lokalen Netzwerken. Zum Tragen kam hierbei erstmals auch der Einsatz einer nach Vorgaben der H2-Mobility-Initiative weitgehend standardisierten Tankstellentechnologie mit dem Ziel, Anlagenpreise zu erreichen, wie sie im Sinne einer Markteinführung unerlässlich sind. Die Erprobung entsprechender Technologien erfolgt beispielsweise an den Standorten Heidestraße, Berlin, Cuxhavener Straße und Bramfelder Chaussee, Hamburg. Das in Phase II eingeführte Kundeninformationssystem, an das inzwischen alle CEP-Tankstellen und auch viele nicht zur CEP gehörende Standorte angebunden sind, wurde während der Projektlaufzeit weiter ausgebaut und war nicht mehr nur per SMS-Abfrage zugänglich, sondern bot nun auch die Möglichkeit eines Online-Zugriffs per Smartphone oder Computer auf eine in Echtzeit aktualisierte Kartendarstellung der Anlagenverfügbarkeit. Im Kundeninteresse wurde während der Projektlaufzeit die CEP-Tankkarte eingeführt. Der Kunde kann sich nun mit nur einer Tankkarte an allen CEP-Standorten autorisieren und bargeldlos tanken. Daneben widmeten sich die während der Projektlauzeit etablierten Arbeitskreise wesentlichen Fragestellungen der Weiterentwicklung von Technologiekomponenten und ihrer Eignung sowie der Versorgungssicherheit.

• Ausbau bestehender Betankungsinfrastrukturen / Errichtung neuer öffentlicher Betankungsstandorte zur Sicherstellung einer regionalen Versorgungssicherheit und zur regionalen Flächenabdeckung: Während des Berichtszeitraums wurden zahlreiche neue Standorte in Betrieb genommen. In Berlin kamen die Standorte Heidestraße, Jafféstraße und Flughafen BER hinzu, in Hamburg wurden die Stationen HafenCity, Cuxhavener Straße und Bramfelder Chaussee eröffnet. In Düsseldorf wurde am Höherweg die erste Station eröffnet. In Karlsruhe ging der Standort Durlacher Allee, in Stuttgart die Tankstelle Talstraße in Betrieb. Parallel erfolgt zwischen den in der CEP engagierten Infrastrukturpartnern und dem BMVBS im Juni 2012 die Verständigung auf die Umsetzung eines 50-Tankstellen-Programms bis 2016, dessen Realisierung in der zweiten Hälfte der Projektlaufzeit mit Nachdruck vorangebracht wurde.

• Realisierung von technologischen und operativen Verbesserungen durch Umsetzung der „lessons learned“ aus den CEP Phasen I und II: Wesentliche Meilensteine waren die

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Weiterentwicklung des Betankungsstandards für 700 bar unter besonderer Berücksichtigung der durch die SAE im Rahmen des Dokuments SAE J-2601 gemachten Vorgaben, die Erhöhung der Nutzerfreundlichkeit des Nutzerinformationssystems und die Forcierung eines hohen Standardisierungsgrades für Anlagen im Interesse hoher Kosteneffizienz. Fragestellungen die sich zum Ende der Projektlaufzeit weiterhin in intensiver Prüfung und Erörterung befanden, waren Fragen der Wasserstoffqualität, Fragen der Eignung und Standfestigkeit einzelner Technologiekomponenten, sowie die Themen eichfähige Mengenmessung, Betankungsprozess, Tankstellenabnahmeverfahren, regionale Backup-Lösungen etc.

• Erprobung der Fahrzeug-, Erzeugungs- und Betankungstechnik unter Alltagsbedingungen: Zum Ende der Projektlaufzeit waren projektweit rund 100 Pkw und 12 Busse im Einsatz. Während der 48-monatigen Projektlaufzeit wurden allein mit den Pkw rund 2.120.000 km geleistet (zum Vergleich: 500.000 Pkw-Kilometer während der 36-monatigen Laufzeit von Phase II) und dienten der intensiven Erprobung der eingesetzten Technologien. Auch die Zahl der geleisteten Buskilometer und der Betankungen konnte substantiell erhöht werden. Rund 675.000 Buskilometer wurden während der Projektlaufzeit gesammelt. Bei über 12.000 PkW-Betankungen und über 7.000-Busbetankungen wurde die Schnittstelle Infrastruktur-Fahrzeug umfassend erprobt.

• Die Untersuchung alternativer Bereitstellungspfade: Während der Projektlaufzeit wurden erstmals maßgebliche Teile des abgegebenen Wasserstoffs als regenerativ erzeugter Wasserstoff abgegeben. Relevante Erzeuger waren das Hybridkraftwerk in Prenzlau (Erzeugung erfolgt hier im Rahmen der Aktivitäten um das Hybridkraftwerk der Enertrag AG das Windwasserstoff für die Berliner TOTAL-Standorte bereitstellt und Lindes BtH-Anlage in Leuna. Bereits für die Jahre 2011 und 2012 konnte nach ersten Schätzungen im Mittel ein Anteil regenerativen Wasserstoffs von über 50% erreicht werden. Ursprüngliches Ziel zu Beginn der Phase II war es, zum Ende von Phase III (2016) einen Anteil von 50% zu erreichen.

• Gemeinsame Meilensteinüberprüfung und Festlegung der genauen Inhalte für den zweiten Teil der Projektphase III (2015-2016): Zum Ende der Laufzeit des Vorhabens erfolgte eine umfassende Revision der Projektziele für die Arbeitsbereiche Mobilität/Pkw, Infrastruktur und Produktion. Tätigkeitfelder für die kommenden Jahre wurden definiert und fanden Niederschlag in den Planungen für die sich anschließenden Projektphase III.2. Im Zentrum dieser Phase stehen weiterhin Themen wir Wasserstoffqualität, Mengenmessung und Komponenteneignung sowie der weitere Ausbau des Tankstellennetzes auf insgesamt mindestens 50 Standorte.

• Einleitung der Marktvorbereitung von Wasserstofftechnologien für den Verkehrsbereich: Von Hyundai wurden Wasserstoffserienfahrzeuge 2014 in den Markt eingeführt. Weitere Hersteller sehen eine Markteinführung von Wasserstofffahrzeugen ab 2015 vor.

Das Übergeordnete Modul, welches Gegenstand dieses Schlussberichts ist, bildete eine wesentliche Voraussetzung dafür, dass die genannten Ziele erreicht werden konnten. Insbesondere das geplante Informations- und Wissensmanagementsystem hatte maßgeblichen Einfluss darauf, dass technologische Herausforderungen erkannt und „lessons learned“ umgesetzt werden konnten. Die enge Zusammenarbeit der am Projekt beteiligten Wettbewerber setzte im Projekt erhebliche Synergien frei, die eine beschleunigte Marktvorbereitung für Wasserstofftechnologien massiv begünstigen. Nach gegenwärtigem Stand ist eine Markteinführung von Wasserstofftechnologien in 2015 vorgesehen.


Bei den im Rahmen dieses Vorhabens durchgeführten Aktivitäten handelte es sich um eine Begleitmaßnahme zu den unter dem Leuchtturm CEP bereits zu Beginn des Vorhabens laufenden

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oder erst im Zuge des Vorhabens begonnen Projektmodulen, welche der technischen Realisierung des Gesamtvorhabens dienten und weiterhin dienen.

Das Übergeordnete Modul besitzt selbst nicht das Potential, verwertbare sachbezogene Ergebnisse in nennenswertem Umfang zu liefern. Es trägt durch den Einsatz eines hochentwickelten Informations- und Wissensmanagementsystems, durch eine umfassende Öffentlichkeitsarbeit und durch eine strukturierte Gremienarbeit – insbesondere durch die Arbeit der neu geschaffenen technischen Arbeitskreise - allerdings maßgeblich dazu bei, die Verwertungspotentiale im Rahmen der nachgeordneten Projektmodule schneller und effizienter auszuschöpfen. Das im Rahmen des Vorhabens betriebene Informations- und Wissensmanagementsystem setzt Maßstäbe auch für vergleichbare Projekte mit ähnlich großen und komplexen Konsortien. Von besonderer Bedeutung für den wissenschaftlichen Erfolg ist der erstmals geprobte Einsatz eines gemeinsamen Datenpools, der intern umfassende technische Analysen unterschiedlicher Antriebssysteme, unterschiedlicher Kraftstoffarten und Druckstufen, unterschiedlicher Erzeugungspfade und Technologien und unterschiedlicher Betankungsanlagendesigns erlaubt.

Die umfassende Erprobung von Komponenten für Betankungsanlagen und Fahrzeuge führte zu einem umfassenden Know-how-Aufbau in diesem Bereich und damit einhergehend zu höheren Standzeiten bei Komponenten sowie zu einer kontinuierlich steigenden Anlagenverfügbarkeit bei solchen Technologien, die sich als geeignet für einen künftige Marktsituation erwiesen haben.

Das Übergeordnete Modul bildete als unabdingbare Voraussetzung für die Implementierung der nachgeordneten Projektmodule die Grundlage für den Erfolg des CEP-Projekts als Ganzes. Ziel der CEP unter Berücksichtigung all der von ihr implementierten Projektmodule ist eine Vorbereitung des Marktes für Wasserstoff als Kraftstoff zum Ende der Projektphase III des Vorhabens, die in der zum 1.1.2015 angelaufenen Teilphase III.2 ihren Abschluss findet.

Unter Verwertung der Ergebnisse dieses Vorhabens erfolgt im Anschluss an den aktuellen Förderzeitraum die Marktvorbereitung, indem es Fahrzeughersteller auf dem Weg zur beginnenden Serienfertigung (verschiedene CEP-Partner beabsichtigen einen Markteintritt im Jahr 2015) begleitet, Infrastrukturpartner bei der Umsetzung der 50-Tankstellen-Programms unterstützt und Hand in Hand geht mit der Initiative H2Mobility, welcher Unternehmen der Mineralölindustrie, Anlagen- sowie Automobilbauer angehören, die infrastrukturseitig die Schaffung einer für die Markteinführung ausreichenden Betankungsinfrastruktur vorsieht.

Grundsätzlich werden die wirtschaftlichen Erfolgsaussichten von Wasserstoff als Kraftstoff auch weiterhin als sehr gut eingestuft. Maßgeblich für eine erfolgreiche Kommerzialisierung ist es, dass auch in Zukunft ausreichende Mittel durch Industrie und Fördermittelgeber bereitgestellt werden, um die Entwicklung der Technologien und die anschließende Marktvorbereitung als lang angelegten Prozess zu Ende führen zu können.

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14 PROJEKTMODUL: Shell-Forschungstankstelle Sachsendamm

Projekttitel: Clean Energy Partnership (CEP) - Clean Energy Partnership – CEP – Phase II: Shell Forschungstankstelle Sachsendamm

Verbundpartner im Projektmodul: Shell Oil Deutschland GmbH


01.08.2008-31.12.2014

Förderquote 48%



Anschlussaktivität Weiterbetrieb im Rahmen eines Folgevorhabens geplant

14.1 Kurzfassung

Im Zentrum des Vorhabens standen die Errichtung und Integration einer H2-Tankstelle auf dem Gelände der konventionellen Shell-Tankstelle Sachsendamm in Berlin-Schöneberg, die Entwicklung eines innovativen und skalierbaren H2-Tankstellenkonzepts und dessen großtechnische Validierung. Erstmals erprobten hier der Betreiber Shell und der Anlagenbauer Linde gemeinsam ein innovatives und zugleich zukunftsfähiges Wasserstofftankstellenkonzept, welches auf die LH2-Anlieferung anstelle der sonst üblichen CGH2-Anlieferung und den Einsatz einer neuartigen 900-bar-Kryopumpe setzte. Aufgrund seiner Skalierbarkeit – und damit seiner Reaktionsfähigkeit auf einen sich erst schrittweise entwickelnden Markt –, gilt die „Forschungstankstelle Sachsendamm“ als wichtiger Meilenstein für die Kommerzialisierbarkeit von Wasserstoff als Kraftstoff.


Ziel des Projekts „Forschungstankstelle Sachsendamm“ war die Entwicklung und technische Validierung eines innovativen und skalierbaren H2-Tankstellenkonzepts, das ein zu entwickelndes Betriebskonzept zur LH2-Traileranlieferung und die zu diesem Zeitpunkt modernste H2-Betankungstechnologie (900-bar-Kryopumpe, innovatives Temperaturmanagement, unterirdische Aufstellung der Anlagentechnologie) zur Grundlage hatte. Skalierbarkeit meinte in diesem Forschungszusammenhang die Möglichkeit der Übertragung des Tankstellenkonzepts auf einen zu erwartenden steigenden Kapazitätsbedarf sowie die Übertragbarkeit auf größere H2-Tankstellen. Die Übertragbarkeit des Konzeptes auf größere H2-Tankstellen wurde innerhalb des Forschungsvorhabens nicht verifiziert, die Forschungstankstelle gilt aber als beispielgebend, da die Forschungen gezeigt haben, dass die Anlage bei höherer Auslastung bei gleichbleibend hoher Zuverlässigkeit verlustfrei arbeiten.

Die unmittelbaren Forschungsarbeiten im Rahmen des Betriebs der H2-Forschungstankstelle dienten dem belastbaren Nachweis, dass das entwickelte innovative Tankstellenkonzept die Anforderungen der Automobilhersteller/OEM, wie sie in der Betankungsprozedur gemäß Release A für 700-bar-Druckwasserstofffahrzeuge definiert sind, erfüllt. Die Betankungsprozedur an der Tankstelle Sachsendamm musste also folgenden Mindestanforderungen entsprechen:

• Befüllung mit 5 kg H2 unter einem Druck von 700 bar innerhalb von 3 Minuten mit Vorkühlung auf -28 °C bis -40 °C

• Keine Erwärmung des Fahrzeugtanks auf über 85 °C während des Befüllens

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• Betankung von 3 Fahrzeugen innerhalb von 45 Minuten Minuten (Sachsendamm kann „Back to Back“-Betankung, d.h. so viele Fahrzeuge wie tanken können)

• Betankung von 10 Fahrzeugen pro Tag

• Austausch der Daten zwischen Fahrzeug und Tankstelle über Infrarot.

Zur Umsetzung des Forschungsvorhabens wurde die H2-Forschungstankstelle auf der Grundlage eines entwickelten Gesamtkonzeptes und unter Einbeziehung der innovative Teilkomponenten errichtet und ein energieeffizientes, wartungsarmes und kundenfreundliches Betriebskonzept für die neue Generation 700-bar-H2-Tankstellen entwickelt.

Das Gesamtsystem H2-Tankstelle sollte innerhalb eines Langzeittests durch industrielle Forschung im großtechnischen Maßstab optimiert werden. Darüber hinaus beabsichtigte Shell den Aufbau von Know-how, um die Basis für eine neue Generation skalierbarer H2-Tankstellen zu schaffen. Weiterhin sollte das Projekt der Validierung des erhöhten Verfügbarkeits- und Energieeinsparungspotenzials der aufeinander abgestimmten Komponenten dienen. Hierdurch sollten innerhalb des Langzeittests durch industrielle Forschung die Vor- und Nachteile der verwendeten Anlagentechnologie gegenüber konventionellen Kompressortechnologien nachgewiesen werden, um die in der Betankungsprozedur Release A formulierten Ziele der signifikanten Energieeinsparung und der dauerhaften Reduktion der Betankungszeit erreichen zu können. Da das H2-Betankungssystem auf der Verwendung von Flüssigwasserstoff basierte, erforderte dies auch die Entwicklung und Validierung eines Temperaturmanagements, das bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen, die etwa aufgrund von unmittelbar hintereinander zu betankender Fahrzeuge entstehen, das Funktionieren der Anlage sicherstellte. Eine besondere Innovation in diesem Zusammenhang war die Entwicklung eines Boil-off-Managements, das die Abdampfverluste aus dem Speichertank aktiv sowohl zur Kühlung als auch zur Betankung wiederverwendet, anstatt sie abzublasen. Für den Betrieb der Tankstelle war es zudem erforderlich, ein speziell für die Betankung mit H2 an einer öffentlichen Tankstelle obligatorisches Sicherheitskonzept zu entwickeln, das u. a. den Umgang mit der Alterung von Schläuchen unter Betriebsbedingungen oder dem Festfrieren der Kupplung umfasste.


Die Realisierung der geplanten Maßnahmen in Berlin erfolgte in enger Kooperation mit der Linde AG, die sowohl für die Aufstellung als auch für die Wartung der Anlage im Auftrag von Shell zuständig war. Darüber hinaus waren folgenden Firmen und Behörden maßgeblich an der Verwirklichung des Projekts beteiligt:

• Ba-Kro Elektronische und Mechanische Sicherheitssysteme

• Bezirksamt Tempelhof-Schöneberg

• Calauer Bauunternehmen GmbH (insolvent)

• COTEBA GmbH

• Feuerwehr Berlin

• GASAG

• Gewerbebau Bremen GmbH

• INBUREX Consulting GmbH

• Landesamt für Arbeitsschutz, Gesundheitsschutz und technische Sicherheit Berlin

• pma

• Rainer Lubnow Gesellschaft von Architekten mbH

• Rohé Deutschland GmbH

• Salta Bau-GmbH

• Spilett New Technologies GmbH

• Stadtplanung Schöneberg/Tiefbauamt

• TOPTEQ Tankstellentechnik GmbH

• TÜV Rheinland

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• Vattenfall Europe Distribution Berlin GmbH

14.4 Projektverlauf

14.4.1 Übersicht

Im Rahmen des Vorhabens erfolgte der Umbau der bestehenden Shell Tankstelle am Sachsendamm in Berlin-Schöneberg für die Wasserstofftechnologie. Shell ist Eigentümer und Betreiber der H2-Tankstelle, die Linde AG lieferte die wesentliche Ausrüstung des Tankstellenprototyps. Das Ziel von Shell war es, eigenes Know-how in der Distribution von Wasserstoff zu akkumulieren, Erkenntnisse in der Kostenstruktur der Wasserstoffanlage zu sammeln und Erfahrungen in der gesamten Versorgungskette zu gewinnen. Dazu wurde die bereits im Labormaßstab entwickelte innovative LH2-Kryopumpentechnologie zur Betankung von 700-bar-Fahrzeugen der jüngsten Generation komplett in die bestehende konventionelle Tankstelle integriert. In Kooperation mit Linde sollten die Vorteile der neuartigen Anlagentechnologie gegenüber bisher in H2-Tankstellen genutzten konventionellen Kompressorentechnologien untersucht und validiert werden, um zu überprüfen, ob die innovative Pumpentechnologie die konventionellen Technologien ersetzen kann. Dazu sollte am Standort Sachsendamm ein energieeffizientes, wartungsarmes, skalierbares und kundenfreundliches Betriebskonzept für diese neue Generation an 700-bar-H2-Tankstellen implementiert und im Alltagsbetrieb validiert werden. Das Gesamtsystem sollte im Rahmen eines Langzeittests durch industrielle Forschung im großtechnischen Maßstab optimiert werden. Weiterhin diente das Projekt der Validierung des erhöhten Verfügbarkeits- und Energieeinsparungspotenzials der aufeinander abgestimmten Komponenten mit dem Ziel der signifikanten Energieeinsparung und der dauerhaften Reduktion der Betankungszeit gemäß dem Betankungsprotokoll Release A (5 kg H2 in 3 min.). Da die Bereitstellung des Wasserstoffs auf Basis von Flüssigwasserstoff erfolgte, waren die Entwicklung eines intelligenten Temperaturmanagements und dessen Validierung unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen erforderlich.

Darüber hinaus sollte an der Demonstrations- und Forschungstankstelle gegenüber der Öffentlichkeit der Nachweis geführt werden, dass Wasserstoff als normaler Kraftstoff im Angebotsportfolio einer Tankstelle zukünftig gleichrangig zu den klassischen Betriebsstoffen sein wird. Dazu wurde neben der technischen Integration der Anlage auch ein neues, modernes Erscheinungsbild entwickelt, das die öffentlich zugängliche 700-bar-H2-Abgabeeinrichtung in die bestehende Tankstelle integrierte. Die Validierung der Systeme erfolgte im Rahmen der F&E-Aktivitäten von Shell über die gesamte Projektlaufzeit und in allen Technologiebereichen. Über den gesamten Projektzeitraum war die H2-Tankstelle Anlaufpunkt für an der Technologie Interessierte, so dass zumeist einmal pro Woche eine Führung durch die Anlage organisiert wurde.

14.4.2 Planung und Engineering, Erarbeitung des skalierbaren Tankstellenkonzepts

Die Distribution von Wasserstoff war für die Shell Deutschland Oil GmbH zum Zeitpunkt des Projektbeginns noch weitgehend unbekanntes Terrain. Ziel der Shell Deutschland Oil GmbH war es, die Einbindung der LH2-Infrastruktur in die konventionelle Tankstelle soweit vorzubereiten, dass es bei der Umsetzung zu keinen wesentlichen Beeinträchtigungen der weiteren Geschäftsfelder der Tankstelle kommen würde: Damit sich der gesamte Betankungsprozess im Interesse einer hohen Kundenakzeptanz möglichst an den etablierten konventionellen Tankstellen orientieren konnte, mussten die einzelnen Komponenten der HRS optimal auf dem Tankstellengelände positioniert, Anfahrtszeiten und Anfahrtswege geplant und optimiert sowie Schnittstellen klar definiert werden. Über die Entwicklung eines Aufstellungskonzepts für die unterirdische Unterbringung des Speichers, der Kryopumpen, des Alublocks und des Temperaturmanagementsystem sowie die oberirdische Unterbringung von Zwischenspeicher, Kompressor und Dispensern sollte sichergestellt werden, dass die Einbindung von Wasserstoff als Kraftstoff in das Tankstellensystem und seine Betreuung im Betriebsalltag kaum zu einem wesentlichen Mehraufwand führen würde.

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In einem ersten Arbeitsschritt wurde der Engineeringvertrag mit Linde ausgearbeitet, sowie ein Konzept mit detaillierten Entwurfsunterlagen erarbeitet. In Kooperation mit Linde wurde eine Blaupause der H2-Anlage zur Integration in die konventionelle Tankstelle erstellt, die als Konstruktionsbasis und als Basis für die Bau- und Betriebsgenehmigungsanträge diente. Im Zuge der Prüfung der technischen Machbarkeit wurden Lösungsvorschläge erarbeitet und Veränderungen am Konzept vorgenommen. Des Weiteren wurden kosteneinsparende Maßnahmen identifiziert, wie etwa der Verzicht auf die Aktivkühlung, die Optimierung die LH2-Pumpe durch Anpassungen der Hydraulik (wobei diese nicht umgesetzt wurden), die Änderung der Kapazität des Thermo-Blocks sowie eine niedrigere Druckeinstufung des Boil-off-Kompressors sowie der Pufferspeicher. Im November 2009 wurde der Liefervertrag mit Linde unterschrieben und die Anlage bestellt.

Vor dem Hintergrund, dass es aufgrund des Pilotcharakters der bis dato innerhalb der CEP bestehenden H2-Tankstellen noch keinen einheitlichen Stand der Technik gab und auch die Kryopumpentechnologie noch keine Umsetzung in einer Tankstelle gefunden hatte, war die Entwicklung eines Betriebskonzepts für Shell eine besondere Herausforderung. Insbesondere das Zusammenspiel der reziproken Beeinflussung der Komponenten unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen (Nutzung des Boil-offs vs. direkte Betankung über die Kryopumpe und der damit verbundenen Auswirkungen auf die Eintrittstemperatur im Tank, Verwertung des Boil-offs bei niedrigem Durchsatz) war technisch herausfordernd. Bei der Konzepterarbeitung wurde deutlich, dass der unterirdische Betrieb eines LH2-Tanks mit zwei 900-bar-H2-Pumpen in einem abgeschlossenen Raum zusätzliche Vorrichtungen wie H2-/Feuer-/Wärmesensoren sowie eine Ventilations- und Löschanlage erfordern würde. Diese Erkenntnisse flossen in ein integrales Brandschutzkonzept für die Gesamttankstelle ein. An der Erarbeitung der zur Beantragung der Betriebsgenehmigung und der zur Prüfung durch LAGetSi/Feuerwehr/TÜV erforderlichen Unterlagen waren Experten von Shell (inkl. Shell USA), Linde und Inburex beteiligt.

Die Integration der HRS in eine konventionelle Tankstelle musste zudem genehmigungsrechtlich abgesichert werden. Da es in Berlin bis zum Zeitpunkt der Umsetzung des Projektes keine Erfahrung in der unterirdischen Unterbringung wesentlicher Komponenten der H2-Infrastruktur gab, mussten ein enger Austausch mit den Behörden für den Genehmigungsprozess gepflegt und in einem iterativen Prozess bereits erarbeitete Konzepte wiederholt umgearbeitet werden.

Unter Berücksichtigung der mehrfach wechselnden Anforderungen der Stadtplanung wurden Baugrundgutachten erstellt, ein Aufstellungsplan erarbeitet und der Entwurf des unterirdischen Betongehäuses einer Statikprüfung unterzogen. Die Planung zur Vereinheitlichung des Erscheinungsbildes der Gesamttankstelle wurde vorangetrieben und der Austausch einer bestehenden Benzin-/Dieselzapfsäule zur Integration der 700-bar-H2-Abgabeeinrichtung in die bestehende Tankstellenüberdachung wurde konzipiert.

14.4.3 Konstruktion und Inbetriebnahme

Im Rahmen dieses Arbeitspakets führte Shell – mit maßgeblicher Unterstützung von Linde – den GH2-Vertrieb für den Standort Sachsendamm ein.

Die Baugenehmigung wurde im Herbst 2010 durch das Tiefbauamt und die Stadtplanung erteilt, so dass die Umbauarbeiten der konventionellen Tankstelle zur Wasserstofftankstelle beginnen und bis zum Dezember 2010 abgeschlossen werden konnten.

Die Baumaßnahmen für die H2-Technologie begannen in Q3/2010 in Vorbereitung auf die Lieferung der Anlage in Q4/2010. Im Dezember wurde auch das komplette Equipment (LH2-Tank und sämtliche Anlagenteile inkl. Kryopumpe) geliefert, so dass mit den Bau- und Installationsarbeiten begonnen werden konnte. Im Mai 2011 waren die Montagearbeiten abgeschlossen. Im Mai 2011 wurden die Betriebsgenehmigungen erteilt, die Anlage nach Abnahme durch die CEP in Betrieb genommen und am 20.06.2011 öffentlich eingeweiht.

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14.4.4 Dauerbetrieb der Tankstelle inkl. industrieller Forschung und begleitender

Analysen/Optimierung

Nachdem die Abnahmetests durchgeführt und die Freigabe durch die Fahrzeughersteller erteilt worden waren, startete der Dauerbetrieb der H2-Tankstelle im Juli 2011. Die Kryopumpentechnologie stellte sicher, dass die Forschungstankstelle zu Beginn ihrer Inbetriebnahme mit bis zu 150 kg/h bei 700 bar Dauerleistung die weltweit leistungsstärkste Wasserstofftankstelle war. Bis zu 250 Fahrzeuge pro Tag (bei einer Betankungszeit von unter 3 Minuten für Pkw und 6-15 Minuten für Busse) hätten mit 350 bar bzw. 700 bar betankt werden können. Damit war die Auslegung der H2-Tankstelle in ihrer Kapazität vergleichbar zum prognostizierten Bedarf zukünftiger Wasserstofftankstellen an Autobahnen. Da ein Großteil der Anlagenkomponenten (LH2-Tank, zwei Kryopumpen, Temperaturmanagement, Thermoblock) unterirdisch platziert worden war, konnte der benötigte Platzbedarf im Vergleich zu vorangegangenen Wasserstofftankstellen stark minimiert werden. Der flüssige Wasserstoff wurde über Trailer aus der Pilotanlage in Leuna angeliefert, wo mithilfe der Pyroreformierung Wasserstoff aus Rohglycerin gewonnen wird – einem Verfahren, bei dem die CO2-Emissionen im Vergleich zur konventionellen Wasserstoff-Erzeugung um bis zu 80 % reduziert werden konnten, weshalb der hier produzierte Wasserstoff vom TÜV Süd als „grün“ im Sinne der CEP zertifiziert wurde. Am Standort Sachsendamm wurde dementsprechend zu 100 % grüner Wasserstoff abgegeben.

Unter Einbeziehung der Datenerfassungsanforderungen der Arbeitsgruppe Infrastruktur der CEP und des „HyLights Monitoring and Assessment Framework“ wurden die Datenerfassungsanforderungen an die H2-Anlage definiert. Da die Hardware grundsätzlich mit dem Steuersystem der Linde-Anlage verknüpft ist, beschloss Shell, die Datenerfassungshardware als Bestandteil des Liefervertrags integral an Linde zu vergeben und nicht separat auszuschreiben. Damit waren insgesamt die Voraussetzungen für eine effektive Datenanalyse und Anlagenoptimierung geschaffen. Als Grundlage dienten die Spezifikationen der Datenerfassungshardware, die im Liefervertrag aufgenommen wurden. Die Aktivitäten des Arbeitspakets dienten dabei auch der Unterstützung bei der Einführung von Wasserstoff in den Straßenverkehr, also neben der Schaffung und Erforschung der Kundenakzeptanz auch der Entwicklung einer einheitlichen Spezifikation für die Schnittstelle zwischen Infrastruktur und Fahrzeug, sowie der industriellen Erforschung des zukunftsweisenden, energieeffizienten Tankstellensystems im großtechnischen Maßstab.

Von 01.01.2012 bis 30.06.2012 lag der Fokus der Aktivitäten wesentlich auf der Optimierung der Anlagenverfügbarkeit sowie in der Analyse der Betriebskosten. Die Station wurde gemäß den CEP-Richtlinien umgerüstet, um eine kundenfreundliche Betankung zu ermöglichen. Die größten Herausforderungen im Betrieb ergaben sich durch die relativ geringe Auslastung. Hierdurch kam es zeitweise zu einer Vorkühlzeit von 5-7 Minuten. Die Erkenntnisse aus dem Minderbetrieb wurden an die CEP berichtet und werden beim Design zukünftiger Anlagen Berücksichtigung finden.

Im Berichtszeitraum 01.07.2012 bis 31.12.2012 wurde im Rahmen von Wartungen weiterhin nach den Ursachen für den erhöhten Boil-off geforscht, sie konnten jedoch noch immer nicht identifiziert werden. Eine Vorrichtung zum Energiemonitoring wurde installiert. Es wurde mit der Erhebung von Daten begonnen. Die Daten zur Kundenzufriedenheit aus dem Berichtszeitraum 01.01.2012-30.06.2012 wurden ausgewertet und flossen in die Optimierung des Interface des Kartenlesers ein, um den Kunden erweiterte und genauere Statusmeldungen zur Verfügung stellen zu können.

Im Zeitraum vom 01.01.2013-30.06.2013 wurde die Ursache für den erhöhten Boil-off identifiziert und durch die Optimierung des Vakuums im Tank reduziert. Das im vorangegangen Berichtszeitraum installierte Energiemonitoring lieferte erste Ergebnisse, die an die CEP verteilt und dort ausgewertet wurden. In Bezug auf die Kundenzufriedenheit verursachte der Kartenleser weitere Probleme, die jedoch identifiziert und zu einem späteren Zeitpunkt abgestellt werden konnten.

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Im Berichtszeitraum 01.07.2013-31.12.2013 konnte die Anlage ab September nicht wie geplant betrieben werden, da nach der Reparatur im Juli wegen eines anderen Fehlers der Boil-off-Kompressor ausfiel. Bis zum Ende des Jahres konnte der Fehler nicht behoben werden, da sich die Beschaffung von Ersatzteilen problematisch gestaltete. Nach der Optimierung des Vakuums im LH2-Tank war das Boil-Off nach wie vor auf einem stabilen Niveau. Das Temperaturmanagement wurde aufgrund der weiterhin geringen Auslastung angepasst und die Anlagensteuerung optimiert. Das Energiemonitoring lief stabil und lieferte weiterhin Ergebnisse, die an die CEP berichtet und im Rahmen des Übergeordneten Moduls ausgewertet wurden. Erstmals wurde die Wasserstoffqualität im Rahmen der CEP überprüft. Es wurden am Standort Sachsendamm erwartungsgemäß keine Auffälligkeiten gefunden. Die Gründe für die Unzuverlässigkeit des Kartenlesers konnten identifiziert werden. Die Verfügbarkeit bei zukünftigen Anlagen wurde hiermit substantiell verbessert. Das Tankstellenverfügbarkeitssystem des Herstellers Kistner Sicherheitssysteme & Elektronikwartung GmbH wurde weiter optimiert. Aufgrund der hohen Verfügbarkeit der Gesamtanalage war die Kundenzufriedenheit insgesamt sehr hoch.

Im Jahr 2014 wurden verschiedene Optimierungen an der Anlage vorgenommen: So erfolgten zusätzliche Abdichtungsmaßnahmen an den Technikkatakomben, um mittlerweile akuten Feuchteproblemen zu begegnen. Zudem wurde am Hydraulikcontainer eine zusätzliche Absturzsicherung angebracht. Die verstärkte Betankung der Wasserstoffbusse der BVG ermöglichte insbesondere auch die Durchführung von Belastungstests und die Erhebung zusätzlicher, aussagekräftiger Daten zu Energieverbräuchen, Anliefer- und Abgabemengen, Ausfallzeiten, Anlagenverfügbarkeit, sowie Standzeiten der Komponenten unter den veränderten Bedingungen.



Der Wasserstoffumsatz der Forschungstankstelle war während der Laufzeit des Vorhabens unterschiedlich und stark vom Absatz der Busse der BVG bestimmt. So stieg der H2-Absatz im Jahr 2014 stark an, da in diesem Jahr die Tankstelle Sachsendamm die einzige H2-Tankstelle in Berlin war, an der die BVG-Busse betankt wurden. Fast 30.000 kg Wasserstoff wurden während der Projektlaufzeit umgesetzt und rund 83 % davon an Busse abgegeben.

Die Verantwortung für Steuerung und Wartung der LH2-Schiene, d.h. insbesondere der Kryopumpentechnologie, des Kompressors und der Speichereinrichtungen, lag während der gesamten Projektlaufzeit bei Shell.

Die Verfügbarkeit der Anlage war während der Projektlaufzeit kontinuierlich hoch. Bis auf die Anfangsphase, in der die Anlage vor allem unter Problemen mit dem 700-bar-Dispenser und dem BICA-Kartenleser7 litt, stand die Tankstelle in der Regel uneingeschränkt und ohne maßgebliche technische Probleme für Kundenbetankungen zur Verfügung. Kurze Phasen geringerer Verfügbarkeit waren wesentlich durch Wartungszyklen oder durch Begehungen der Anlage im Zuge der Öffentlichkeitsarbeit innerhalb der CEP begründet. Der wiederholte Ausfall des Boil-off-Kompressors hatte dabei keine Auswirkungen auf die Anlagenverfügbarkeit. Monatliche Verfügbarkeitsmittel um 95 % bis hin zu 100 % konnten regelmäßig für einzelne Produktarten erreicht werden. Die Forschungstankstelle Sachsendamm gilt daher als die zuverlässigste H2-Tankstelle innerhalb der CEP.

7 Nachdem ein elektromagnetischer Impuls durch den Motor der Hydraulik identifiziert werden konnte,

wurde die Abschirmung der Kabel verbessert.

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Zum Zweck der Abrechnung der Wasserstoffkosten gegenüber dem Kunden, ebenso wie zur Identifizierung des Kunden an der Tankstelle wurde im ersten Halbjahr 2012 die CEP-eigene Kundenkarte, die sog. „H2Card“, eingeführt.

Im Rahmen der CEP kommt ein Fahrerinformationssystem zum Einsatz, welches den Tankstellennutzer in Echtzeit über den Betriebszustand aller CEP-Wasserstofftankstellen informiert. Wahlweise online oder per SMS kann sich der Fahrer über die Anlagenverfügbarkeit unterrichten und sich bei Bedarf zu anderen Tankstellen umlenken lassen. Der Standort Sachsendamm wurde umgehend nach Projektstart in das System eingebunden. Sämtliche technischen Voraussetzungen am Standort wurden geschaffen. Der Betrieb des Systems wurde kontinuierlich bis zum Ende des Vorhabens am 31.12.2014 und darüber hinaus aufrechterhalten. Informationen zum Anlagenstatus sind für Kunden kontinuierlich in Echtzeit über den Kundenbereich der CEP-Website (http://www.cleanenergypartnership.de/kundenbereich/) abrufbar und dienen auch der Ermittlung der Anlagenverfügbarkeit.

Im Rahmen des Projekts wurden insbesondere umfassende Betrachtungen zu den Energieverbräuchen der Anlage in Abhängigkeit zur abgegebenen Wasserstoffmenge angestellt. Hierüber wurde u.a. deutlich, dass für die Minimierung von Boil-off-Verlusten und für das optimale Zusammenspiel aus Wasserstoffabgabe und Energieverbrauch wenigstens eine tägliche Abgabemenge zwischen 20 kg und 30 kg erreicht werden muss, wie sie im Zuge der wesentlich stärkeren Auslastung der Tankstelle durch die Betankung der BVG-Busse teilweise realisiert werden konnte.

Alle wesentlichen Projektziele konnten im Rahmen des Vorhabens vollständig erreicht werden. Zu Beginn des Vorhabens hatte Shell eine Reihe wissenschaftlicher und technischer Arbeitsziele formuliert, die es durch Realisierung dieses Fördervorhabens zu erreichen galt:

• Fortsetzung der Aktivitäten aus Phase I der CEP durch die Bereitstellung von Wasserstoff (350 bar/700 bar) für die in Phase II der CEP zu betreibenden Pkw sowie für die bestehende Nahverkehrsbusflotte der BVG: Durch den sehr zuverlässigen Betrieb der Forschungstankstelle am Sachsendamm, die während der gesamten Projektlaufzeit mit hoher Verfügbarkeit zur Verfügung stand, konnte die Versorgung in der Region Berlin stets erfolgreich aufrecht erhalten werden. Die Versorgung der in Berlin eingesetzten Wasserstoffbusse der BVG erfolgte im Jahr 2014 ausschließlich an diesem Standort. Nennenswerte Ausfälle wurden während der gesamten Projektlaufzeit nicht registriert.

• Bereitstellung eines Infrastrukturnetzwerks mit annähernd flächendeckender Erschließung für den Großraum Berlin: Die Forschungstankstelle Sachsendamm war von Beginn an ein wesentlicher Baustein zur Abdeckung des Standorts Berlin. Die strategische Positionierung an der A100 sicherte sowohl die innerstädtische Verfügbarkeit im Süden Berlins als auch die Erreichbarkeit über die Autobahn ab. In Kombination mit den durch die TOTAL errichteten Stationen an der Heerstraße, an der Heidestraße sowie an der Holzmarkstraße konnte Anfang 2012 eine nahezu marktnahe Versorgungsituation etabliert werden. Diese wird für die Nutzer von Brennstoffzellen-Pkw noch komfortabler werden, wenn die sich derzeit in Vorbereitung befindende H2-Tankstelle am Flughafen BER eröffnet wird.

• Bereitstellung einer leistungsfähigen Infrastruktur mit Eignung für die zuverlässige Betankung einer größeren Busflotte / Sicherstellung einer hohen Verfügbarkeit der Busse im ÖPNV: Das Ziel, Busse mit für den Linieneinsatz ausreichender Zuverlässigkeit zu betanken, wurde im Jahr 2014 in vollem Umfang erreicht. Seit August 2011 wurde im Rahmen der CEP die Verfügbarkeit von CEP-Tankstellen ermittelt, die nachweist, dass im monatlichen wie im langfristigen Mittel die Verfügbarkeit der Busbetankungseinrichtung genauso wie der 700 bar-Betankungslage für Pkw bei einer Verfügbarkeit von 99,3 % lag.

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• Die Erprobung aktueller Technologien für die Speicherung und Abgabe von Wasserstoff als Kraftstoff – insbesondere die Abgabe großer Mengen in engen Zeitfenstern, wie bei Busbetankungen üblich – und die Weiternutzung von Boil-off-Gas für LH2-Betankungen: Wie sich in ausführlichen Belastungstests gezeigt hat, ist die Forschungstankstelle für den aktuellen Bedarf an Wasserstoffbetankungen in Berlin stark überdimensioniert konzipiert worden.8 Zwar ist die Kapazitätsgrenze des Systems bei 150 kg/h erreicht, jedoch wurde die redundante Kryopumpe während der Laufzeit nur einmal genutzt. Insgesamt fiel die erprobte Technologie insbesondere durch hohe Boil-off-Verluste auf, die durch eine im Verhältnis zum Anlagendesign deutlich zu geringe Nutzungsfrequenz bedingt waren. Während bei anderen Technologiekonzepten flüssiger Stickstoff oder Strom zur Vorkühlung des an 700-bar-Pkw abzugebenden Wasserstoffs eingesetzt werden, wurde am Sachsendamm flüssiger Wasserstoff zur Konditionierung des abzugebenden Wasserstoffs eingesetzt und hierbei in die gasförmige Phase überführt. Aufgrund der geringen Betankungsfrequenz am Standort war jedoch eine relativ hohe Kälteleistung zur Konditionierung des Leitungssystems bei Betankungen erforderlich. Entsprechend wurde mehr Wasserstoff in die gasförmige Phase überführt als zwischengespeichert und abgetankt werden konnte.


Von besonderer Bedeutung für die weitere Entwicklung und Markteinführung von Wasserstoff als Kraftstoff sind die im Rahmen dieses Projekts erzielten Erkenntnisse über die Machbarkeit und letztlich die Leistungsfähigkeit der 300-bar- bzw. 700-bar-Betankungstechnologie, sowie über die Machbarkeit einer regenerativen Deckung des Wasserstoffbedarfs an einer Tankstelle oder sogar in einer Region. Die im Rahmen des Vorhabens erzielten Ergebnisse sind von großer Relevanz für die Weiterentwicklung der Wasserstofftechnologie und die Erlangung der Maturität zentraler Komponenten. So wurde beispielsweise der Nachweis erbracht, dass das auf Grundlage Forschungsergebnisse an der der Forschungstankstelle Sachsendamm entwickelte Konzept eine Grundlage für größere Standardtankstellen (700 bis 1.000 kg/Tag) darstellen und die Kryopumpen-Technologie dem Aufbau des Tankstellennetzwerks in Deutschland dienen kann. Darüber hinaus ist eine Verwertung der im Rahmen des Vorhabens erzielten Ergebnisse ist bereits in die Konzipierung weiterer Shell-Tankstellen eingeflossen:

- Bereits im Februar 2012 eröffnete Vattenfall mit Shell als Projektpartner in der Hafencity in Hamburg Europas größte Wasserstofftankstelle, an der der Wasserstoff im Unterschied zur Shell Tankstelle Sachsendamm vor Ort erzeugt wird. Die vollautomatische Tankstelle dient dabei weniger der Versorgung von Pkw als der Betankung der Brennstoffzellenhybridbusse der Hamburger Hochbahn.

- In Kooperation mit dem Industriegashersteller Air Products integrierte Shell eine hochmoderne SmartFuel-Wasserstofftankstelle in eine bestehende Shell-Station an der Bramfelder Chaussee, die am 3. August 2012 eröffnet wurde. Die SmartFuel-Tankstelle kann täglich 40 kg Wasserstoff abgeben. Die Besonderheit dieser Wasserstofftankstelle liegt unter anderem darin, dass hier Nebenproduktwasserstoff der chemischen Industrie für die Betankung genutzt wird. Dieser wird gasförmig per Tankwagen geliefert, zwischengelagert und anschließend bei 700 bar bis 1.000 bar verdichtet und in Hochdruckflaschen vorgehalten. Die Anlage gibt den Wasserstoff mit 700 bar gemäß dem standardisierten Betankungsprotokoll SAE J2601 an das Fahrzeug ab.

8 Hintergrund ist, wie oben ausgeführt, dass beim Design der Tankstelle von einem deutlich steileren

Anstieg der Fahrzeugzahlen in Berlin und damit einer weit höheren Auslastung der Anlage ausgegangen worden ist. Strategische Entscheidungen der CEP zur Aufnahme weiterer Regionen in die Partnerschaft, gingen jedoch mit einer stärkeren Verteilung der Fahrzeuge in die Fläche einher, so dass in Berlin die Fahrzeuge fehlten.

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- Im März 2014 eröffnete Shell eine weitere H2-Tankstelle an der Schnackenburgallee in Hamburg. In der neuen Station wird Wasserstoff vor Ort mithilfe eines weitgehend wartungsfreien PEM-Elektrolyseurs gewonnen. Die dazu benötigte Energie stammt zu 100 % aus erneuerbarem Strom. Die Tankstelle liegt an der stark befahrenen Ausfallstraße Schnackenburgallee in unmittelbarer Nähe zur Autobahn A7.

Die im Rahmen des Vorhabens erlangten Erkenntnisse über die Eignung und die Nachteile des Standards Release A für 700-bar-Druckgasbetankungen flossen wesentlich in den neuen Standard SAE J-2601 ein, der an verschiedenen CEP-Standorten entsprechend erprobt wird. Das Vorhaben leistete insofern einen maßgeblichen Beitrag zur Erlangung der Marktfähigkeit der Technologie. Shell wird künftig auch weiterhin mit hohem Engagement die Marktvorbereitung für Wasserstoff als Kraftstoff vorantreiben und dabei umfassend auf den Erkenntnissen aus diesem Vorhaben aufbauen.

Deutlich wurde im Rahmen des Vorhabens auch, dass eine weitgehende Standardisierung von Wasserstofftankstellen für die Zukunft dringend geboten ist. Entsprechende Aktivitäten begannen parallel zum Vorhaben im Rahmen der Initiative H2 Mobility die erstmals Lasthefte für standardisierte, modulare Tankstellen verschiedener Größenklassen vorlegte. Durch die weitgehende Standarisierung von Tankstellen wird eine weit kostengünstigere Realisierung möglich, als dies bei bisherigen individuell entwickelten und geplanten Anlagen der Fall war. Zugleich kann die Zuverlässigkeit der Anlagen erhöht werden, da nicht jede Anlage mit hohem Innovationsanteil realisiert wird. Heute sind H2-Mobility-standardisierte Anlagen bereits unter einer Million Euro realisierbar. Weitere Skaleneffekte sind bei einem raschen Ausbau der Infrastruktur zu erwarten.

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15 PROJEKTMODUL: Weiterbetrieb von vier Bussen mit Wasserstoffver-brennungsmotoren

Projekttitel: Clean Energy Partnership (CEP) - Phase II: Weiterbetrieb von vier Bussen mit Wasserstoffverbrennungsmotoren

Verbundpartner im Projektmodul: Berliner Verkehrsbetrieb A.ö.R.


01.02.2010-31.01.2015

Förderquote 48%



Anschlussaktivität Keine Anschlussaktivitäten geplant

15.1 Kurzfassung

Das Vorhaben „Weiterbetrieb von vier Bussen mit Wasserstoffverbrennungsmotoren“ diente vorwiegend Forschungs- und Demonstrationszwecken. Im Zentrum des Fördervorhabens betrieben die Berliner Verkehrsbetriebe (BVG) insgesamt vier mit Wasserstoffverbrennungsmotoren ausgestattete Omnibusse. Diese wurden ausführlich unter realen Betriebs- und Umgebungsbedingungen erprobt und technisch betreut. Darüber hinaus wurden umfassende Betriebsdatenanalysen zum Verbrauch sowie zur Betankung erhoben. Im Ergebnis wird gezeigt, dass die Verbrennungstechnologie über eine sehr hohe Betriebssicherheit verfügt und kurzfristig wirtschaftlich betrieben werden kann.


Die Verwendung von Wasserstoff als Kraftstoff war für die Berliner Verkehrsbetriebe (BVG) eine wichtige Option in der Umsetzung ihrer Nachhaltigkeitsstrategie. Ziel der Forschungsaktivitäten der BVG im Zuge dieses Projekts war es, die Wirtschaftlichkeit von Wasserstoff als Kraftstoff im öffentlichen Personentransport zu eruieren und zu evaluieren, ob Wasserstoffbusse mit Verbrennungsmotoren perspektivisch in die Busflotten des öffentlichen Personennahverkehrs (ÖPNV) eingeführt werden können. Bereits seit Juni 2006 setzte die BVG dazu im innerstädtischen öffentlichen Personennahverkehr Busse ein, die mit Wasserstoff betrieben wurden: Insgesamt 15 Eindecker-Wasserstoffomnibusse fuhren für die BVG, davon waren 14 Busse im Rahmen des europäischen Projekts HyFLEET:CUTE mit Wasserstoff-Verbrennungsmotoren ausgestattet; ein aus Bundesmitteln gefördertes Fahrzeug verfügte über einen Brennstoffzellen-Antrieb. Vier der mit Verbrennungsmotoren ausgestatteten Busse wurden in die CEP überführt, während zehn dieser Fahrzeuge vom Hersteller MAN mit neuentwickelten Turbomotoren ausgestattet worden waren, die sich bereits im Rahmen des Vorhabens HyFLEET:CUTE als nicht ausreichend zuverlässig erwiesen hatten und entsprechend nicht in den Langzeittest übernommen wurden.

Ziel des hier zum Abschluss gebrachten CEP-Projektmoduls war der Weiterbetrieb dieser vier mit Saugermotoren ausgestatteten Fahrzeuge unter realistischen innerstädtischen Verkehrsbedingungen im Liniendienst der BVG über einen Zeitraum von fünf Jahren (01.02.2010-31.01.2015).

Erstmals konnte im Rahmen dieses Vorhabens die Langzeiterprobung eines Fahrzeugs mit Wasserstoffverbrennungsmotor realisiert werden. Niemals zuvor wurden entsprechende

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Antriebskomponenten über einen Zeitraum von rund 8,5 Jahren erprobt, der der normalen Verweildauer eines Dieselfahrzeugs in der Flotte eines ÖPNV-Betreibers entspricht. Schwerpunkte der Forschung lagen dementsprechend im Wesentlichen in der gründlichen Evaluierung des Langzeitbetriebs und in der Bewertung der Standfestigkeit der Technologie hinsichtlich des Alterungsverhaltens, der Lebensdauer und der Zuverlässigkeit der Komponenten des Wasserstoffantriebsstrangs.

Abbildung 3: Wasserstoffbusse der BVG im Liniendienst fotografiert (Quelle: www.bus-bild.de)

Das Vorhaben, welches die Marktvorbereitung für Wasserstoff als Kraftstoff als Ziel konsequent vor Augen hatte, zielte insbesondere auf die nachhaltige Fortführung bereits begonnener Maßnahmen: Neben dem Weiterbetrieb der vier Wasserstoffbusse – und damit auch der Sicherstellung der Auslastung der Wasserstoffinfrastruktur in Berlin – zielte das Projekt ganz wesentlich auf die Entwicklung eigenen Knowhows, um die Durchführung sämtlicher Service- und Reparaturleistungen durch hauseigene Techniker der BVG sicherzustellen. Dies umfasste auch die Übernahme von bisher ausschließlich vom Fahrzeughersteller erbrachten Leistungen am Wasserstoffteil des Fahrzeugs. Dazu wurde die bestehende Werkstatt für Wasserstoffbusse auf dem BVG-Betriebshof Spandau an der Heerstraße weiterbetrieben. Neben der kontinuierlichen Sicherstellung der Betriebsbereitschaft der Fahrzeuge stand die umfassende Auswertung der Betriebsergebnisse mit Blick auf Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit der Technologie im Zentrum des Vorhabens.

Der Betrieb der Wasserstoffbusse auf einer regulären Linie des ÖPNV und die Teilnahme an Fahrveranstaltungen im Zusammenhang mit CEP-Außendarstellungen ermöglichten darüber hinaus die öffentlichkeitswirksame Präsentation der Wasserstofftechnologie – wertvolle Erfahrungen im Bereich der öffentlichen Wahrnehmung und Nutzerakzeptanz konnten so gesammelt werden.

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Für die weitere Entwicklung von Wasserstoff als Kraftstoff verfolgte das Vorhaben insbesondere die folgenden elementaren Ziele:

• Nachweis einer hohen, dem Diesel-Antriebsstrang vergleichbaren Langzeitstand-festigkeiten der eingesetzten Technologien,

• Nachweis der Wirtschaftlichkeit der Technologie über den gesamten Lebenszyklus,

• Auslastung bestehender Infrastrukturen durch hohe Abnahmemengen, wie sie durch den Betrieb von Pkw allein im Rahmen der CEP nicht erreicht werden konnten,

• Umfassender Know-how-Aufbau im Umgang mit der Wasserstofftechnologie beim Betreiber durch Übernahme der Serviceverantwortung vom Fahrzeughersteller.


Zur Betankung ihrer Busse arbeitete die BVG eng mit der TOTAL Deutschland GmbH zusammen, die an ihrer Tankstelle an der Heerstraße in Spandau den Bussen der BVG den Wasserstoff zur Verfügung stellte. Nach der Schließung der Tankstelle Heerstraße zum 31.12.2013 wurde die Kooperation mit Shell fortgeführt und die Betankung der Busse an der Tankstelle Sachsendamm vorgenommen.

Auch wenn es mit der Linde AG keinen direkten Kooperationsvertrag gab, wurde im Zuge des Projekts ein enger und intensiver Austausch gepflegt, da Linde für die Wartung der Betankungsanlage im Auftrag von TOTAL zuständig war. Nachdem beispielsweise einmal die Busse mit Wasserstoff mit niedrigerer Qualität betankt wurden, stellte die BVG die Ventile für weitere Untersuchungen zu Verschleiß und Degression zur Verfügung.

Darüber hinaus wurden während des Projekts umfassende Betriebsdaten für das Wissens- und Informationsmanagement der CEP bereitgestellt. Diese Daten wurden in unterschiedlichen Aggregierungsstufen den Facharbeitsgruppen, dem Gesamtprojekt oder der Öffentlichkeit zugänglich gemacht. Seit Herbst 2010 war die BVG Partnerin im EU-geförderten Vorhaben CHIC und Mitglied der Hydrogen Bus Alliance. Im Rahmen dieser Vorhaben tauschte sie aktiv Daten, Informationen und Erkenntnisse mit Flottenbetreibern in anderen europäischen Städten (u.a. Amsterdam, Barcelona, Londen, Mailand oder Oslo) aus.

15.4 Projektverlauf

Das Vorhaben wurde zum 01.02.2010 bewilligt und endete am 31.01.2015. Die Berliner Verkehrsbetriebe betrieben im Rahmen dieses Vorhabens über einen Zeitraum von fünf Jahren eine Flotte von vier bestehenden Bussen mit Wasserstoffverbrennungsmotoren weiter, die zum Ende der Projektlaufzeit eine Gesamtbetriebsdauer von 8,5 Jahren erreichten. Die Wasserstoffbusse hatten zusammen mit dem Vorgängerprojekt somit eine Betriebsdauer absolviert, die vergleichbar zu Dieselbussen am Ende ihrer Einsatzzeit innerhalb der BVG ist. Über den gesamten Projektzeitraum konnten die in den Arbeitspaketen geplanten Aktivitäten wie vorgesehen umgesetzt werden.

15.4.1 Busbetrieb

Im Rahmen dieses Arbeitspakets betrieb die BVG über einen Zeitraum von 60 Monaten vier Omnibusse mit 150 kW/204 PS-Wasserstoffverbrennungsmotoren weiter.

Fahrzeug Amtliches Kennzeichen Inbetriebnahme

Bus 1 B-V 1485 1.6.2006

Bus 2 B-V 1486 1.6.2006

Bus 3 B-V 1487 1.10.2006

Bus 4 B-V 1488 1.10.2006

Abbildung 4: Inbetriebnahme der Wasserstoffbusse

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Da die Busse aufgrund ihrer geringen Reichweite nicht oder nur unter erschwerten Bedingungen auf allen Strecken eingesetzt werden konnten, war eine besondere logistische Betreuung der Fahrzeuge und die Planung ihres Einsatzes erforderlich, die durch das Personal der BVG erfolgte. Die H2-Busse wurden zumeist auf der Express-Linie X49 eingesetzt, die als eine von beiden Endstationen das prestigeträchtige ICC-Messegelände hat. Die Strecke ist über 10 km lang, eine Fahrt dauert durchschnittlich 25 Minuten und alle 1,73 km gibt es eine Haltestelle. Bei einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 24,6 km/h verbrauchten die Busse etwa 20 kg Wasserstoff auf 100 km – was in etwa einem Verbrauch von 43 l bei vergleichbaren Dieselbussen entspricht – und fuhren im Fahrbetrieb praktisch emissionsfrei.

Abbildung 5: Streckenführung X49

Die Fahrer wurden für den Betrieb der Wasserstoffbusse hinsichtlich der Technologie und ihrer Prozeduren im Falle von Störungen extra geschult. Gerade bei den Fahrern zeigte sich, dass der Umgang mit Wasserstoff als Treibstoff zwar insgesamt gefahrlos, jedoch mit einigen Neuerungen verbunden ist, die die Alltagsroutinen der Fahrer irritierten. Beispielsweise muss der Zündschlüssel bis zur Abgabe des Zündfunkens länger als bei Benzin- oder Dieselbussen gehalten werden. Ist dieses Zeitfenster zu kurz, dann wird zwar das Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch gebildet, jedoch nicht entzündet. Geschieht dies mehrmals, dann bildet sich eine größere Menge Knallgas, die dann bei der Entzündung schließlich explodiert. Dies ist für die Fahrer zwar nicht gefährlich, jedoch führte es zu einer gewissen Skepsis gegenüber den Wasserstoffbussen gerade bei ungeschulten Fahrern, die als Ersatz für die Spezialfahrer etwa in Krankheits- und Urlaubszeiten zum Einsatz kamen. Für den Betrieb der Busse wurde daher im Wesentlichen darauf geachtet, nur auf den Wasserstoffbussen geschulte Fahrer einzusetzen. War dies nicht möglich, führte dies bisweilen zu verringerten Laufleistungen.

Der Einsatz der Wasserstoffbusse erfolgte vor allem im Frühdienst zur Abdeckung der Frühspitzen und im Nachmittagsdienst. Sie übernahmen damit reguläre Aufgaben des Liniendienstes, die sonst von Dieselbussen hätten erfüllt werde müssen. Nach dem Frühdienst wurde die Betankung der Busse von TOTAL-Mitarbeitern vorgenommen, nach dem Spätdienst geschah dies durch die Firma Dr. Sasse Facility Management GmbH, die auch für die Reinigung der Busse zuständig war. Ab dem Jahr 2014 wurde der Aufgabenbereich der Firma Sasse aus unternehmerischen Gründen von den Mitarbeitern der BVG selbst übernommen.

Ab dem Jahr 2012 kam es zu ersten relevanten Problemen mit dem Antriebsstrang, die insbesondere deswegen als gravierend einzustufen waren, weil der Fahrzeughersteller benötigte Ersatzteile nicht mehr liefern konnte. Zwar konnte durch einen umfassenden Know-how-Aufbau bei der BVG – im Rahmen des Vorläuferprojekts waren die Fahrzeuge vom Hersteller gewartet worden – die Effizienz im Umgang mit der Wasserstofftechnologie wesentlich erhöht und über den gesamten Zeitraum die Betriebsbereitschaft der Wasserstoffbusflotte sichergestellt werden, jedoch konnten die hohen Fahrleistungen der ersten Monate des Projekts für die restliche Laufzeit nicht mehr erreicht werden. Zusätzliche Belastungen traten zudem durch die turnusmäßig fällige Überprüfung der Speichersysteme auf: Im ersten Halbjahr 2012 kam es etwa zur Überprüfung der Zylinder an einem Fahrzeug. Da diese vom ausführenden Dienstleister allerdings nur mit sehr großer Verzögerung durchgeführt wurde, war das Fahrzeug während dieses Zeitraums weitgehend außer Betrieb gestellt.

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Gegen Ende desselben Jahres wurde die turnusmäßige Überprüfung der Gasanlage an einem weiteren Fahrzeug erforderlich, die Anlage wurde demontiert und an den Hersteller Dynatek übersandt, der die Überprüfung durchführte.

Abbildung 6: Werkstatt für die Wasserstoffbusse auf dem Gelände der BVG Heerstraße

Die verminderte Fahrleistung der Flotte im 1. Halbjahr 2014 (vgl. Abbildung 7), hatte ihre Ursachen einerseits im altersbedingten Verschleiß der Kühler: Im Februar 2014 wurde der Kühler zunächst beim Fahrzeug B-V 1488 erneuert, im Mai 2014 erfolgte dann die Überarbeitung an den übrigen drei Busse, so dass diese in diesen Zeiträumen nicht für den Linienverkehr eingesetzt werden konnten. Andererseits wurde im selben Zeitraum mit den Sanierungsarbeiten der Spandauer Freybrücke begonnen, so dass – insbesondere im August 2014 – nur ein verminderter Busverkehr auf der Linie möglich war.

Abbildung 7: Fahrleistung der Flotte in km

Dass darüber hinaus die gesamte Fahrleistung im Jahr 2014 im Vergleich zu den vorangegangen Jahren zurückging, hatte nicht zuletzt mit der Schließung der Tankstelle an der Heerstraße am 31.12.2013 zu tun, an der die Fahrzeuge bis dato betankt worden waren. Hintergrund für die Schließung war die geplante Eröffnung der TOTAL-Tankstelle am Flughafen Berlin-Brandenburg International (BER). Hier hätten auch die Busse der BVG zum Einsatz kommen sollen. Die Umsetzung dieses Vorhabens scheiterte an der wiederholten Verschiebung der Eröffnung des Flughafens.

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Die Schließung des Standorts Heerstraße erhöhte den Aufwand für die Betankungslogistik erheblich, da die Betankung der Busse ab 01.01.2014 an der Shell-Tankstelle am Sachsendamm in Berlin Schöneberg erfolgen musste und somit zwischen dem Betriebshof der BVG und der Betankungsanlage statt 450 m nunmehr 16 km zurück gelegt werden mussten. Eine mögliche Verlegung der Busse auf einen anderen Betriebshof war aufgrund der ausschließlichen Verfügbarkeit der Wartungs- und Servicekapazitäten für Wasserstoffbusse auf dem Betriebshof Spandau nicht möglich. Als alternativer Betankungsstandort wäre die Wasserstofftankstelle Heerstraße/Jafféstraße möglich gewesen, da sich diese auf der Strecke des X49 befindet, jedoch war bei der Planung der Tankstelle auf eine Betankungsmöglichkeit für Busse verzichtet worden – zumal das Gelände auch für Busbetankungen nicht geeignet ist.

Abbildung 8: Anzahl der Betankungen

Die Tankstelle Sachsendamm wurde seit Jahresbeginn 2014 täglich vom Depot Spandau aus zu Betankungszwecken angefahren. Die niedrigere Anzahl der Betankungen im Vergleich zu den Vorjahren erklärt sich daraus, dass im Zuge des Standortwechsels nicht mehr zweimal täglich getankt und dementsprechend mehr Wasserstoff betankt wurde. Für den Betreiber Shell war die Versorgung der BVG-Wasserstoffbusse insofern von Vorteil, als erstmals in der Geschichte des Standorts die Forschungstankstelle Sachsendamm (Förderkennzeichen 03BV104) durch die Busbetankungen hohe Abgabemengen erreichte und eine ausreichende Last gefahren werden konnte. Die kontinuierlich hohen Auslastungswerte ermöglichten es so erstmals, die Leistungsfähigkeit der Anlagenkomponenten unter praxisnahen Bedingungen umfassend zu evaluieren. Insofern war der Wechsel des Tankstellenstandorts für das hier abgeschlossene Projekt hinsichtlich der Logistik zwar sehr herausfordernd, jedoch konnte auf diesem Weg das Ziel des Projekts, bestehende Infrastrukturen durch hohe Abnahmemengen besser auszulasten, auch an einem weiteren Standort in Berlin verwirklicht werden.

Beim Verhältnis von betanktem Wasserstoff zu gefahrenen Kilometern ist die Diskrepanz in der Höhe der Verbräuche auffallend (vgl. Abbildung 9) – zum einen im Jahr 2011 und zum anderen im Jahr 2014. Diese hatte ihre Ursache in einer fehlerhaften Kalibrierung des Mengenmessers. Das Fehlen eines eichfähigen Betankungssystems, über dessen technische Ausrichtung innerhalb der CEP ausführlich beraten wird, trat hier besonders deutlich zutage: Da die Mengenmessung nicht eichfähig ist, wird sie über das ungenaue Messsystem des Busses kalibriert. In den Bussen wiederum sind Messsysteme der Pkw verbaut, die jedoch nur für Tankkapazität 4 kg ausgelegt sind. Da die Busse wiederum über eine Kapazität von 38 kg verfügen, müssen bei der Betankung Ungenauigkeiten in Kauf genommen werden. Der BVG gelang es nach Anfangsschwierigkeiten, dieses Messsystem in Zusammenarbeit mit TOTAL soweit zu optimieren, dass im Laufe des Projekts die Mengenmessung der tatsächlichen Betankungsmenge angeglichen werden konnte. Im Zuge der Betankung bei Shell schlug das Pendel in die andere Richtung aus und konnte auch nicht mehr angeglichen werden. Es ist

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also nicht so wie es die Daten nahe legen, dass die Busse im ersten Jahr besonders viel verbraucht hätten, um zum Ende der Projektlaufzeit wesentlich sparsamer zu sein.

Abbildung 9:Verhältnis der getankten Menge H2 zur Fahrleistung

Zum Aufgabenumfang im Rahmen des Arbeitspakets gehörten neben der Bereitstellung der Fahrzeuge für den Linienbetrieb auch die Zurverfügungstellung der Wasserstoffbusse für Veranstaltungen, VIP- und Sonderfahrten sowie die Koordinierung weiterer öffentlichkeitswirksamer Maßnahmen. Die Integration der Fahrzeuge in die Kommunikationsaktivitäten der CEP ermöglichte aber nicht nur die Präsentation der Wasserstoff-Busse; durch die Teilnahme an Fahrveranstaltungen im Zusammenhang mit der CEP-Außendarstellung

konnten darüber hinaus auch weitere wertvolle Erfahrungen im Bereich der öffentlichen Wahrnehmung und Nutzerakzeptanz der Busse über den täglichen Busbetrieb in Berlin hinaus gesammelt werden: Die BVG nahm etwa an der von der CEP veranstalteten „Saubersten Rallye aller Zeiten“ am 12. Mai 2010 und im Jahr 2011 an der vom Reifenhersteller Michelin ins Leben gerufenen „Challenge Bibendum“ in Berlin teil, die der Präsentation von technischen Lösungen und Konzepten für eine nachhaltige Mobilität im Straßenverkehr dienten. Ziel der Veranstaltungen war es, Fahrzeugentwicklungen vorzustellen, die darauf ausgelegt sind, den Energieverbrauch zu senken, den CO2-Ausstoß zu minimieren, die Energieversorgung für den Straßenverkehr zu sichern, die Lärmbelästigung zu reduzieren, die Unfallzahlen zu vermindern oder den Verkehrsfluss zu verbessern. Hier konnten die Wasserstoffbusse ihre Praxistauglichkeit und Leistungsfähigkeit gegenüber einer interessierten Öffentlichkeit unter Nachweis stellen. Weitere besondere Termine waren die Teilnahme am Sommerfest der Gustav-Heinemann-Oberschule im Jahr 2012, bei dem Schüler der Chemie- und Physikleistungskurse den Gästen die Funktionsweise des Wasserstoffbusse erklärten, sowie die Teilnahme an der Workshop-Reihe „Energiewende in Deutschland – ein Modell für Europa?“ der Deutschen Gesellschaft e.V., bei der Schüler aus ganz Deutschland anhand der Wasserstoffbusse der BVG über die Energiewende diskutierten.

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Abbildung 10: Ein Techniker zeigt Schülern den Motorraum eines Wasserstoffbusses

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Abbildung 11: Teilnahme an der „Challenge Bibendum“

15.4.2 Fahrzeugwartung

Da der Fahrzeughersteller MAN ab Projektbeginn für eine Betreuung der Fahrzeuge nicht mehr zur Verfügung stand, übernahm die BVG ab 01.02.2010 die Wartung und Reparatur der Fahrzeuge in der bereits existierenden und von der BVG betriebenen Werkstatt für Wasserstoffbusse selbst. Die BVG setzte über die gesamte Projektlaufzeit fünf Techniker in Vollzeit für die Betreuung der Fahrzeuge ein. Zum Leistungsumfang der Techniker gehörten die normale turnusmäßige Überprüfung und Wartung der Fahrzeuge, außerplanmäßige Reparaturen der Fahrzeuge inklusive der Arbeiten am Wasserstoffantriebsstrang und das allgemeine Werkstattmanagement. Im Rahmen dieses Arbeitspakets wurden die Techniker fachspezifisch geschult, um den ordnungsgemäßen Betrieb wie auch die Durchführung der täglich notwendig werdenden Fahrzeugwartungen erfolgreich durchführen zu können. Darüber hinaus waren sie für die Druckprüfung der Speicherzylinder zuständig. Ein Austausch der Einblasventile erfolgte alle 10.000-15.000 km direkt durch den Hersteller Hoerbiger. Ersatzteile und Verbrauchsstoffe sowie erforderliche Ersatzteile – insbesondere Spezialöle für den Antriebsstrang –wurden beschafft.

Durch das speziell geschulte Personal beim Dienstleister Dr. Sasse Facility Management GmbH konnten die Fahrzeuge einem täglichen Service unterzogen werden, der neben der Reinigung der Fahrzeuge ausdrücklich auch die Betankung umfasste – diese durfte aufgrund arbeitsrechtlicher Bedingungen nicht von den Fahrern selbst vorgenommen werden. Die durch die Tankgröße vorgegebene Reichweite der Fahrzeuge von ca. 200-250 km ermöglichte eine intensive Betreuung der Wasserstoffbusse.

Durch den Knowhow-Aufbau bei der BVG war es möglich, sämtliche Wartungs- und Reparaturarbeiten an den Wasserstoffbussen zu übernehmen. Dies hatte nicht nur den finanziellen Vorteil, dass kein Expertenwissen extern eingekauft werden musste, darüber hinaus konnte hierüber eine hohe Betriebssicherheit sichergestellt werden. Die am Standort durchgeführten Wartungsarbeiten unterschieden sich in Arbeiten am Gassystem und sonstige Arbeiten. Bei den

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Wartungsarbeiten wurden keine Vorkehrungen getroffen, da mit gasförmigem Wasserstoff betriebene Omnibusse als betriebsmäßig dichtes System gelten. Für den Havariefall verfügt die Gebäudetechnik der Werkstatt über eine Wasserstoffsensorik, die bei erhöhter Wasserstoffkonzentration (80 Prozent unter Explosionsschwellenwert) die Luftwechselrate auf den fünffachen Faktor je Stunde anhebt, womit dem Entstehen einer explosionsfähigen Atmosphäre entgegengewirkt wird. Die Werkstatthalle wurde kontinuierlich, auch zu Nachtzeiten, durch eine Be- und Entlüftungsanlage einer natürlichen dreifachen Luftwechselrate je Stunde unterzogen. Insbesondere bei Schweißarbeiten wurde das Gassystem zusätzlich inertisiert, d.h. die Anlage wurde von Wasserstoff entleert und mit Stickstoff gespült.

Abbildung 12: Werkstattplatz mit Eignung für 18-m-Gelenkbusse

Einmal jährlich wurden die Busse einer Hauptuntersuchung unterzogen. In diesem Zusammenhang wurden sowohl die Zündkerzen gewechselt als auch der Schadstoffausstoß untersucht. Bei allen Untersuchungen unterschritt der Wasserstoffverbrennungsmotor H 2876 UH 01 im Zusammenspiel mit einem verbauten 3-Wege-Katalysator alle festgelegten EU-Abgasgrenzwerte erheblich. So lagen die Stickoxide (NOX) bei rund 0,2 g/kWh (Euro 5: 2,00), die Kohlenwasserstoffe (HC) bei 0,04 g/kWh (0,46) und die Partikelmasse (PM) unter 0,005 g/kWh (0,02). Kohlenmonoxidemissionen liegen unter der Nachweisgrenze (alle Werte nach ESC, dem European Stationary Cycle).

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Abbildung 13: Abgasemissionen im ESC des Wasserstoffverbrennungsmotors H2876 UH01

15.4.3 Werkstattbetrieb

Zur Instandsetzung der Busse diente eine speziell für die Wasserstoffbusse konzipierte und errichtete Werkstatt auf dem Betriebshof Heerstraße, die sich in unmittelbarer Nachbarschaft zu den Wasserstoffbetankungseinrichtungen befindet. Der Aufbau der Anlage war bereits vor Projektbeginn mit Inbetriebnahme der Anlage im September 2007 endgültig abgeschlossen worden. Die Ausstattung der Werkstatt erlaubt sowohl die Betreuung von Wasserstoff- wie auch von Hybrid- und Hochvolt-Elektrofahrzeugen.

Abbildung 14: Wasserstoffbuswerkstatt an der Heerstraße

Das zweistöckige Gebäude verfügt über zwei Serviceplätze von denen einer für 12-m-Standardbusse, der andere auch für Gelenkbusse bis 18 m ausgelegt ist. Beim größeren der beiden Plätze ist eine Ein-

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und Ausfahrt eingebaut, so dass der Platz von beiden Gebäudefronten her angefahren werden kann. Das Gebäude ist explizit für Arbeiten auf dem Fahrzeugdach ausgelegt. Die notwendige Sicherheitsausstattung für Arbeiten oberhalb von 3 m ist installiert. Neben jedem Fahrzeug ist ein 1,8 m tiefer Arbeitsbereich bereitgehalten, der auch den Ausbau elektrischer Radnabenmotoren erlaubt.

15.4.4 Datenanalyse und Auswertung der Betriebsergebnisse

Die gesamte Wasserstoffbusflotte unterlag einem kontinuierlichen Beobachtungs- und Analyseprozess. Ein Koordinator trug Sorge, dass der Fahrbetrieb der Flotte nicht mehr als nötig beeinträchtigt wurde. Der Betrieb der Wasserstoffbusse in Eigenregie ermöglichte es, dass die geschulten Mitarbeiter die Betankungsvorgänge gezielt überwachen und so neue Erkenntnisse über den Betankungsvorgang sammeln konnten. Die Erhebung umfassender Fahrzeugdaten erlaubte zudem die Analyse des Betriebs- und Alterungsverhaltens einzelner Komponenten, was für die BVG zur Einschätzung zukünftiger Wasserstoffaktivitäten von maßgeblicher Bedeutung war.

Diese Erkenntnisse flossen sowohl in die CEP-Gremienarbeit wie auch in die Datenbanken des CHIC-Projekts ein: Im Zusammenhang mit der Mitarbeit der BVG im HyFLEET:CUTE-Nachfolge-Projekt „Clean Hydrogen in European Cities (CHIC)“, welches im Rahmen der „Joint Technology Initiative (JTI)“ der EU realisiert wurde, tauschte die BVG mit anderen europäischen Städten umfassende Erfahrungen und Betriebsdaten über den Einsatz von wasserstoffgetriebenen Nahverkehrsbussen aus. Ein intensiver Austausch erfolgte auch innerhalb der CEP, der die BVG die Betriebsdaten zur Verfügung stellte. Diese fanden Eingang in die zentralen CEP-Datenbanken und standen somit für eine gemeinsame wissenschaftliche Auswertung zur Verfügung. Über den Abgleich mit den durch die CEP-Infrastrukturpartner erhobenen Daten lieferte die BVG so einen wertvollen Input für die CEP-Gremien, der u.a. eine Validierung des Betankungsprozesses und der aktuell eingesetzten ungeeichten Mengenmesstechnologie erlaubte.

Sämtliche relevanten Betriebsdaten der Busse – wie Druckfüllmengen, Wasserstoffverbrauch oder die Ermittlung der Betriebskosten – wurden im Rahmen der CEP konsequent gesammelt, eingehenden Plausibilitätschecks unterzogen und in das Informations- und Wissensmanagementsystem der CEP eingespeist und ausgewertet. Die BVG konnte auf diesem Wege detaillierten Analysen der Fahrzeugeffizienz auch im Vergleich zu anderen Antriebsformen vornehmen. Besonderes Augenmerk wurde dabei auf die Fahrzeugperformance über den gesamten Lebenszyklus gerichtet, und wesentliche Erkenntnisse hinsichtlich der Alterungsbeständigkeit und Standfestigkeit der Technologie im Vergleich zu konventionellen Antriebstechnologien wurden gesammelt.



Alle wesentlichen Projektziele konnten im Rahmen des Vorhabens vollständig erreicht werden. Ziel des Forschungsvorhabens war es, über die Weiterführung des Flottenbetriebs von vier Wasserstoffbussen die Alterungsbeständigkeit und die Standzeiten einzelner Bauteile konkret zu determinieren sowie entsprechende Daten konsequent zu erfassen, auszuwerten und zur Verfügung zu stellen.

Ein zentraler Arbeitsschwerpunkt lag dementsprechend in der Untersuchung des Alterungsverhaltens und der Zuverlässigkeit der Komponenten des Systems. Daneben sollte das Vorhaben wesentlich zur Entwicklung von Verfahren und Standards in den Bereichen Wartung von Wasserstoffbussen und Werkstattbetrieb unter besonderer Berücksichtigung von Wasserstoff als Kraftstoff beitragen. Zu Beginn des Vorhabens hatte die BVG eine Reihe wissenschaftlicher und

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technischer Arbeitsziele formuliert, die es durch Realisierung dieses Fördervorhabens zu erreichen galt:

1. Nachweis einer hohen, dem Diesel-Antriebsstrang vergleichbaren Langzeitstandfestigkeiten der eingesetzten Technologien: Über einen Zeitraum von fünf Jahren wurde ein Dauerbelastungstest für die Wasserstoffantriebtechnologie im Alltagseinsatz eines Omnibus-Linienverkehrs durchgeführt, die der üblichen Einsatzdauer konventioneller Antriebstechnologien in der Flotte eines ÖPNV-Anbieters entsprach. Das Projekt machte sich hierbei unmittelbar die im Rahmen von HyFLEET:CUTE erbrachten Vorleistungen zunutze und baute auf diesen auf. Zusammen mit der Betriebszeit im Vorgängerprojekt verfügten die Busse zu Projektende bei ihrem Einsatz im Linienverkehr insgesamt über eine 8,5-jährige Verweildauer im Flottenbestand der BVG, was länger als die durchschnittliche Verweildauer von Dieselbussen innerhalb der BVG-Flotte ist. Wenngleich sich insbesondere zum Ende der Betriebsdauer Probleme am Antriebsstrang häuften und nur noch auf einen geringen Ersatzteilbestand zurückgegriffen werden konnte, konnten die Techniker der BVG den Betrieb über die Projektlaufzeit erfolgreich aufrechterhalten.

Abbildung 15: Verfügbarkeit der Brennstoffzellenbusse bei CHIC (grün) im Vergleich zu den Wasserstoffbussen der BVG (blau) (Quellen: CHIC und BVG)

Die Verfügbarkeit der Wasserstoffbusflotte war über die gesamte Projektlaufzeit sehr hoch. Ihre Verlässlichkeit lag bei 92 % und ist damit vergleichbar zu Dieselbussen, deren Verfügbarkeit bei > 90 % liegt. Auch im Vergleich zur Brennstoffzellentechnologie, deren Daten im CHIC-Datenreporting zusammengefasst werden, wird deutlich, dass die Wasserstofftechnologie mit Verbrennungsmotoren deutlich zuverlässiger und stabiler läuft. In Abbildung 15 wird die Differenz zwischen beiden Wasserstofftechnologien deutlich, bei der die Brennstoffzellentechnologie aktuell eine Verfügbarkeit von 80 % anstrebt, die die Wasserstoffbusse der BVG über die Jahre kontinuierlich weit übererfüllt hat. Dem Projekt ist es somit überzeugend gelungen, den Nachweis einer hohen, dem Diesel-Antriebsstrang vergleichbaren Langzeitstandfestigkeiten der Wasserstofftechnologie mit Verbrennungsmotor zu erbringen.

2. Nachweis der Wirtschaftlichkeit der Technologie über den gesamten Lebenszyklus: Insgesamt legte die Wasserstoffbusflotte während des Forschungsprojekts 497.127 km zurück, wobei der monatliche Spitzenwert bei 12.532 km lag. Zusammen mit den Fahrleistungen im Vorgängerprojekt verfügt die Wasserstoffbusflotte über eine Gesamtlaufleistung unter Forschungsbedingungen von 898.477 km. Im Vergleich zu den jeweiligen Wasserstoff-Pkw-Flotten innerhalb der CEP hatte die Wasserstoffbus-Flotte dementsprechend eine um etwa zwei Drittel höhere Kilometerlaufleistung im selben Zeitraum (vgl. Abbildung 16).

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Abbildung 16: Fahrzeugbezogene Fahrleistungen der CEP-Partner Mobilität/Pkw im Verhältnis zur BVG (Quelle: Spilett GmbH)

Insgesamt wurden 6.711 Betankungen vorgenommen: Bei einer durchschnittlichen Betankungszeit von 12 min und einer durchschnittlichen Fließrate von 1,44 kg/min wurden die Busse mit durchschnittlich 17,31 kg Wasserstoff betankt. Der Verbrauch lag bei durchschnittlich 21,93 kg auf 100 km, der Gesamtverbrauch der Flotte lag bei 110.623,33 kg Wasserstoff. Die für die Busse eingesetzten Kosten lagen bei durchschnittlich 143,60 EUR/100 km – darin sind sowohl die Wasserstoffkosten (130,11 EUR/100 km) als auch die Wartungs- und Reparaturkosten (13,49 EUR/100 km) enthalten.

Abbildung 17: Durchschnittlicher Wasserstoffverbrauch der Wasserstoffbusse im CHIC-Projekt

Der Wasserstoffverbrennungsmotor erreichte im normalen Linienbetrieb eine zu Dieselmotoren vergleichbar hohe Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit, weshalb die Wartungs- und Reparaturkosten in etwa den Kosten für den Betrieb von Dieselbussen entsprachen. Allerdings lagen die Kosten für den Wasserstoff im Vergleich zum Diesel höher: Ein 12 m langer Bus verbraucht etwa 40 Liter Diesel pro 100 Kilometer, was bei einem Preis von 1,40 EUR pro Liter eine Summe von 44 EUR/100 km ausmacht. Solange Wasserstoff als Kraftstoff noch vor der Markteinführung steht, kann diese Diskrepanz nur durch eine Förderung ausgeglichen werden, damit der Betrieb der Wasserstoffbusse wirtschaftlich tragfähig gestaltet werden kann. Auch innerhalb der Wasserstofftechnologien sind die

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Kosten der Wasserstoffverbrenner hinsichtlich des Wasserstoffverbrauchs höher als die von 12-m-Bussen mit Brennstoffzellenantrieb, die durchschnittlich 9 kg/H2 auf 100 km verbrauchen (vgl. Abbildung 17).

Hinsichtlich der Einschätzung zur Wirtschaftlichkeit der Wasserstoffverbrennungsmotoren sind jedoch mehrere Punkte zu beachten: Zum einen handelt es sich bei den im Projekt genutzten Bussen um eine 10 Jahre alte Technologie, die im Hinblick auf ihre Effizienz nicht weiter modifiziert wurde. Da die Wasserstoffverbrennungsmotoren in ihrem Aufbau jedoch Gasverbrennungsmotoren als Grundlage haben, ist die Umsetzung von Innovationen der letzten Jahre bei Gasverbrennungsmotoren auch für Wasserstoffverbrennungsmotoren möglich, so dass von neueren Modellen ein wesentlich niedriger Verbrauch zu erwarten wäre. Darüber hinaus wäre eine Entwicklung von bivalenten Motoren unbedingt zu fördern, die mit verschiedenen Kraftstoffen betrieben werden können. So wie heute bereits Kraftfahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor betrieben werden, der sowohl mit Benzin als auch mit Erd-, Bio- oder Flüssiggas betrieben werden kann, wäre eine ähnliche Entwicklung für den Wasserstoffverbrennungsmotor technisch ohne Probleme umzusetzen. Dies hätte auch den Vorteil, dass die Investitionsentscheidungen vor dem Hintergrund der Variabilität von Kraftstoffen getroffen werden könnten.

Ein weiterer Punkt ist, dass die Möglichkeit Kosten zu reduzieren, indem Nebenproduktwasserstoff genutzt wird (Wasserstoffverbrennungsmotoren können auch mit Wasserstoff von niedriger Qualität fahren), innerhalb des Projekts nicht umgesetzt werden konnte. Zwar führte die BVG Gespräche mit TOTAL zum Einsatz von Nebenproduktwasserstoff, da die Tankstelle Heerstraße jedoch auch den Pkw der CEP Wasserstoff vorhalten musste, und diese Wasserstoff der Qualität 5.0 benötigen, konnte der wesentlich preiswertere Nebenproduktwasserstoff nicht betankt werden. Im unmittelbaren Vergleich der Kosten zur Brennstoffzellentechnologie sind schließlich auch die Kosten sowohl für die Anschaffung der Busse, als auch für den Austausch der Brennstoffzelle zu beachten: Brennstoffzellenbusse sind in der Anschaffung nicht nur wesentlich teurer als Busse mit Wasserstoffverbrennungsmotoren, da die Brennstoffzelle zudem ca. alle 4 Jahre ausgetauscht werden muss, entstehen im Laufe eines 10-jährigen Betriebsleben eines Brennstoffzellenbusses kontinuierlich hohe Kosten.

Insgesamt stehen somit deutlich niedrigere Kosten der Wasserstoffverbrennungstechnologie der aktuellen Brennstoffzellentechnologie gegenüber. Unter der Voraussetzung, dass neuere Generationen von Wasserstoffverbrennungsmotoren weniger Wasserstoff benötigen und im Zuge des Markteintritts von Wasserstoff als Kraftstoff bzw. durch den Einsatz von Nebenproduktwasserstoff die Preise für Wasserstoff sinken, wäre diese Technologie nach Berechnungen der BVG über den gesamten Lebenszyklus eines Wasserstoffbusses wirtschaftlich zu betreiben.

3. Auslastung bestehender Infrastrukturen durch hohe Abnahmemengen, wie sie durch den Betrieb von Pkw allein im Rahmen der CEP nicht erreicht werden können:

Zwar stellte die Einführung von Wasserstoff als Kraftstoff im ÖPNV erhebliche Anforderungen an eine leistungsfähige Infrastruktur, zugleich führte diese auch zu wirtschaftlich attraktiven Umsatzmengen und erhöht damit die Erfolgsaussichten der Markteinführung maßgeblich. Ein weiterer technologieoffener Ausbau der Busflotten sollte daher förderseitig Berücksichtigung finden. Als Forschungsprojekt war der Betrieb der Wasserstoffbusse nicht zuletzt für andere Forschungsprojekte von Bedeutung. So erlaubte die stetige Betankung großer Mengen Wasserstoff die Auslastung bestehender Infrastrukturen wie sie durch den Betrieb von Pkw allein im Rahmen der CEP nicht erreicht werden können – sowohl die TOTAL-Tankstelle an der Heerstraße als auch die Shell-Tankstelle am Sachsendamm konnten im Zusammenhang mit dem Projekt mit guten Auslastungsraten gefahren und eine Erhöhung der Wirtschaftlichkeit der gesamten Versorgungskette hiermit erreicht werden. Durch die Abnahme von hohen Wasserstoffmengen konnten die installierten Betankungstechnologien inklusive Speichersystemen, Kompressoren und

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Abgabeeinheiten erprobt werden. Das Projekt ermöglichte somit die Erhebung und Bereitstellung von Daten wie sie in diesem Umfang innerhalb der CEP von OEMs aufgrund der Flottengrößen bis dato nicht erhoben werden konnten. Das hier abgeschlossene Projekt ermöglichte somit, dass beim Betrieb der Forschungstankstellen wesentliche Erkenntnisse durch die Auslastung der Infrastruktur gewonnen werden konnten.

Abbildung 18: Wasserstoffbus an der Tankstelle Sachsendamm

4. Umfassender Know-how-Aufbau im Umgang mit der Wasserstofftechnologie beim Betreiber durch Übernahme der Serviceverantwortung vom Fahrzeughersteller:

Im Rahmen des Vorhabens konnte die BVG umfassendes Know-how im Zusammenhang mit dem Service und der Wartung der Wasserstofftechnologie aufbauen und damit einer der wesentlichen Zielsetzungen des Vorhabens entsprechen. Die BVG war hiermit in der Lage, die Fahrzeuge ohne Unterstützung des Herstellers mit eigenen Ressourcen zu betreiben. Die Qualifizierung des Servicepersonals vor Ort diente somit der Sicherstellung der Fahrzeugverfügbarkeit, da das Personal in die Lage versetzt wurde, eine zeitnahe Durchführung notwendiger Wartungsmaßnahmen und kleinerer Reparaturen und hiermit eine möglichst große Fahrleistung der Flotte sicherzustellen. Die im Rahmen des Projekts entwickelten Verfahren und Standards in den Bereichen Wartung von Wasserstoffbussen und Werkstattbetrieb wird maßgeblichen Einfluss auf die wirtschaftliche Machbarkeit der Technologie in Zukunft haben.


Obwohl es der Forschung im Zuge des Vorhabens gelungen ist, den Nachweis einer hohen, dem Diesel-Antriebsstrang vergleichbaren Langzeitstandfestigkeiten der Wasserstofftechnologie mit Verbrennungsmotor zu erbringen, werden der Wasserstoffverbrennungstechnologie seitens der BVG inzwischen keine wesentlichen Erfolgsaussichten mehr zugemessen. Die klare Bevorzugung der Brennstoffzellentechnologie von Fördergeberseite ging mit einer Absage an die Förderung weiterer Maßnahmen im Zusammenhang der Wasserstoffverbrennungstechnologie einher. Dies wird seitens der BVG auch als eine deutliche politische Absage an diese Technologie verstanden. Dementsprechend wurde das bereits geplante Projekt zur Anschaffung und zum Betrieb von fünf Wasserstoffhybrid-Gelenkomnibussen (ausgestattet mit Verbrennungsmotor und elektrischem Antrieb) bereits im Jahr 2013 nicht weiterverfolgt. Aufgrund dieser Entwicklung gibt es auch seitens der Hersteller (neben MAN war auch die Firmen Vossloh-Kiepe, Solaris und Alset an der Entwicklung

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von Bussen mit Wasserstoffverbrennungsmotoren interessiert) kein weiteres Engagement im Bereich der Wasserstoffverbrennungstechnologie.

Insgesamt ist der Wegfall der Förderung für diesen Strang der Wasserstofftechnologie und die einseitige Befürwortung der Brennstoffzellentechnologie aus Sicht der BVG zu bedauern. Hier wurde einer Technologie die Absage erteilt, die aufgrund ihrer Betriebssicherheit das Potenzial zur Brückentechnologie auf dem Weg zur Elektromobilität mit Brennstoffzelle hat. Wie dieses Projekt eindrücklich nachweisen konnte, liegen die Vorteile der Verbrennungstechnologie in ihrer Standfestigkeit, in ihrer potenziellen Wirtschaftlichkeit und in ihrer hinsichtlich der Wartung nahezu unproblematischen Integration in die Betriebsabläufe des ÖPNV. Vor diesem Hintergrund erscheint ein weiteres Engagement für die BVG nicht weiter sinnvoll, wenngleich die Technologie im Rahmen des Vorhabens den Weg zur Marktreife erfolgreich unter Beweis stellen konnte. Die Erprobung und der Einsatz der Brennstoffzellentechnologie hingegen ist angesichts hoher Beschaffungskosten, angesichts einer mangelnden Servicefähigkeit durch den Betreiber und angesichts z. T. hoher Ausfallzeiten der Fahrzeuge und damit einer geringen Eignung für den Liniendienst für die BVG derzeit keine Option.

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16 PROJEKTMODUL: Bereitstellung, Betrieb und Qualifizierung von Brennstoffzellenfahrzeugen im Rahmen von CEP III

Projekttitel: Clean Energy Partnership (CEP) - Bereitstellung, Betrieb und Qualifizierung von Brennstoffzellenfahrzeugen im Rahmen von CEP III

Verbundpartner im Projektmodul: Volkswagen AG


01.01.2011-31.12.2014

Förderquote 48%




16.1 Kurzfassung

Im Zentrum des Vorhabens stand der Betrieb einer Flotte von Versuchs- und Forschungsfahrzeugen mit Brennstoffzellentechnologie mit dem Ziel, die Technologie mittel- bis langfristig zur Marktreife weiterzuentwickeln. Dazu wurden von Volkswagen zunächst sechs Fahrzeuge der Fahrzeuggeneration HyMotion3 und acht Fahrzeuge der neuesten Technologiegeneration HyMotion4 erprobt. Beide Fahrzeuggenerationen wurden im Projektverlauf teilweise parallel betrieben, so dass der technische Fortschritt praxisnah evaluiert und demonstriert werden konnte. Das Vorhaben diente dabei der umfassenden wissenschaftlichen Auswertung der Betriebsergebnisse und hierauf aufbauend der kontinuierlichen Optimierung der Fahrzeugtechnologie. Schwerpunkte der Forschung wurden hinsichtlich des Alterungsverhaltens und seiner Beeinflussung durch unterschiedliche Betriebsbedingungen, sowie auf die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit der Komponenten des Brennstoffzellensystems gesetzt. Darüber hinaus wurden ausführliche Tests zur Betankung der Pkw entsprechend dem international gültigen Betankungsstandard SAE–TIR-J 2601 durchgeführt.


Alle künftigen Antriebskonzepte hängen von nachhaltiger, regenerativer Energie- bzw. Kraftstoffbereitstellung ab. Als Hersteller von Pkw verfolgt Volkswagen das Ziel, auch Wasserstoff als Kraftstoff in sein Angebotsportfolio alternativer Antriebe zu integrieren. Der Vorteil der Brennstoffzelle liegt in der großen Reichweite und den (heute üblichen) kurzen Betankungszeiten von wenigen Minuten. Sie ist deshalb besonders für Langstreckenszenarien interessant. Die Brennstoffzellenaktivitäten sind daher fester Bestandteil der VW Antriebs- und Kraftstoffstrategie, die einen stufenweisen Übergang zu einer CO2-neutralen Mobilität unter Verwendung regenerativ gewonnener Kraftstoffe vorsieht.

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Abbildung 19: Strategie zur nachhaltigen Mobilität von Volkswagen

Die wesentliche Zielsetzung Volkswagens ist die Integration der Brennstoffzellentechnologie in konventionelle Fahrzeugmodelle, ohne die Fahrzeugstruktur komplett zu verändern. Mit dem Modularen Querbaukasten (MQB), der zu den weltweit innovativsten technischen Plattformen gehört, ist Volkswagen in der Lage, unterschiedliche Antriebstechnologien in ein und dieselbe Fahrzeugplattform zu integrieren und damit ein Modell sowohl mit den konventionellen Antriebsarten, als auch mit alternativen Antrieben wie Erdgas, Plug-In-Hybrid, Batterie oder Brennstoffzelle auszustatten.

Abbildung 20: Mit dem Modularen Querbaukasten MQB können alle verfügbaren Antriebssysteme in der gleichen Plattform integriert werden.

Für die weiterhin notwendige Forschung und Entwicklung im Zusammenhang mit der Brennstoffzellentechnologie betrieb Volkswagen im Rahmen des Projekts eine Flotte von Versuchs- und Forschungsfahrzeugen mit dem Ziel, die Technologie mittel- bis langfristig zur Marktreife weiterzuentwickeln. Dazu wurden zunächst sechs Fahrzeuge der Fahrzeuggeneration HyMotion3 weiterbetrieben. Seit dem Jahr 2014 wurden weitere acht Fahrzeuge der neuesten Technologiegeneration HyMotion4 in das Projekt eingeführt und im Projektverlauf teilweise parallel betrieben, so dass der technische Fortschritt praxisnah evaluiert und demonstriert werden konnte.

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Abbildung 21: Fahrzeuge der Volkswagen Brennstoffzellen-Fahrzeugflotte

Neben der kontinuierlichen Sicherstellung der Betriebsbereitschaft der Fahrzeuge standen im Zentrum des Vorhabens die umfassende wissenschaftliche Auswertung der Betriebsergebnisse und hierauf aufbauend die kontinuierliche Optimierung der Fahrzeugtechnologie. Schwerpunkte der Forschung wurden hinsichtlich des Alterungsverhaltens und seiner Beeinflussung durch unterschiedliche Betriebsbedingungen, sowie auf die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit der Komponenten des Brennstoffzellensystems gesetzt. Einen weiteren Schwerpunkt bildete die Erhöhung des Reifegrades der Fahrzeugflotte.

Lernpunkte wurden für die jeweils folgenden Fahrzeuggenerationen abgeleitet; Optimierungen wurden kontinuierlich eingeführt. Darüber hinaus wurden ausführliche Tests zur Betankung der Pkw entsprechend dem international gültigen Betankungsstandard SAE J2601 durchgeführt. Im Zuge der Forschungsaktivitäten konnten wertvolle Erfahrungen gewonnen und Optimierungspotenziale bei der praktischen Umsetzung des Befüllprozesses aufgezeigt werden, die in die Weitentwicklung der Norm eingeflossen sind.

Im Mittelpunkt der Aktivitäten standen die technische Betreuung der Fahrzeuge und die Durchführung umfassender Betriebsdatenanalysen als Vorbereitung auf die weitere technische Optimierung der Brennstoffzellen-Pkw. In diesem Zusammenhang fanden umfassende Tests und daran anschließend eine Bewertung der Technologie hinsichtlich ihrer Langzeitstabilität und Zuverlässigkeit statt.

16.3 Projektverlauf

Das Vorhaben wurde zum 01.01.2011 bewilligt und endete am 31.12.2014. Über den gesamten Projektzeitraum konnten die geplanten Aktivitäten wie vorgesehen umgesetzt werden.

Fahrzeugbetrieb: Es wurden zunächst sechs Pkw der Generation HyMotion3 im Großraum Berlin unter Alltagsbedingungen im Straßenverkehr betrieben sowie unter intensiven Einsatzbedingungen getestet. Ein regelmäßiger Betrieb war hierbei genauso von Bedeutung wie die Abdeckung unterschiedlicher Fahrprofile, um Erkenntnisse über die Alltagstauglichkeit der Technologie erlangen zu können. Es wurden umfassende Sensor- und Steuersignale mitgeloggt und umfassenden Evaluierungen unterzogen. Mit Hilfe dieser Vorgehensweise wurden Fahrzeugdaten generiert, deren Auswertung sowohl die Optimierung der Fahrzeugperformance als auch die Erhöhung der Zuverlässigkeit zum Ziel hatte. Der regelmäßige Fahrbetrieb konnte zudem zur Beschleunigung der technologischen Lernkurve, vor allem hinsichtlich der Erkenntnis über Alterungsvorgänge und die Beeinflussung der Fahrzeugperformance durch Umwelteinflüsse, genutzt werden.

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Sicherstellung der Betriebsbereitschaft: Der Betrieb und die Demonstration der Brennstoffzellenfahrzeuge unter realen Bedingungen stellten hohe Anforderungen an die Diagnose und Wartung der Fahrzeuge. Um die Fahrzeuge an ihrem überwiegenden Betriebsort in Berlin einer ständigen Kontrolle und Analyse unterziehen zu können, setzte Volkswagen im Rahmen des Vorhabens den Betrieb der Service- und Forschungsstation am Messedamm 8–10 in Berlin-Charlottenburg fort. Neben der Erhaltung der Betriebsbereitschaft der Fahrzeuge und der Durchführung des üblichen Fahrzeugservices diente die Service- und Forschungsstation am Messedamm insbesondere der kontinuierlichen Überwachung der relevanten Komponenten des Antriebsstrangs.

Datenerfassung und –auswertung: Während des Betriebs der Fahrzeuge wurden mittels eines Datenloggers kontinuierlich Messdaten aufgenommen. Der Betrieb der Fahrzeuge erfolgt im Wesentlichen unter alltagsnahen Bedingungen.

Die Vorgehensweise bei Fahrbetrieb und Erprobung gestaltete sich wie folgt: Auf festgelegten Routen im Raum Berlin wurden die Fahrleistungen erbracht. Im Zuge der Datenauswertung wurden dann wesentliche Kennzahlen (z.B. Zuverlässigkeit und Verbrauch) ermittelt sowie das Verhalten unterschiedlicher Komponenten überwacht. Am Rollenprüfstand wurden vereinzelt Untersuchungen wiederholt und Testergebnisse validiert. Tests bei extremen Umgebungsbedingungen dienten schließlich dazu, Betriebsgrenzen und die Zuverlässigkeit der Systeme und ihrer Komponenten zu testen.

Abbildung 22: Teststrecken in Berlin

Im Rahmen des Vorhabens wurden fahrzeugtaugliche Geräte zur Messdatenerfassung inklusive der speziell auf diese Anwendung angepassten Software zum Einsatz gebracht. Ein kontinuierlicher Fahrzeugeinsatz führte aufgrund der großen Datenmengen zu einem entsprechenden Speicher- und Sicherungsaufwand. Gleichzeitig wurden regelmäßig Konfigurationsanpassungen an den Loggern durchgeführt um die Datenaufzeichnung den wachsenden Anforderungen an die Datenmenge und -qualität gerecht zu werden.

Die Messdaten wurden gesichert und der (teil-)automatisierten Auswertung zugeführt. An den Fahrzeugen auftretende Fehler konnten anhand der Daten von den verantwortlichen Arbeitsgruppen analysiert und abgestellt werden. Infolgedessen wurde über den gesamten Projektverlauf eine hohe Zuverlässigkeit der Fahrzeuge erreicht.

Umsetzung der Erfahrungen: Die gesamte Fahrzeugflotte unterlag einem kontinuierlichen Verbesserungsprozess. Die Erhebung umfassender Fahrzeugdaten erlaubte dabei eine detaillierte

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Analyse des Betriebs- und Alterungsverhaltens einzelner Komponenten, was für Volkswagen von maßgeblicher Bedeutung bei der Entwicklung der Generation HyMotion4 und ihrer Nachfolgegenerationen war und ist. Die im Rahmen der Fahrzeugerprobung der HyMotion3-Fahrzeuge gesammelten Erkenntnisse wurden bei der Entwicklung der neuen Fahrzeuggeneration berücksichtigt.

Daneben erfolgte auch ein intensiver Austausch innerhalb der CEP, der Volkswagen Betriebsdaten seiner Fahrzeuge zur Verfügung stellte. Diese fanden Eingang in die zentralen CEP-Datenbanken und standen somit für eine gemeinsame wissenschaftliche Auswertung der in der CEP aktiven OEM zur Verfügung. Über den Abgleich mit den durch die CEP-Infrastrukturpartner erhobenen Daten lieferte Volkswagen so einen wertvollen Input für die CEP-Gremien, der u.a. eine Validierung des Betankungsprozesses erlaubte. Die Ergebnisse fließen zudem weiterhin in die mit anderen Fahrzeugherstellern gemeinsam vorangetriebene Ausarbeitung von Standards und Normen zur Schnittstellendefinition ein. Insbesondere die Erkenntnisse Volkswagens über das Zusammenspiel von Fahrzeug und Betankungsinfrastruktur und die Eignung von Betankungskomponenten werden von herausragender Bedeutung für den künftigen Erfolg der Wasserstofftechnologie unter Marktbedingungen sein.

Abbildung 23: Katherina Reiche, Staatssekretärin beim Bundesminister für Verkehr und digitale Infrastruktur, und Patrick Schnell, Vorsitzender der CEP, bei der offiziellen Erstbetankung eines Fahrzeugs an der TOTAL Multi-Energie-Tankstelle Berlin-Schönefeld



Kernpunkte in dem Forschungsprojekt waren wesentliche Untersuchungen hinsichtlich der Belastung und Belastbarkeit der Antriebskomponenten, bezüglich der Robustheit und des Alterungsverhaltens der speziellen Antriebsstrangkonfigurationen sowie Forschungsleistungen zur Erhöhung des Reifegrades der Fahrzeugflotte Generation HyMotion3, wofür der Flottenbetrieb unter Realbedingungen optimale Voraussetzungen bot.

Insgesamt verfügt die HyMotion3-Forschungsflotte über eine Gesamtlaufleistung unter Forschungsbedingungen von nahezu 284.000 km, wobei der monatliche Spitzenwert bei fast 20.000 km lag. Seit Vorhabenbeginn wurden während des Flottenbetriebs kontinuierlich umfangreiche Daten von mehr als 1.500 Signalen mitgeloggt. Der sog. real-life-Betrieb der Fahrzeuge

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erlaubte dabei Einblick in das Verhalten der Fahrzeuge und Komponenten unter realen Bedingungen. Um vergleichbare und in einem gewissen Maße reproduzierbare Daten zu erhalten, wurden die Autos auf wiederkehrenden Routen betrieben. Dabei wurde auch die Fahrzeugposition permanent über GPS getrackt. Über eine automatisierte Auswerteroutine wurden im Nachgang vollständig gefahrene Routen innerhalb der Datensätze identifiziert und anschließend einer umfassenden Datenanalyse unterzogen.

Die statistische Auswertung der Gesamtheit jeweils aller einzelnen Routen erlaubte den Abgleich der Fahrprofile zwischen Real-Life-Betrieb und etablierten Standardfahrzyklen. Als Basis wurde im Wesentlichen auf drei Artemis-Zyklen zurückgegriffen, die – anders als der in der Europäischen Union für Abnahmefahrten etablierte „Neue Europäische Fahrzyklus“ (NEFZ) –, über eine hohe Dynamik bei den Beschleunigungs- und Verzögerungswerten verfügen und damit eher den realen Anforderungen entsprechen: So repräsentiert der Artemis Urban-Zyklus innerstädtische Fahrten mit Maximalgeschwindigkeiten bis annähernd 60 km/h, für Überlandfahrten wird der Artemis Road-Zyklus mit Geschwindigkeiten bis etwa 110 km/h eingesetzt und der Artemis Motorway Zyklus repräsentiert Autobahnfahrten mit Spitzengeschwindigkeiten bis 150 km/h. Es zeigt sich, dass die in Berlin gefahrenen Stadtrouten vom Geschwindigkeitsprofil mit dem Fahrprofil „Artemis Urban“ nahezu identisch sind und die Langzeiterprobungen dementsprechend einen späteren innerstädtischen Kundenbetrieb sehr gut abgebildet haben.

Daneben konnten umfangreiche komplexe Analysen hinsichtlich des Alterungsverhaltens unterschiedlicher Komponenten im Brennstoffzellenantrieb durchgeführt werden. Ein zentraler Arbeitsschwerpunkt lag in der intensiven Untersuchung des Alterungsverhaltens des Brennstoffzellenstapels und des Einflusses unterschiedlicher Fahrprofile auf die Degradation.

Ein weiterer Schwerpunkt war die automatisierte Langzeitbeobachtung von peripheren Komponenten.

Schließlich stand im Forschungsprojekt die Erforschung der H2-Tanks im Zusammenspiel mit dem Betankungsprotokoll SAE J2601 im Fokus. Dazu wurden im Laufe des Forschungsprojekts insgesamt fast 1.500 Betankungen an CEP-Tankstellen vorgenommen. Über Sensoren wurden Daten zur Temperatur im Tank, zum Druck und zur H2-Konzentration aufgenommen und daraus automatische Analysen der Betankung erstellt.

Die Betankung der Brennstoffzellen-Flotte erfolgte nach dem Betankungsprotokoll SAE J2601 über die sogenannte Durchschnittsdruckanstiegsratenmethode, bei der abhängig von Starttemperatur und Startdruck eine Druckanstiegsrate gewählt wird, die den Druckanstieg pro Zeiteinheit festlegt (max. 60g H2/s). Der Vorteil dieser Vorgehensweise ist, dass die entstehende Kompressionswärme proportional zum Druckanstieg und nicht zum Volumenstrom entsteht, weshalb dieses Protokoll als sicherer gegenüber etwa einer Betankung mit konstantem Volumenstrom gilt. Da bei der Betankung durch den Druckanstieg im Fahrzeugtank Wärme entsteht, die bei einer zu schnellen Betankung zu einer Überhitzung und Schädigung und in Extremfällen sogar zu einem Versagen des Tanks führen kann, ist für die Betankung zuvor die Definition von Füllrampen und Vorkühlung notwendig, um trotz der schnellen Betankung die notwendige Sicherheit zu gewährleisten. Während des gesamten Tankvorgangs ist die Tankstelle daher dafür verantwortlich, dass die Betankung innerhalb eines bestimmten Betriebsfensters abläuft.


Die im Rahmen des Vorhabens erlangten Erkenntnisse über die Eignung und die Nachteile des Standards für 700-bar-Druckgasbetankungen flossen bereits wesentlich in den Standard SAE J-2601 ein, der an verschiedenen CEP-Standorten entsprechend erprobt wurde. Das Vorhaben leistete insofern einen maßgeblichen Beitrag zur Erlangung der Marktfähigkeit der Technologie. Volkswagen wird künftig auch weiterhin die Marktvorbereitung für Wasserstoff als Kraftstoff verfolgen.

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Abbildung 6: Impressionen der neuen Fahrzeuggeneration HyMotion4 sowie der aktuellen CEP-Fahrzeugflotte

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17 PROJEKTMODUL: Weiterführung der Ford Brennstoffzellen-Technologieentwicklung zur Erreichung von konzernweiten Kostenzielen

Projekttitel: Clean Energy Partnership (CEP) - Projektmodul: Weiterführung der Ford Brennstoffzellen-Technologieentwicklung zur Erreichung von konzernweiten Kostenzielen

Verbundpartner im Projektmodul: Ford Werke GmbH


01.04.2012 – 30.09.2016

Förderquote 48%




17.1 Kurzfassung

Die vier technischen Arbeitspakete für den Zeitraum 2012 – 2016 knüpften an die in den CEP-Phasen I und II begonnenen Arbeiten mit dem Ziel an, Kosten und Lebensdauer der BZ-Technologie zu verbessern.

o AP1: Kosten-Nutzen-Gegenüberstellung von 350-bar- und 700-bar-Tanksystemen

Im Vergleich der Behälterkosten pro kg gespeicherten H2 zeigt sich je nach Behältergröße ein Kostenanstieg von 67-100% der 70 MPa gegenüber der 35 MPa Technologie, der größtenteils auf den höheren Faserbedarf zurückzuführen ist. Diese Kostenerhöhung wird durch die Reichweitenverbesserung nicht wettgemacht, so dass insgesamt die 70 MPa Technologie nur für Anwendungsfälle empfohlen werden kann, bei denen Platzbedarf ein ausschlaggebendes Kriterium ist. Durch den Einsatz der Infrarot-Kommunikationsschnittstelle konnte ein Zugewinn von bis zu 10 % Befüllgrad gegenüber Befüllungen ohne Kommunikationsschnittstelle bestätigt werden. Diese Technologie zeigt somit ein großes Potential in späteren Fahrzeugprogrammen zum Einsatz zu kommen. Das erstellte Tankmodell ist für weitere Analysen und Arbeiten zur Optimierung des Kosten-Nutzen-Verhältnisses verfügbar und wird in Folgeprojekten eingesetzt werden.

o AP2: Verbesserte Datenerfassung im Versuchsfahrzeug als Beitrag zur Ermittlung von Korrelationen zwischen Betriebsbedingungen und Lebensdauer

Es ist immer noch ein wichtiges übergeordnetes Ziel, zu einem Verständnis der Korrelation zwischen Betriebsbedingungen im realen Fahrzeugbetrieb und Degradation der Brennstoffzelle und des Brennstoffzellensystems zu gelangen. In AP2 wurde als Beitrag dazu die Tauglichkeit der aus Beschleunigungsvorgängen stammenden Messpunkte für die Darstellung der Polarisationskennlinie gezeigt sowie eine einfache Methodik für ein Vorscreening der ungefilterten Messdaten auf Auffälligkeiten entwickelt. Eine detailliertere Untersuchung zu den Zuverlässigkeitsbereichen, um die verbleibende Ungenauigkeit zu ermitteln, ist begonnen aber noch nicht beendet. Das Problem der Korrelationen zu den Teststandsdaten bleibt ungelöst und soll in einem weiteren Projekt nochmals neu aufgegriffen werden. Da kritische Kenngrößen der Brennstoffzelle im Fahrzeug nicht oder nur indirekt erfasst werden können, kann keine direkte Korrelation zu den am Teststand erfassten Daten hergestellt werden und die Transferfunktionen sind nach wie vor unbekannt.

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o AP3: Modellbasierte Untersuchung verschiedener Brennstoffzellen-Antriebsstrang-Topologien im Hinblick auf deren Energieeffizienz.

Der Hauptunterschied in den untersuchten unterschiedlichen Hochvoltarchitekturen bestand in der Art der Ankoppelung der beiden Hauptkomponenten Brennstoffzellensystem und Hochvoltbatterie an den elektrischen Traktions-Hochvoltbus und in der Leistungsverteilung zwischen ihnen. Der Traktionsantrieb wurde mit spannungsabhängigen Verlustleistungskennfeldern eines Permanentmagnet-Synchronmotors (PSM) modelliert. Der höchste Anteil der Verluste entfiel auf diese Komponente.

Ein klarer Vorteil ergibt sich bei allen Topologien und Leistungsverteilungen, wenn die Arbeits-Spannungsbereiche der Brennstoffzelle, der Hochvoltbatterie und der elektrischen Inverter/Traktionsmaschinen-Einheit sich weitgehend überschneiden oder im Idealfall identisch sind.

Während dieses Projekts wurden wichtige Erkenntnisse über die Energieflüsse und Verluste gesammelt und modellbasierte Werkzeuge für die Analyse der Konzepte geschaffen. Diese Werkzeuge werden in den Folgeprojekten weiterverwendet werden. Erste hier gesammelte Erkenntnisse sind bereits in Auslegung und Design des Prototypfahrzeugs eingeflossen. In den nächsten Schritten werden optimierte Energiemanagementstrategien einwickelt und im Fahrzeug ausprobiert werden. Aus Gründen der Vergleichbarkeit wurde auf optimierte Strategien zur Leistungs- und Spannungsregelung weitgehend verzichtet. Diese Strategien bieten ein erhebliches Optimierungspotenzial und sollen in einem Folgeprojekt genauer untersucht werden.

o AP4: Aufbau eines Versuchsträgers zur Erprobung der Systemtechnologie in Kombination mit dem elektrifizierten Antriebsstrang

Als Basis für den FCV Prototypen dient ein Ford Fusion Plug-in Hybridfahrzeug (PHEV). Alle Arbeiten der Fahrzeugmodifikation wurden in Aachen bzw. in der Pilot Plant der Ford Werke in Köln durchgeführt. Die Regelung des FCV Antriebsstrangs wird von einer zentralen Rapid Control Prototyping (RCP) Einheit übernommen. Die modellbasiert entwickelte Software auf der RCP Einheit bestimmt die von der Fahrsituation abhängige optimale Betriebsstrategie und kommuniziert mit den jeweiligen Subsystem-Steuergeräten. Für die Entwicklung des Energiemanagements wurden zunächst die Fahrzeug „Use Cases“ definiert und daraus die System- und Subsystemanforderungen abgeleitet. Echtzeitfähige, modellbasierte Regelstrategien für eine optimale Leistungsverteilung zwischen Brennstoffzelle und HV Batterie können nun im Prototypen-Fahrzeug getestet werden. Das Fahrzeug ist fertig aufgebaut und in Betrieb genommen. Es wurde auf der NIP1 Schlusskonferenz in Berlin der Öffentlichkeit vorgestellt.


Die Haupthindernisse für die Markteinführung von Brennstoffzellenfahrzeugen sind nach Auffassung von Ford nach wie vor Kosten und Lebensdauer der BZ-Technologie. Daher hatten alle hier dargestellten Teilvorhaben das übergeordnete Ziel, Kosten für Teilsysteme des Brennstoffzellenfahrzeugs zu senken bzw. neue Technologien zu entwickeln, die zur Erreichung der Kostenziele beitragen. Alle Themen knüpften an das technische Modul aus CEP Phase II an und setzten sie gemäß der in der Ausschreibung dargestellten Schwerpunkt- und Zielsetzungen für Phase III fort. Es wurden vier Arbeitspakete definiert.

Arbeitspaket 1: Kosten-Nutzen-Analyse der 350 bar / 700 bar sowie 700 bar Typ 3 und Typ 4 Tanksystemtechnologie

Die Gegenüberstellung von Kosten und Nutzen der 700 bar Technologie gegenüber 350 bar allgemein war erklärtes Wissensziel in CEP III, vor allem inwiefern der Einsatz von Typ 4 700 bar Tanksystemen eine Kostenreduzierung verspricht. Zur Unterstützung dieses Arbeitspakets wurden 2 Ford Focus Brennstoffzellenfahrzeuge mit einem Brennstoffzellensystem der ersten Generation aus dem Flottenversuch CEP II eingesetzt.

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Arbeitspaket 2: Verbesserung der für Lebensdauer-Betrachtung zur Verfügung stehenden Datenbasis / der Datenqualität aus den Flotten- und Versuchsfahrzeugen

Dieses Arbeitspaket war die Fortführung einer in CEP II nicht erfolgreichen Aktivität zur Ermittlung von End-of-Life (EoL) – Kriterien im Fahrversuch. Es wurde ein Ford Explorer Technology Demonstration Vehicle (TDV) mit einem Brennstoffzellensystem der zweiten Generation eingesetzt. Im Fokus stand die Verbesserung der aus den Fahrzeugen verfügbaren Datenbasis, nicht mehr wie in CEP II die Ermittlung von Korrelationen zwischen Betriebsbedingungen und Lebensdauer.

Arbeitspaket 3: Verbesserung des Systemwirkungsgrads durch optimierte Hybridisierung

Während des Berichtszeitraums wurden verschiedene Konzepte und Strategien in einer Simulationsumgebung erstellt und bewertet. Sie werden zukünftig in dem neuen Testfahrzeug (s. AP4) erprobt werden.

Arbeitspaket 4: Aufbau eines Technologie Demonstrators

Mithilfe des Demonstrators soll der bisher erreichten Zwischenstand der Technologieentwicklung im Fahrzeug erprobt und weitere Kostensenkungspotenziale auf Antriebsstrang-Ebene ermittelt werden. Das Fahrzeug ist eine Entwicklungsplattform, kein Kunden- oder Präsentationsfahrzeug. Die Vorarbeiten dafür begannen in 2015, nachdem sie mehrfach aufgrund von allgemeinen Verzögerungen im Projekt verschoben werden mussten. In das Fahrzeug verbaut wurde ein Brennstoffzellensystem der Generation 3.

Die Zusage für die Förderung dieser Inhalte wurde im April 2012 erteilt.

Nach Projektevaluierungen mussten folgende Änderungen vorgenommen werden:

AP1: Die ursprünglich geplante Umrüstung auf ein 700 bar Typ 4 Tanksystem musste entfallen, da es nicht gelang einen Tanksystemzulieferer zu identifizieren, der im Rahmen der geplanten Mittel ein für den Focus passendes Typ 4 Tanksystem entwickeln bzw. liefern konnte. Die Kosten überstiegen das geplante Budget deutlich. Stattdessen wurden die Unterschiede analytisch mit Hilfe eines Simulationstools ermittelt.

AP4: Aufgrund von Verzögerungen in der Verfügbarkeit der Prototypensysteme konnte während der Projektlaufzeit nur noch ein Fahrzeug aufgebaut werden. Weitere werden folgen, aber außerhalb des Berichtszeitraums.

Ursprünglich war geplant, die Ford C-Plattform für dieses Fahrzeug zu verwenden. Stattdessen wurde der Fusion Energi, ein Plug-in Hybrid, verwendet. Die Gründe dafür waren die Ergebnisse aus dem AP3, aber auch die Entwicklung der Marktsegmente und eine Abschätzung der erforderlichen Umbauaufwände.

17.3 Projektverlauf

Die wesentlichen wissenschaftlichen und technischen Ziele von Ford waren:

o Erprobung einer Infrarot- Kommunikationsschnittstelle zwischen Fahrzeug und Tankstelle im Alltagsbetrieb

o Gegenüberstellung von Kosten und Nutzen der 700 bar Wasserstoff-Tanktechnologie gegenüber 350 bar

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o Verbesserung der aus den Fahrzeugen aufgezeichneten Daten, so dass zukünftig Betrachtungen zu der Auswirkung von realen Betriebszuständen und ihr Vergleich mit Teststandsdaten ermöglicht werden

o Identifizierung und Quantifizierung von Energieflussoptimierungsmöglichkeiten auf Powertrain Ebene

o Aufbau eines Technologiedemonstrators mit einem Brennstoffzellensystem der dritten Generation, in dem alle in den Teilarbeitspaketen ermittelten Optimierungen erprobt werden können

Die technischen Projektziele wurden in den Arbeitspaketen 1 und 4 erreicht, im Arbeitspaket 2 mit Einschränkungen erreicht. Im Arbeitspaket 3 steht die Erprobung der vielversprechendsten Strategien auf Fahrzeugebene noch aus. Die in den Arbeitspaketen 2, 3 und 4 begonnenen Arbeiten werden Ford intern fortgeführt.

Der Abbildung 2: CEP Fahrzeuge bei der NIP Konferenz in Berlin

Betrieb der zwei Focus Testfahrzeuge erfolgte über die gesamte Projektlaufzeit weitgehend störungsfrei. Die Zuverlässigkeit des Testfahrzeugs auf Explorer Basis ließ in den ersten Jahren zu wünschen übrig, konnte dann jedoch stark verbessert werden. Dennoch wurden die für den Fahrversuch geplanten 500 Betriebsstunden nicht erreicht. Eine Übersicht über die Betriebszeiten der Ford Fahrzeuge während der Projektlaufzeit folgt in Tabelle 1

Tabelle 1: Fahrleistung der Testfahrzeuge im Berichtszeitraum in km

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Nach wie vor sind die heutigen Kosten des Antriebsstrangs inklusive Tanksystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug noch signifikant höher als die Kosten für konventionelle Systeme. Das Auflegen einer Kleinserie ist aus rein finanziellen Gründen für Ford erst dann zu vertreten, wenn auf der Kostenseite ein deutlicher Fortschritt erreicht ist oder spezifische Anwendungsfälle dies erfordern. Die zugehörige Konzernstrategie ist Gegenstand ständiger Überprüfung. In diesen Überprüfungen finden regelmäßig auch Ergebnisse aus der CEP oder ähnlichen Initiativen Berücksichtigung.

Die CEP hat in den vergangenen Jahren demonstriert, dass Wasserstoff als Kraftstoff in Brennstoffzellenfahrzeugen sicher und zuverlässig eingesetzt werden kann. Trotz verbesserter wirtschaftlicher Perspektiven muss für die Potenziale der Wasserstoffmobilität als Beitrag zu einer nachhaltigen Mobilität der Zukunft weiterhin geworben werden. Nach wie vor sind die erforderlichen Geschäftsmodelle für eine zuverlässige und bezahlbare Wasserstoffmobilität von morgen nur in Ansätzen erkennbar.

Die Kosten für Technologie und Fahrzeuge sowie die Robustheit und Lebensdauer sind nach wie vor Hürden für eine erfolgreiche Markteinführung. Die in CEP III und den verbundenen Initiativen (z.B. H2 Mobility) geleisteten Arbeiten tragen umfänglich zum Abbau dieser Hürden bei, konnten sie aber nicht vollständig beseitigen. Es müssen noch weitere Durchbrüche bei der Sicherstellung der Wirtschaftlichkeit des Wasserstoffs als Energieträger für alle beteiligten Unternehmen der Wertschöpfungskette erzielt werden.

Die konkreten technischen Projektziele wurden in den Arbeitspaketen 1 und 4 erreicht, im Arbeitspaket 2 mit Einschränkungen erreicht. Im Arbeitspaket 3 steht die Erprobung der entwickelten Strategien auf Fahrzeugebene noch aus. Die in den Arbeitspaketen 2, 3 und 4 begonnenen Arbeiten werden Ford intern fortgeführt.

Erprobung einer Infrarot- Kommunikationsschnittstelle im Alltagsbetrieb

Eines der Ford Focus-Fahrzeuge wurde mit Typ 3 700 bar Tanktechnologie und einer Kommunikationsschnittstelle zur Tankstelle ausgestattet.

Abbildung 3: Ford Focus FCEV Wasserstofftanksystem

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Das Fahrzeug wurde 2012 bis 2014 in Berlin betrieben. Ziel war eine Gegenüberstellung der Betankung mit 350 bar gegenüber 700 bar inkl. Kommunikationsschnittstelle in demselben Fahrzeugtyp mit ansonsten unveränderter Technik.

Im Idealfall sollte die Betankung eines beliebigen Fahrzeugs einen Ladezustand von 100 % erreichen, um die Fahrzeugreichweite zu maximieren. Gerade die H2 Druckspeichertechnologie weist hohe Kosten pro gespeicherten kg Wasserstoff sowie einen großen Platzbedarf im Fahrzeug auf, so dass auch kleinere Verbesserungen hohe Wichtigkeit haben. Eine Befüllung ohne Kommunikation zwischen Fahrzeug und Station, die gemäß aktuellen Befüllprotokoll einen Befüllgrad von nur ca. 90 % erreicht, bedeutet einen Reichweitenverlust von 50-60 km. Um diesen Verlust zu kompensieren müsste der Tank 18 kg schwerer, 34 l größer und um 8% teurer sein.

Abbildung 4- Auswirkung des Befüllzustands auf Gewicht und Volumen

Die durch das aktuelle Befüllprotokoll (SAE J2601) alternative Befüllung mit Kommunikationsschnittstelle ermöglicht einen Befüllgrad nahe 100 %, was in einer einjährigen Testphase des umgerüsteten Fahrzeugs ohne Zwischenfälle in Berlin gezeigt werden konnte. Die Kommunikationsschnittstelle, bestehend aus einer IR Sender- und Steuergeräteinheit wurde in das Fahrzeug integriert und über ein Gateway an den bestehenden Fahrzeug CAN Bus, zur Übertragung der notwendigen Tanksignale angeschlossen.

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Abbildung 5 - Kommunikationsschnittstelle: IR Sendereinheit am Befüllanschluss des Fahrzeugs

Nach ersten Labortests mit Hilfe von einer IR Empfangseinheit und entsprechender Software sowie Dummy-Sensorsignalen der Tanktemperatur und des Tankdrucks konnte die Funktionalität der Schnittstelle bestätigt werden. Nach ersten Fahrzeugtests an drei H2 Stationen in Berlin konnte das Fahrzeug wieder in Kundenhand gehen und die einjährige Demonstrationsphase ohne Fehler an der Schnittstelle absolvieren. Typische Befüllraten zwischen 93-98 % wurden dabei erzielt, wobei anzumerken ist, dass zu dieser Zeit nicht alle der Tankstationen bereits das SAE Betankungsprotokoll hinterlegt hatten. Die Ergebnisse wurden bereits im CEP Bericht „Infrared Communication Technology for Advanced Hydrogen Refueling of Fuel Cell Vehicles“ zusammengefasst und auf der CEP KIM Datenbank abgelegt.

Die Infrarot Kommunikationstechnologie arbeitete ebenfalls ohne Ausfälle und ermöglichte Befüllungen mit Kommunikation zur Betankungsstation. Die Wasserstoffmenge und damit die Reichweite des Fahrzeugs konnte im Vergleich zu der 350 bar Technologie um 1 kg bzw. ca. 80 km auf 400 km (+25 % Reichweite im NEDC Zyklus) erhöht werden. Bei identischen äußeren Abmessungen wäre in der Kombination von 70 MPa Technologie mit Kommunikation somit eine Reichweitensteigerung von ca. 40 % im Vergleich zur 350 bar Technologie ohne Kommunikation möglich.

Die 700 bar Technologie konnte sich während der Projektphase bei den meisten Partnern bereits als die derzeit bevorzugte Lösung etablieren und sich gegenüber Druckgasspeicherung mit anderen Druckniveaus oder Flüssigwasserstoffspeicherung durchsetzen.

Gegenüberstellung von Kosten und Nutzen der 700 bar Wasserstoff-Tanktechnologie gegenüber 350 bar

Die analytische Kostenbewertung unterschiedlicher Tanktypen wurde auf der Basis eines Finiten Elemente Models erstellt. Ziel ist die Menge an Kohlenstofffasern pro gespeicherte Wasserstoffmenge zu minimieren und dadurch die Tankkosten zu optimieren.

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Abbildung 6: Prozentuale Kostenverteilung von zwei Typ 4 Tanks, Tank 1: 1000 x 460 mm, Tank 2: 1000 x 300 mm (5 kg verfügbarer Wasserstoff gesamt; angenommenes Produktionsszenario von 10.000 Stück pro Jahr)

Das Modell errechnet u.a. die lokalen Spannungsverteilungen der Kohlenstofffaser von unterschiedlichen Tankdesigns. Hierbei wurde eine Modellkette erstellt, die anhand Initialisierungsdaten die Spannungsverteilung der einzelnen Faserlagen entlang der Tanklängsachse, wie auch Meridians berechnet und grafisch ausgibt. Zusätzlich werden Tankattribute, wie Gewicht und Volumen der verwendeten Materialen berechnet. Über derzeit zur Verfügung stehende Material-, Prozess- und typischen Markupkosten für zuvor festgelegte Produktionszahlen pro Jahr werden die Tank-Gesamtkosten pro Stück ermittelt und mit unterschiedlichen Designs verglichen, um die Ford internen Kostenoptimierungsanstrengungen zu unterstützen.

Um den Rechenaufwand des Finiten Element Modells zu minimieren, wurde eine Methode entwickelt die es erlaubt von einem 360° Tankmodell abzuweichen und den Tankaufbau anhand eines Sektormodells nachzustellen ohne die Achsensymmetrie der Ergebnisse zu verletzen.

Abbildung 7: 360°- versus Sektor-Modellierung und beispielhaftes FE Ergebnis der Spannungsverteilung bei Berstdruck inkl. Liner und Boss

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Die Ermittlung der einzelnen Faserlagenkonturen und Faserwickelwinkel wird in einem der Finite Elemente Methode vorgeschalteten Schritt berechnet. Im Gegensatz zur zylindrischen Tankregion, ändern sich Lagendicke und Faserwickelwinkel in der Tank Domregion stetig. Die sich ergebende Gesamttankkontur inklusive des Liners und dem Tankboss, wird im ersten FE Schritt benötigt, um das FE Netz des Tanksektors zu erzeugen.

Abbildung 8: Liner- und Einzellagenkonturen sowie deren Wickelwinkelverteilung

Die an die Vorberechnung zurückgegebenen Schwerpunktkoordinaten der Netzelemente bestimmen die letztendliche Faserorientierung jedes Elements. Zusammen mit geeigneten Randbedingungen, Materialeigenschaften und dem Tankinnendruck werden in einem zweiten FE Schritt die Ergebnisse für zuvor berechnete Auswertungspfade ermittelt und graphisch dargestellt, um z.B. die Spannungsverteilung der einzelnen Lagen zu bewerten.

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Abbildung 9: Spannung in Faserrichtung bzw. durch die Laminatdicke

Zusätzlich werden die einzelnen Massen und Volumina bestimmt, anhand derer die Tankkapazität und Speicherdichten ermittelt werden können. Nach Initialisierung läuft die Modelkette automatisch ab und generiert zuvor dargestellte Ergebnisse.

Das zuvor beschriebene Finite Elemente Modell konnte mit Hilfe von Daten der Tankhersteller zu existierenden Behältern erfolgreich validiert werden. Hierzu wurde ein existierendes Behälterdesign bzgl. Liner- bzw. Bossgeometrie, Lagenaufbau (Faserwickelwinkel) bzw. -dicken und Materialdaten modelliert. Die Spannungen in Faserrichtung bei Berstdruck wurden mit dem bereits validierten Modell der Industrie verglichen. Spannungsunterschiede wurden durch weitere Modellanpassungen u.a. bzgl. Lagenaufdickung und Wickelwinkelanpassung im Dom und Liner bzw. Boss zu Laminat Kontaktformulierung ausgeglichen. Die Ergebnisse des aktuell vorliegenden Modells stimmen gut mit denen der Industrie überein und daher eignet es sich für zukünftige Behälterkostenoptimierungen bzw. Konzept- und Technologieanalysen.

Der direkte Vergleich der 350 bar mit der 700 bar Technologie kann anhand des Modells für unterschiedliche Tankgeometrien vorgenommen werden. Hierbei wurden für die unterschiedlichen Materialparameter typische, in der Druckbehälterindustrie verwendete Werte im Modell hinterlegt.

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Die Ergebnisse einer exemplarischen Linergeometrie von 1302 mm Länge und 391 mm Durchmesser, sind in Tabelle 2 zusammengefasst.

Parameter 350 bar 700 bar

Länge extern (mm) 1378 1462

Durchmesser extern (mm) 425 461

H2 Kapazität (kg) 3,3 5,6

Komposit-Dicke Zylinder (mm) 16,9 35,0

Internes Volumen (l) 139,2 139,2

Externes Volumen (l) 178,4 213,6

Komposit-Volumen (l) 29,4 64,5

Liner-Volumen (l) 8,8 8,8

Boss-Volumen 2x (l) 1,0 1,2

Gesamtgewicht (kg) 57,6 113,4

Komposit-Gewicht (kg) 46,5 101,9

Gewicht Faser (kg) 31,8 69,6

Gewicht Harz (kg) 14,7 32,2

Gewicht Liner (kg) 8,4 8,4

Gewicht Boss 2x (kg) 2,7 3,2

Grav. Speicherdichte (Gew.-%) 5,5 4,7

Vol. Speicherdichte (g/l) 18,7 26,2

Tabelle 2: Modellergebnis 350 bar versus 700 bar Tank bei Annahme gleicher Linergeometrien

Bei gleichem inneren Tankvolumen kann die H2 Kapazität um 67 % gesteigert werden. Dies ändert sich bei gleichem externen Tankvolumen. Da das Kompositvolumen bei 700 bar vergrößert wird, fällt das innere Tankvolumen kleiner aus. Hierbei kann eine Steigerung der H2 Kapazität, je nach Behältergröße, von ca. 35-40 % festgestellt werden. Hierbei ist zu erwähnen, dass die behälterspezifischen Werte grundsätzlich durch einen optimierten Lagenaufbau verbessert werden können. Für den Vergleich der 350 bar mit der 700 bar Technologie ist dies jedoch nicht entscheidend, da die Optimierung für beide Varianten durchführbar ist und sich somit relativ zueinander ausmittelt. Für den hier vorgenommenen Vergleich wurde der prinzipielle Lagenaufbau nicht verändert, sondern die einzelnen Lagendicken und ggf. der Lagenauslauf im Dombereich verändert. Ebenfalls ist das Ergebnis des Vergleichs abhängig von der gewählten Tanklänge und dem gewählten Tankdurchmesser.

Eine Kostenbetrachtung konnte auf Grundlage der Material-, Prozess- und typischen Markup-Kosten erstellt werden. Hierbei wurden die einzelnen Herstellungsprozessschritte bzgl. ihrer Anschaffungskosten abgeschrieben über einen fixen Zeitraum, den im Jahr zur Verfügung stehenden Einsatzstunden, benötigte Stellfläche, Energie- und Verbrauchsbedarf, Prozessschrittzeit, Teile die pro Prozessschritt gefertigt werden können und der benötigten Personalstärke betrachtet.

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Betrachtet man eine Produktionsrate von 100.000 Stück pro Jahr können die normierten Behälterkosten pro kg gespeicherten Wasserstoff wie folgt dargestellt werden (Abbildung 10 und 11).

Abbildung 10: Normierte Behälterkosten pro kg gespeicherten Wasserstoff als Funktion des Durchmessers und Länge, 70 MPa Typ 4 Technologie, angenommene Produktionsrate 100.000 Stück pro Jahr

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Abbildung 11: Normierte Behälterkosten pro kg gespeicherten Wasserstoff als Funktion des Durchmessers und Länge, 35 MPa Typ 4 Technologie, angenommene Produktionsrate 100.000 Stück pro Jahr

Im Vergleich der jeweiligen Behälterkosten pro kg gespeicherten H2 zeigt sich je nach Behältergröße ein Kostenanstieg von 67-100% der 70 MPa gegenüber der 35 MPa Technologie, der größtenteils auf den höheren Faserbedarf zurückzuführen ist.

Aufgrund der geringeren volumetrischen Speicherdichte eignet sich die 35 MPa Technologie ausschließlich für Anwendungen bei denen Bauraumbeschränkungen eine untergeordnete Rolle spielen, wie z.B. Bus und Bahn. Bei bauraumkritischen Anwendungen wie z.B. dem Pkw, wird die 70 MPa Technologie zum Einsatz kommen müssen, um eine Fahrzeugreichweite von > 500 km zu realisieren ohne massiv Änderungen an dem Fahrzeug vornehmen zu müssen, die sich wiederum in weiteren zusätzlichen Kosten niederschlagen würden.

Abbildung 12: Volumetrische Tankspeicherdichte der 35 MPa und 70 MPa Typ 4 Technologie

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Diese zusätzlichen Kosten rechtfertigen zur Zeit nicht den Einsatz der 35 MPa Technologie im Pkw. Die offiziell formulierten Ziele des US Department of Energy fordern bis 2020 eine volumetrische Speicherdichte von mindestens 40 g/l externes Tanksystemvolumen für Pkw Anwendungen, welches der Dichte von Wasserstoff bei 70 MPa und 15 °C entspricht ohne die Tankarmierung und Systembauteile zu berücksichtigen. Dies unterstreicht die Forderung nach einer hohen volumetrischen Speicherdichte, die selbst die 70 MPa Technologie nicht erfüllen kann und damit nach weiterer Forschung im Bereich alternativer Speichertechnologien für Wasserstoff verlangt. Bis zum Durchbruch einer Technologie, welche diese Anforderungen erfüllt, ist die 70 MPa Technologie das ‚Maß der Dinge‘ für Pkw Anwendungen und rechtfertigt deshalb weltweite Anstrengungen von Industrie und Instituten, um die derzeitigen Kosten und Speicherdichten zu optimieren.

Die 700 bar Tanktechnologie des Ford Fahrzeugs konnte sich ohne nennenswerte Probleme im Alltag beweisen, jedoch ist sie pro gespeichertem kg Wasserstoff aufgrund des höheren Verbrauchs an Kohlefaser wesentlich teurer. Man braucht sie in erster Linie dort, wo Platzbedarf im Fahrzeug eine entscheidende Rolle spielt. Am Faserbedarf muss mit Priorität gearbeitet werden. Entsprechende Folgeprojekte in denen die hier beschriebenen Modelle zum Einsatz kommen werden, sind geplant und in Vorbereitung.

Verbesserung der aus den Fahrzeugen aufgezeichneten Daten, so dass Betrachtungen zu der Auswirkung von realen Betriebszuständen und ihr Vergleich mit Teststandsdaten ermöglicht wird

Die prinzipiellen Mechanismen der Degradation an PEM Brennstoffzellen waren und sind Gegenstand zahlloser Forschungsprojekte und -arbeiten. Kritische Randbedingungen, Degradationsmechanismen und davon abgeleitete beschleunigte Tests auf Einzelzellenebene sind bekannt. Jedoch fehlt der Brückenschlag zu den im realen Fahrbetrieb festgestellten Degradationszeiten. Weiterhin gibt es diverse Versuche, aus den Flottendaten durch statistische Datenanalyse zu den entsprechenden Schlussfolgerungen zu gelangen.

Einer der Schwachpunkte der Flottendatenanalyse war und ist die aus den Fahrzeugen vorliegende Datenbasis. Er entsteht aus der im Alltagseinsatz typischen Nutzung der Fahrzeuge mit sehr wenig Werten in höheren Lastbereichen. Verstärkt wurde dieser Aspekt noch durch den überwiegenden Einsatz der Fahrzeuge in städtischen Ballungsgebieten, in der Nähe der verfügbaren H2 Betankungsmöglichkeiten. Dieser Mangel könnte zumindest teilweise behoben werden, wenn die Beschleunigungsvorgänge mit in die Analyse einbezogen werden. Diese nichtstationären Betriebszustände werden oft durch eine entsprechende Vorfilterung ausgeschlossen um die beobachtete Streubreite der Daten zu reduzieren.

In diesem Projekt sollten mithilfe der völlig ungefilterten Fahrzeugdaten ganz ohne jede Mittelung oder ergänzende Berechnung zunächst die täglichen bzw. momentanen Unterschiede in der Leistungsabgabe der Brennstoffzelle ermittelt und dargestellt werden. Insbesondere sollte die tägliche Bandbreite der Leistungsabgabe, die ausschließlich durch temporäre reversible Effekte verursacht wird sowie die prinzipielle Nutzbarkeit von transienten Werten (Beschleunigungs- und Bremsvorgänge) untersucht werden.

Das Versuchsfahrzeug wurde mit einem Mehrkanal-Datenlogger ausgerüstet, auf dem die ausgewählten CAN Signale im Sekundentakt aufgezeichnet werden. Die Datenerfassung ist so konfiguriert, dass sie automatisch mit Einschalten der Zündung startet und für jeden Key Cycle eine eigene Messdatei anlegt.

In Summe stehen etwa 600 Signale auf den CAN Bussen des Fahrzeugs zur Verfügung. Von diesen wurden ca. 70 Signale ausgewählt. Sie beinhalten alle verfügbaren Informationen zu

o der Performance des Fahrzeugs bzw. der wichtigsten Subkomponenten bei jeder einzelnen Fahrt (z.B. Fahrzeuggeschwindigkeit, Brennstoffzellenstrom und –spannung, Wasserstoffverbrauch…)

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o den Umgebungsbedingungen dieser Fahrten (z.B. Umgebungstemperatur, Brennstoffzellentemperatur….)

Der festgelegte Fahrzyklus (siehe Abbildung 1, Fahrzyklus) bildete bei einem vollständigen Durchlauf die Polarisationskennlinie vollständig ab (Abbildung 14). Ein Datensatz besteht dann aus ca. 4000 Einzelmessungen aller 70 für die Aufzeichnung ausgewählten CAN Signale.

Abbildung 13: Polarisationskennlinie aus vollständig durchlaufenem Fahrzyklus

Abbildung 13 zeigt die übereinanderliegenden Daten von zwei Versuchsfahrten in 2013 und 2015. Alle Messwerte sind dargestellt. Eine permanente Degradation ist nicht feststellbar, was bei der geringen Anzahl der Betriebsstunden auch nicht erwartet wurde. Die Bandbreite der aufgezeichneten Spannungswerte beträgt ca. 20 V bei niedrigen Belastungen und konvergiert dann im verbleibenden Bereich ab ca. 50 A auf etwa 10 V. Diese Bandbreite ist ausschließlich durch temporäre Effekte im realen Betrieb verursacht, die in der kontrollierten Teststandsumgebung und bei stationärem Betrieb nicht auftreten, und in 2013 wie 2015 gleich.

In der Summe wurden über den gesamten Berichtszeitraum mehr als 2000 Datensätze angelegt. Für eine erste Vorsortierung wurde eine excelbasierte Auswerteroutine erstellt, die die einzelnen Messfiles konvertiert und grafisch darstellt. Es wurden nur die Datensätze übernommen, in denen die Fahrzeuggeschwindigkeit größer als Null war.

614 Datensätze wurden mit Hilfe dieser Routine für eine weitere Auswertung und Analyse identifiziert. Aufgrund der Größe der Messdateien konnten jedoch immer nur 250 Datenreihen in einer Datei vergleichend dargestellt werden. Die Rechenzeiten waren erheblich. Da eine Reduzierung oder Filterung der Datenmenge dem Projektziel nicht entsprochen hätte, wurden die weiteren Auswertungen mit MatLab® durchgeführt.

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Abbildung 14: Darstellung der einzelnen Messfiles mit excelbasierter Auswerteroutine

Für die weitere Auswertung und Analyse wird eine einfache und übersichtliche Darstellungsmethode der Polarisationskennlinie benötigt. Diese sollen dann einer vertiefteren Analyse unterzogen werden. Verschiedene rechnerische Darstellungen der Kennlinie ohne Datenmengenreduktion oder Approximierung wurden erprobt und verworfen, da sie insbesondere im Bereich der hohen Lasten den tatsächlichen Messpunkten nicht ausreichend folgten. Beispielhaft dafür steht Abbildung 15. Die verwendete Approximierungsgleichung ist die Tafel-Funktion. Die Abweichung ist umso deutlicher, je weniger Messpunkte für die Berechnung zur Verfügung stehen und stellt den Verlauf besser als gemessen dar.

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Abbildung 15: Darstellungen der aufgezeichneten Messdaten

Im Ergebnis wurde entschieden, die Darstellungen auf den linearen Bereich der Kennlinie zu beschränken, da damit die besten Ergebnisse in der Darstellung insbesondere des Verlaufs der Polarisationskennlinie bei den höheren Lasten erreicht werden konnten. Im niedrigen Lastbereich ist die beobachtete durch die momentanen Einflüsse verursachte Bandbreite sehr hoch. Es kommen hier Effekte wie z.B. stark überstöchiometrischer Betrieb, niedrige Strömungsgeschwindigkeiten, Fremdgas und Wasseransammlungen… zum Tragen. Die Werte der gemessenen Spannung konvergieren in der Gegend von 50 A von einer Bandbreite von 20 V auf ca 10 V (Abbildung 16), und bei dieser Bandbreite durch die temporären Effekte bleibt es dann in etwa auch bis 300 A. Eine Darstellung der Polarisationskennlinen als lineare Funktion im Bereich ab 50 A erscheint als die beste Möglichkeit einer vereinfachten Darstellung der vorliegenden Datenbasis.

Abbildung 16: Datenpunkte zweier Messfahrten, Bereich 1 – 50A

Der Verlauf einer linearen Funktion ist eindeutig beschrieben durch ihre Steigung. Diese Steigung ist in diesem Anwendungsfall zudem ein direktes Maß für den Leistungsverlust. Ein Vergleich der aus

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allen Daten des linearen Bereichs errechneten Steigungen der Polarisationskennlinien kann von daher zur weiteren Analyse der Datensätze verwendet werden. Um den Anfangs-Stromwert für diese Berechnung zu bestimmen, wurden mit MatLab® die Steigungen aller 614 Datensätze zwischen 55 und 120 A in Schritten von 5 A errechnet (Abbildung 17)

Abbildung 17: Steigungen aller 614 Datensätze mit unterschiedlichen Startwerten für die Errechnung der linearen Funktion

Ein Punkt in dieser Darstellung entspricht einem Datensatz. In dieser Darstellung ist jeder der 614 Datensätze mit 14 Datenpunkten vertreten, da die Steigungsberechnung mit 14 Startstromwerten durchgeführt wurde. Dennoch liegen sie in dieser Auflösung sehr dicht beieinander und die Werte konvergieren stark im Bereich zwischen -0,1 bis -0,3.

Die auf der Nulllinie liegenden Punkte repräsentieren alle Datensätze, die jenseits eines bestimmten Stromwerts keine Werte mehr haben.

Die Anforderung an eine schnelle und einfache Identifizierung von Ereignissen außerhalb des normalen Betriebs ist ebenfalls erfüllt. Alle Punkte oberhalb der Nulllinie repräsentieren einen Datensatz mit einer positiven Steigung. Da positive Steigungen für eine Polarisationskennlinie durch die Physik verboten sind, müssen diese Datensätze korrupt sein, oder es handelt sich um einen Datensatz aus extrem wenig Werten. Die senkrecht übereinanderliegenden Werte sind alles Repräsentationen desselben Datensatzes, errechnet mit unterschiedlichen Startstromwerten und einer extrem schlechten Leistungsabgabe. Eine kurze Überprüfung der Daten ergab, dass die meisten davon sehr wenig Messpunkte aufwiesen, die meisten sogar nur einen oder zwei, und diese mit einer sehr schlechten Stromabgabe.

Nach einer Löschung von nur 12 Datensätzen von gesamt 614 (7 davon mit positiven Steigungen, 5 davon mit extrem negativen Werten) bestätigt sich das Bild einer Konvergenz der Werte im Bereich zwischen -0,1 – 0,3.

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Abbildung 18: Reduzierung der Bandbreite durch Löschen korrupter Datensätze

Für die weiteren Analysen wurde eine lineare Darstellung der Polarisationskurve ab Stromwerten von 80 A festgelegt.

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Abbildung 19: Darstellung der errechneten Steigungen der Polarisationskennlinien von 602 Datensätzen ab einem Stromwert von 80 A

Mit dieser Art der Analyse ist eine schnelle Möglichkeit zum Vorscreening der Datensätze ohne eine Reduzierung oder Filterung der Datenmenge gefunden. Auffälligkeiten im Alltagsbetrieb können einfach identifiziert werden. Eine genauere Betrachtung der Fehlerbalken ist begonnen, war aber zum Zeitpunkt der Berichtserstellung noch nicht beendet.

Die Tauglichkeit der aus Beschleunigungsvorgängen stammenden Messpunkte für die Darstellung der Polarisationskennlinie wird beispielhaft in Abbildung 20 aufgezeigt. Sie zeigt, dass wie erwartet hohe Beschleunigungswerte mit hohen Stromwerten korrelieren. Diese Werte liegen alle im oberen Bereich der Kennlinie. In manchen Datensätzen sind diese Werte sogar die einzigen Werte in diesem Bereich. Die lineare Funktion erfasst diese Werte.

Abbildung 20: Korrelation zwischen positiven und negative Beschleunigungswerten und Stromabgaben

Damit sind zwei Hauptziele dieser Untersuchung erreicht, nämlich die Tauglichkeit der aus Beschleunigungsvorgängen stammenden Messpunkte für die Darstellung der Polarisationskennlinie zu beweisen sowie eine einfache Methodik für ein Vorscreening der ungefilterten Messdaten auf Auffälligkeiten zu entwickeln. Zum Zeitpunkt dieses Berichts läuft eine detailliertere Untersuchung zu den Zuverlässigkeitsbereichen, um den endgültig zu verwendenden Bereich festzulegen und die zugehörige Ungenauigkeit zu ermitteln. Durch die Verwendung der Beschleunigungsvorgänge als gültige Datenpunkte kann im Volllastbereich eine deutliche Verbesserung der Datenqualität erreicht werden. Die aufgezeichneten Kennlinien sind gültig. In einem zweiten Schritt sollte dann versucht

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werden, die festgestellten Unterschiede mit den ebenfalls erfassten Umgebungsbedingungen, z.B. der Umgebungstemperatur, zu korrelieren und sie, wenn möglich, zumindest in der Größenordnung zu quantifizieren.

Das Problem der Korrelationen zu den Teststandsdaten bleibt ungelöst und soll in einem weiteren Projekt nochmals neu aufgegriffen werden. Kritische Kenngrößen der Brennstoffzelle können im Fahrzeug nicht oder nur indirekt erfasst werden, beziehungsweise nicht in der erforderlichen Auflösung erfasst werden. So erfasst zum Beispiel eine Zellspannungsüberwachung nur die mittlere Zellspannung einer (oder eines Paars von) Einzelzellen, nicht aber die Verteilung über die Lauflänge; der Feuchtezustand der Membran wird üblicherweise aus anderen Daten abgeleitet. Somit kann keine direkte Korrelation zu den am Teststand erfassten Daten hergestellt werden und die Transferfunktionen sind nach wie vor unbekannt.

Identifizierung und Quantifizierung von Energieflussoptimierungsmöglichkeiten auf Powertrain Ebene

Bei den untersuchten unterschiedlichen Hochvoltarchitekturen handelt sich um drei Grundtypen der elektrischen Ankopplung der beiden Hauptkomponenten Brennstoffzellensystem und Hochvoltbatterie an den elektrischen Traktions-Hochvoltbus (Sekundärkreis).

Die Verschaltung der Hilfskomponenten wie elektrischer Turbolader für die Luftversorgung der Brennstoffzelle und Niedervoltbordnetz-DC/DC Wandler sowie weitere Hochvoltkomponenten wie elektrische PTC-Heizer und AC-Kompressor wurde für die vergleichende Untersuchung in unveränderter Form beibehalten.

Der Traktionsantrieb wurde mit spannungsabhängigen Verlustleistungskennfeldern eines Permanentmagnet-Synchronmotors (PSM) modelliert, die sowohl den Inverter als auch den elektrischen Motor beinhalten.

Die hauptsächlich für den Betrieb in den Homologationsfahrzyklen notwendigen Niedervoltverbraucher wie Kühlmittelpumpen wurden detailliert so abgebildet, dass deren realer Leistungsverbrauch dynamisch im Fahrzyklus berechnet wird. Für andere Verbraucher wie Bremskraftverstärker, Steuergeräte und Wandler-Steuerelektronik wurde ein konstanter Durchschnittswert über den Fahrzyklus eingesetzt.

Die drei untersuchten Hochvoltarchitekturen sind in Abbildung 21 – 23 skizziert.

Abbildung 21 - Variante 1 - FC-System an HV-Bus, HV-Batterie über DC/DC-Wandler angekoppelt

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Bei Variante 1 ist die Brennstoffzellensystemeinheit direkt am elektrischen Traktions-Hochvoltbus angeschlossen. Damit prägt das Brennstoffzellensystem die sich aus der Strom-zu Spannung-Charakteristik und des aktuellen Stromflusses aus der Brennstoffzelle ergebende Spannung auf den Traktionsbus auf. Der Traktionsantrieb und die angeschlossenen Hochvoltkomponenten müssen auf den Spannungshub und den Stromanstieg bei steigender Leistung ausgelegt sein.

Die Hochvoltbatterie ist wegen der Anforderung der regenerativen Auflade- und der Entladefähigkeit über einen bidirektionalen Auf-/Abwärts-Gleichspannungswandler an den Traktionskreis angeschlossen und muss auf der Sekundärkreisseite spannungsgeregelt der Brennstoffzellenausgangsspannung nachgeführt werden.

Abbildung 22 Variante 2 – FC-System über DC/DC-Wandler an Sekundärkreis angeschlossen, HV-Batterie direkt angeschlossen

Variante 2 verwendet nur einen DC/DC-Wandler für die Ankopplung der Brennstoffzelleneinheit an den Traktionskreis. Die Hochvoltbatterie ist elektrisch direkt an den Traktionsbus angeschlossen. Der Gleichspannungswandler zwischen Brennstoffzelleneinheit und Traktionsbus kann entweder als Auf/Abwärtswandler oder nur als Aufwärtswandler ausgeführt werden.

Ein einfacher Aufwärtswandler (Boost-Konverter) kann nur verwendet werden, wenn der Arbeitsbereich der Batteriespannung immer über dem der Brennstoffzelle liegt. Ist dies nicht der Fall, muss ein kombinierter Auf-/Abwärtswandler (Buck/Boost-Konverter) verwendet werden.

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Abbildung 23: Variante 3 – FC System und HV-Batterie über DC/DC-Wandler angeschlossen

In der Variante 3 werden sowohl die Brennstoffzelle als auch die Hochvoltbatterie über jeweils einen DC/DC-Wandler an den Traktionskreis angeschlossen. Für das Brennstoffzellensystem wird in dieser Konfiguration bevorzugt ein Boost- (Aufwärts)-Wandler verwendet, da die Traktionsspannung hier auf einen festen Wert, der höher ist als die maximale BZ-Spannung, gestellt werden kann. Für die Hochvoltbatterie wird ein bidirektionaler Auf-/Abwärts-Wandler wie auch in Variante 2 verwendet. Beide DC/DC-Wandler werden auf der Sekundärseite spannungsgeregelt betrieben.

Diese Anordnung kann von Vorteil sein, wenn der elektrische Traktionsantrieb auf eine bedeutend höhere Spannung ausgelegt ist als die Arbeits-Spannungsbereiche der Brennstoffzelle und der Hochvoltbatterie. Ein weiterer Vorteil der Konfiguration liegt darin, dass die Traktions-Zwischenkreis-Spannung auf einen vorgegebenen Wert gestellt werden kann. So ist es z.B. vorteilhaft, beim Beschleunigen oder hohen Drehmomentanforderungen die Traktionskreisspannung anzuheben, um das maximale Drehmoment des Motors zu erreichen. Bei geringen Drehmomentanforderungen hingegen ist es energetisch günstig, die Zwischenkreisspannung abzusenken, da hierbei die Gleichspannungswandler mit geringeren Verlusten betrieben werden.

Im Rahmen der Studie wurden alle 3 Topologie-Varianten mit jeweils unterschiedlicher Leistungsaufteilung zwischen Brennstoffzelleneinheit und Hochvoltbatterie hinsichtlich ihres Energieverbrauchs für verschiedene Fahrzyklen hin untersucht.

Bei der Leistungsaufteilung werden 2 verschiedene Konfigurationen untersucht:

o Maximale Leistung Brennstoffzelle ~75%, maximale Hochvoltbatterieleistung ~25%

o Maximale Leistung Brennstoffzelle ~50%, maximale Hochvoltbatterieleistung ~50%

Die sich ergebenden Kombinationen sind in der nachfolgenden Tabelle aufgelistet

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Tabelle 3 Hochvolt-Topologien und Leistungsverteilung

Untersuchungsinhalt dieser Studie waren die grün (fett) gekennzeichneten Varianten.

Als Basis für das Brennstoffzellensystem wurden die Daten der Generation 3 verwendet. Für die Varianten mit 50:50 Leistungsverteilung konnten sie direkt verwendet werden, für die anderen Varianten mussten sie entsprechend skaliert werden.

Für die Leistungselektronik wurden jeweils generische bidirektionale Auf-/Abwärts-Gleichspannungswandler eingesetzt, die hinsichtlich ihres Leistungsdurchsatzes auf die jeweilige Brennstoffzellen- und Hochvoltbatterie-Lade-und Entladeleistung skaliert werden können.

Für einen Stadtfahrzyklus wie den UDDS ist die durchschnittliche Brennstoffzellenleistung in etwa 5-8 kW, je nachdem ob die Stillstandzeiten des Brennstoffzellensystems mitgerechnet werden oder nicht. Bei einer installierten elektrischen Leistung der Kühlkreislauf-Pumpen von insgesamt 1,36 kW Gesamt-Pumpenleistung würde ein Betrieb der Kühlmittelpumpen mit konstant maximaler Drehzahl und Last etwa 17-27% des gesamten Leistungsbedarfs der Brennstoffzelleneinheit ausmachen. Neben anderen Gründen wie etwa der Einregelung einer bestimmten Kühlmitteltemperatur für wechselnde Brennstoffzellen-Lasten ist daher eine effiziente Kühlmittelflusssteuerung von hoher Bedeutung für den Gesamtenergieverbrauch.

Die Energie- und Leistungsverteilungsstrategie zwischen Brennstoffzelleneinheit und Hochvoltbatterie zum Traktionsantrieb hat zentralen Einfluss auf den Energieverbrauch im Fahrzyklus und ist damit auch mit entscheidend für die erzielbare Reichweite. Für die vergleichende Studie musste eine generische Strategie verwendet werden, die in den verschiedenen Konfigurationen mit unterschiedlich großen HV-Batterien und Brennstoffzellensystemen verwendet werden kann. Eine wichtige Regelvorgabe war deswegen, dass der Ladezustand der Hochvoltbatterie auf einem vorgegebenen SOC Sollwert gehalten wird. Eventuelles Optimierungspotenzial insbesondere für die Konzepte mit größeren Batterien durch ein gleitendes SOC Fenster wurde nicht untersucht.

Aus der Fahrpedalstellung wird über Kennfelder eine Drehmomentanforderung an den Traktionsantrieb ermittelt. Diese wird unter Berücksichtigung u.a. von Limitierungen der aktuell verfügbaren Systemleistung an die Motorsteuereinheit bzw. Motorinverter als Sollwert übermittelt.

Gleichzeitig wird aufgrund des angeforderten Drehmomentes eine Berechnung der hierfür benötigten elektrischen Leistung durchgeführt und diese dann als Leistungs-Sollwert an die Steuereinheit des Brennstoffzellensystems übermittelt. Die aktuell gemessene Differenz zwischen dem durch die Steuereinheit geregelten Leistungsfluss aus der Brennstoffzelleneinheit und der vom Traktionsantrieb angeforderten Leistung wird als Sollwert an das Hochvoltbatteriesystem übermittelt. Des Weiteren enthält die Regelstrategie einen unterlagerten Regelkreis, der die

HV-Architektur

BZ Batterie Variante # 1 DC/DC an Hochvolt-Batterie 2 DC/DC an Brennstoffzelle

DC/DC an Brennstoffzelle &

3 DC/DC an Hochvoltbatterie

75% 25% Fc75Bat25 1_Fc75Bat25

75% 25% Fc75Bat25 2_Fc75Bat25

75% 25% Fc75Bat25 3_Fc75Bat25

50% 50% Fc50Bat50 1_Fc50Bat50

50% 50% Fc50Bat50 2_Fc50Bat50

50% 50% Fc50Bat50 3_Fc50Bat50

25% 75% Fc25Bat75 1_Fc25Bat75

25% 75% Fc25Bat75 2_Fc25Bat75

25% 75% Fc25Bat75 3_Fc25Bat75

Leistungs-

verteilung

(Je Installierte

Bruttoleistung)

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notwendige elektrische Lade- bzw. Entladeleistung der Batterie zur Einhaltung des SOC Sollwertes überwacht und diesen als zusätzliche Leistungsanforderung an das Brennstoffzellensystem bestimmt.

Das Prinzip der Leistungsflussregelung ist in Abbildung 24 dargestellt.

Abbildung 24 Batterie unterstützter Leistungsfluss mit SOC Regelung

Weiterhin ist eine Start/Stop Regelung für das Brennstoffzellensystem implementiert. Die Brennstoffzelleneinheit wird nur dann betrieben, wenn die angeforderte Leistung über einem bestimmten Schwellwert liegt. Die Abschaltschwelle ist eine Kenngröße des verwendeten Brennstoffzellensystems und technologie- und effizienzabhängig. Der Arbeitsbereich der Start/Stop Funktion ist schematisch in Abbildung 25 dargestellt.

Abbildung 25 Brennstoffzellen Abschaltung bei geringen Lasten

S e i t e | 199

Mit den drei verschiedenen Hochvoltarchitekturen wurden die Fahrzyklen UDDS und HWFET in Simulationsläufen gefahren. Diese Zyklen wurden gewählt, da sie realistische Stadtfahrzyklen und Fahrten auf der Schnellstraße mit einem Elektrofahrzeug abbilden.

Abbildung 26 Fahrzyklen UDDS (Stadtfahrzyklus) und HWFET (Schnellstraße)

In allen Simulationsläufen kam aus Gründen der Vergleichbarkeit dieselbe Leistungsverteilungs-Regelstrategie zur Anwendung, Optimierungspotenziale die sich für die Betriebsführungsstrategie aus der jeweiligen konkreten Variante ergeben, blieben somit unberücksichtigt. In allen Varianten wurde ein SOC-Balancing so durchgeführt, dass nach Beendigung des Fahrzyklus der Ladezustand nahezu identisch bzw. eine nur geringe Abweichung von unter 1 % der Gesamtkapazität aufwies. Diese verbleibende minimale SOC-Differenz wurde mit dem über den Zyklus ermittelten Durchschnittswandlungswirkungsgrad in einen effektiven H2-Verbrauch umgerechnet und auf den tatsächlichen Verbrauch aufgeschlagen.

Das Spannungsfenster des Hochvoltbusses hat einen großen Einfluss auf die Verluste im Inverter des Elektromotors. Es resultiert aus der gewählten Topologievariante und der Betriebsführungsstrategie und kann nicht völlig unabhängig eingestellt werden.

In der Variante 1 ist dieser Spannungsbereich durch die Brennstoffzelle, in Variante 2 durch die Batterie bestimmt. Unterschiede in den Werten ergeben sich aus der Leistungsverteilung und damit aus der Zellenzahl der der Batterie bzw. Brennstoffzelle. Nur in Variante 3 ist es mit Einschränkungen möglich, ein Spannungsfenster unabhängig von den Batterie- bzw. BZ Spannungen zu wählen.

In Topologie-Variante 1 wurde bei abgeschaltetem Brennstoffzellensystem (Stop-Mode während der Fahrt) die Sekundärkreisspannung abhängig von der Drehmomentanforderung variabel über ein Kennfeld eingestellt. Das Drehmoment/Traktionsspannungs-Sollwert Kennfeld wurde aus Gründen der Vergleichbarkeit für diese Varianten nicht verändert. In der Variante 2 wurde die Traktionszwischenkreisspannung abhängig von der Drehmomentanforderung variabel über ein Kennfeld eingestellt. Diese (teilweise) variable Traktionskreisspannung erzielt bereits eine signifikante Optimierung des Energieverbrauchs durch Minimierung der Hochvoltgleichspannungswandler Verluste. In der Variante 3 wurde das Spannungsfenster so gut wie möglich vergleichbar zu 1 und 2 gewählt

Anhand der beiden Fahrzyklen UDDS und HWFET sind in Tabelle 4 die Wasserstoff-Verbrauchswerte für die Leistungsverteilungen je 75% FCS und 25% Hochvoltbatterie bzw. 50 % FCS und 50% Hochvoltbatterie für die Architekturvarianten Varianten 1, 2 und 3 dargestellt .

Tabelle 5 zeigt die Übersicht der in den einzelnen Komponenten entstandenen Energieverluste für den UDDS.

S e i t e | 200

Tabelle 4 H2-Verbrauch im Vergleich

Vehicle

Ford Fusion FCV Prototype

Drivecycle

UDDS (cold)

HWFET (cold)

Power Split FC/HV-Battery [kW / kW] 119 / 35 74 / 73 119 / 35 74 / 73 119/ 35 75/ 73

Power Split Ratio[% / %]

Powersplit FCS/Battery

~ 75%/25%


~ 50%/50%


~ 75%/25%


~ 50%/50%


~ 75%/25%


~ 50%/50%

HV-Topology DC/DC on Battery DC/DC on Battery DC/DC on FC DC/DC on FC DC/DC on FC & Batt DC/DC on FC & Batt

Voltage Window at Inverter (UDDS & HWFET) min .. max [V] 310.0.. 427.5 281.4 .. 345.1 271.0 .. 299.5 284.5 .. 320.5 310.0 .. 323.4 310.0 .. 323.3

1_Fc75Bat25 1_Fc50Bat50 2_Fc75Bat25 2_Fc50Bat50 3_Fc75Bat25 varV 3_Fc50Bat50 varV

Drivecycle UDDS

Gain from highest (100% = highest Fuel Consumption)

[ % ] 97.24 97.54 93.80 96.55 96.30 100.00

Drivecycle HWFET

Gain from highest (100% = highest Fuel Consumption)

[ % ] 95.24 93.89 91.63 94.40 93.45 100.00

97.24 97.54

93.80

96.5596.30

100.00

84.00

86.00

88.00

90.00

92.00

94.00

96.00

98.00

100.00

102.00

Powersplit FCS/Battery~ 75%/25%


H2-Consumption[%]

Fuel Consumption UDDS

DC/DC on Battery

DC/DC on FC

DC/DC on FC & Batt

1_Fc

75B

at25

1_Fc

50B

at50

2_Fc

75B

at25

3_Fc

75B

at25

2_Fc

50B

at50

3_Fc

50B

at50

95.24

93.89

91.63

94.40

93.45

100.00

84.00

86.00

88.00

90.00

92.00

94.00

96.00

98.00

100.00

102.00



H2-Consumption[%]

Fuel Consumption HWFET

DC/DC on Battery

DC/DC on FC

DC/DC on FC & Batt

1_Fc

75B

at25

1_Fc

50B

at50

2_Fc

75B

at25

3_Fc

75B

at25

2_Fc

50B

at50

3_Fc

50B

at50

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Tabelle 5 Energiekaskade im Vergleich für den UDDS Fahrzyklus

Energy Loss Cascade:

Drivecycle: UDDS (cold) 1_Fc75Bat25 1_Fc50Bat50 2_Fc75Bat25 2_Fc50Bat50 3_Fc75Bat25 3_Fc50Bat50

Power Split FC/HV-Battery [kW / kW] 119 / 35 74 / 73 119 / 35 74 / 73 119/ 35 75/ 73

Power Split Ratio

[% / %]

Powersplit

FCS/Battery

~ 75%/25%

Powersplit

FCS/Battery

~ 50%/50%

Powersplit

FCS/Battery

~ 75%/25%

Powersplit

FCS/Battery

~ 50%/50%

Powersplit

FCS/Battery

~ 75%/25%

Powersplit

FCS/Battery

~ 50%/50%

HV-Topology DC/DC on Battery DC/DC on Battery DC/DC on FC DC/DC on FC DC/DC on FC & Batt DC/DC on FC & Batt

Voltage Window at Inverter (UDDS & HWFET) min .. max [V] 310.0.. 427.5 281.4 .. 345.1 271.0 .. 299.5 284.5 .. 320.5 310.0 .. 323.4 310.0 .. 323.3

SOC at start: [-] 0,5108 0,5486 0,5567 0,5576 0,5063 0,5535

SOC at end: [-] 0,5107 0,5470 0,5567 0,5580 0,5063 0,5586

SOC offset: [-] -0,0001 -0,0016 0,0000 0,0004 0,0000 0,0051

Electric Energy Fuel Cell Out: [kJ] 6666,05 6609,94 6430,34 6610,28 6604,94 7152,69

Energy Loss Fuel Cell HV-DC/DC Converter (FCC): [kJ] 0,00 0,00 -126,63 -118,17 -100,86 -224,21

Energy Loss HV-Battery DC/DC Converter: [kJ] -181,31 -171,63 0,00 0,00 -129,05 -162,35

Energy Loss HV-Battery (internal ohmic losses): [kJ] -148,28 -202,40 -140,99 -204,17 -137,59 -201,27

Energy Loss FCS Electric Turbo Charger (ETC): [kJ] -635,82 -686,80 -629,63 -685,19 -639,13 -809,39

Energy Loss Auxiliaries at HV-Link: [kJ] -665,77 -668,37 -661,23 -669,88 -663,88 -705,41

Energy Loss eDrive (Inverter + Motor): [kJ] -925,93 -838,42 -774,05 -826,38 -838,20 -838,03

Energy Loss Transmission: [kJ] -320,11 -320,11 -320,09 -320,12 -320,03 -320,09

Energy Loss Driveline: [kJ] -56,09 -56,10 -56,12 -56,13 -56,08 -56,09

Energy Loss Wheel Bearings & Brake Disc Drag: [kJ] -46,17 -46,17 -46,16 -46,16 -46,17 -46,17

Tractive Energy applied: [kJ] 6159,68 6159,98 6159,30 6158,26 6159,50 6159,45

Brake Energy applied: [kJ] -3018,45 -3018,72 -3018,30 -3017,43 -3018,33 -3018,25

Road Load Energy used for cycle: [kJ] 3141,23 3141,27 3141,00 3140,83 3141,18 3141,20

Brake Energy Dissipated in Brakes: [kJ] -769,24 -769,26 -772,23 -776,40 -769,25 -769,35

Brake Energy Recuperated (Inverter DC-Side/upstr): [kJ] 2280,91 2293,19 2321,86 2314,87 2296,14 2296,18

S e i t e | 202

In der vergleichenden Betrachtung der Verluste sind für den Zweck der Studie nur die Verluste in den DC/DC Wandlern und die Verluste im Inverter des Antriebs bedeutsam. Der Energiedurchsatz durch die DC/DC Wandler ist in erster Linie von der gewählten Konfiguration abhängig, die Verluste im Inverter des Antriebs sind jedoch eine Kenngröße der für die Simulation verwendeten Bedatung der Maschine und nicht von der Topogievariante, sondern vom resultierenden Spannungsfenster auf dem Hochvoltbus abhängig. Bei der Bewertung der Ergebnisse muss daher berücksichtigt werden, dass der gewählte konkrete Inverter/Antriebsdatensatz von einer für Hybrideinsätze optimierten Maschine stammt und somit sein Effizienzmaximum bei eher niedrigen Spannungswerten hat. Des Weiteren muss berücksichtigt werden, dass Optimierungspotenziale durch variable Spannungsregelungen aus Gründen der Vergleichbarkeit nur sehr eingeschränkt bis gar nicht genutzt wurden.

In beiden Zyklen ist die Variante 3_Fc50Bat50 die ineffizienteste. Grund sind die Verluste in den beiden Gleichspannungswandlern, vor allem die im Vergleich sehr hohen Verluste im Brennstoffzellen-Gleichspannungswandler. Die vergleichsweise niedrige Brennnstoffzellen-Ausgangsspannung verursacht schon bei geringer durchschnittlicher Last wie im UDDS hohe Stellverluste beim Hochsetzen der Betriebsspannung auf einen Wert der Traktionszwischenkreisspannung von bis zu 323 V.

Die Verluste im Batterie-Gleichspannungswandler (Varianten 1 und 3) sind durchweg relativ hoch und in der Tendenz höher als die Verluste im Brennstoffzellen-Wandler (abgesehen von Option 3_Fc50Bat50). Dies hängt mit der relativ hohen Lade- und Entladefrequenz zusammen, die dadurch entsteht, dass insbesondere im Stadtfahrzyklus beim Bremsvorgang die Batterie regenerativ durch den Motor oder bei niedrigen Fahrleistungen durch das Brennstoffzellensystem geladen wird, beim Beschleunigen wieder entladen wird. Bei jedem ‚Pumpvorgang‘ von elektrischer Leistung durch den Konverter in jede Richtung entstehen Verluste, die in Summe über den Fahrzyklus einen signifikanten Energieverlustanteil ausmachen.

Die gesamte umgesetzte Energiemenge im DC/DC Wandler der kleineren Batterie in den Varianten 1_Fc75Bat25 und 3_Fc75Bat25 ist bei gleichem SOC Arbeitsbereich wie erwartet geringer (erkennbar an dem niedrigeren ohmschen Verlust der jeweiligen Batterie, Abbildung 32). Dies ist für die Verluste im Batterie-DC/DC-Wandler jedoch eher von geringerem Einfluss, da gleichzeitig die Anzahl der Stop/Start Zyklen und die Lade-und Entladevorgänge stark zunehmen. Im Vergleich der Topologievarianten 1_Fc75Bat25 und 3_Fc75Bat25 wirkt sich außerdem über den Fahrzyklus gesehen die variable Traktionskreis Spannung für die Verluste im Batterie-DC/DC-Wandler vorteilig in Bezug auf den Gesamtenergieverbrauch aus.

Im direkten Vergleich hat die gewählte Hochvoltarchitektur einen höheren Einfluss als die Leistungsverteilung. Dabei ist aber zu bedenken, dass Optimierungspotenziale noch nicht untersucht sind, z.B. die Verwendung eines variablen anstatt eines fixen SOC.

Im direkten Vergleich hat Variante 2_Fc75Bat25 den geringsten H2 Verbrauch und erzielt eine knapp über 6% höhere Reichweite bzw. geringeren Verbrauch im UDDS Fahrzyklus verglichen mit Variante 3_Fc50Bat50. Im HWFET kann sogar eine Reichweitenerhöhung von über 8% erreicht werden. Auch die Variante 2_Fc50Bat50 mit der PHEV-Batterie kommt auf ähnlich gute Verbrauchswerte.

Der Grund dafür sind in erster Linie die geringeren Verluste in der Inverter/Antriebseinheit bei den niedrigeren Spannungsfenstern, die eine spezifische Eigenschaft dieses für einen Hybrideinsatz optimierten Antriebs sind. Die höchsten Verluste in dieser Komponente zeigen sich folgerichtig in der Variante 1_Fc75Bat25 im UDDS, da dort überwiegend bei niedrigen Lasten und somit bei hohen Spannungswerten gefahren wird.

Dies wirkt sich bei den Topologie-Varianten 2_Fc75Bat25 und 2_Fc50Bat50 mit der im Referenzfahrzeug verwendeten HEV- bzw. Plugin-Hochvoltbatterie besonders günstig aus, da hier die jeweiligen Batteriearbeitsspannungsbereiche beim gewählten SOC Sollwert relativ gut mit dem Brennstoffzellenspannungshub übereinstimmt. Dadurch ergibt sich für den

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Brennstoffzellengleichspannungswandler ein sehr geringer Spannungshub mit entsprechend geringen Stellverlusten. Auch die Inverter-Eingangsspannung, die in Topologie-Variante 2 durch die Hochvoltbatterieausgangsspannung definiert wird, liegt für die gewählte elektrische Maschine in einem sehr günstigen Bereich, in dem die Inverter/Motorverluste gering sind.

Um den Effekt der Spannungsfenster in denen jeweils die Brennstoffzelleneinheit und die Hochvoltbatterie arbeiten besser verstehen und analysieren zu können, wurde ein separates vereinfachtes Modell erstellt, dass die Spannungsverläufe von Brennstoffzelle und Hochvoltbatterie für unterschiedliche Brennstoffzellen- und Batteriekonfigurationen für Lade-und Entladebetrieb sowie bei unterschiedlichen SOC-Werten graphisch übereinanderlegt. Je besser diese Spannungsfenster übereinanderliegen und je mehr sie sich mit dem optimalen Betriebsbereich der Inverter/Antriebseinheit überschneiden, desto höher ist die zu erwartende Effizienz des Antriebsstrangs. Des Weiteren kann man mit Hilfe dieses Modells den optimalen SOC für eine gegebene Konfiguration aus Brennstoffzelle und Batterie bestimmen.

Dieses Modell wurde außerdem für die Spezifikation der Hochvoltarchitektur und der Spannnungswandler für das Versuchsfahrzeug verwendet. Beispielhaft dargestellt ist die Variante 2_Fc50Bat50.

Bereits bei mittleren SOC Bereichen kommt es zu einer Überschneidung der Brennstoffzellen-Polarisationskennlinie (rot) und der Hochvoltbatterie-Entladekurve (grün), s. Abbildung 27.

Das bedeutet, die Verwendung eines reinen Hochsetzstellers als Gleichspannungswandler für die Brennstoffzelle ist nicht möglich. Stattdessen muss ein Buck/Boost-Konverter eingesetzt werden, der je nach Ladezustand der Hochvoltbatterie die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle entweder hoch oder herabsetzen kann, um den lastabhängigen aktuellen Wert der Batteriespannung auf der Sekundärseite einzustellen. Mit sinkendem SOC steigt der Überschneidungsbereich an.

SOC 55%

SOC 15%

Abbildung 27 Spannungsverlauf Brennstoffzelle und Batterie über Stromstärke - SOC mittel 55%

Lediglich bei sehr hohen SOC’s wird der Überschneidungsbereich akzeptabel klein. Das bedeutet, dass in dieser spezifischen Konfiguration auch keine Strategielösung in Frage kommt, da ein SOC von >90% als Standardwert keinesfalls machbar ist.

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Abbildung 28 Spannungsverlauf Brennstoffzelle und Batterie über Stromstärke - SOC hoch 95%

Ein klarer Vorteil ergibt sich bei allen Topologien und Leistungsverteilungen, wenn die Arbeits-Spannungsbereiche der Brennstoffzelle, der Hochvoltbatterie und der elektrischen Inverter/Traktionsmaschinen-Einheit sich weitgehend überschneiden oder im Idealfall identisch sind.

Während dieses Projekts wurden wichtige Erkenntnisse über die Energieflüsse und Verluste gesammelt und modellbasierte Werkzeuge für die Analyse der Konzepte geschaffen. Diese Werkzeuge werden in den Folgeprojekten weiterverwendet werden. Erste hier gesammelte Erkenntnisse sind bereits in Auslegung und Design des Prototypfahrzeugs eingeflossen. In den nächsten Schritten werden optimierte Energiemanagementstrategien einwickelt und im Fahrzeug ausprobiert werden.

Aufbau eines Technologiedemonstrators mit einem Brennstoffzellensystem der dritten Generation, in dem alle in den Teilarbeitspaketen ermittelten Optimierungen erprobt werden können

Als Basis für den FCV Prototypen dient ein Ford Fusion Plug-in Hybridfahrzeug (PHEV). Alle Arbeiten der Fahrzeugmodifikation wurden in Aachen bzw. in der Pilot Plant der Ford Werke in Köln durchgeführt.

Aufgrund des Platzbedarfs des Brennstoffzellensystems wurde das Fahrzeug von Vorderradantrieb auf Heckantrieb umgebaut. Die vorderen Achswellenstümpfe wurden von den originalen Antriebswellen abgeschnitten und dienen weiterhin dafür, dass die vorderen Radlager die vorgeschrieben Anzugsmomente besitzen. Für den Einbau des Brennstoffzellensystems in den Motorraum wurden Halter für die originalen Motoraufnahmepunkte konstruiert und angefertigt.

Die Power-Split Architektur des Antriebsstrangs des Basisfahrzeugs wurde weitgehend unverändert beibehalten, wobei der Verbrennungsmotor als Energiequelle durch das Brennstoffzellensystem ersetzt wurde.

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Abbildung 29 Antriebsstrang Architektur

Da die beiden Energiequellen des FCV keinerlei rotierenden Elemente zur Leistungsübertragung benötigen, wird das Planetengetriebe des Fusion nicht mehr benötigt und somit wurde das leistungsverzweigte Getriebe samt Motor und Generator komplett aus dem Fahrzeug entfernt. Stattdessen wird die Antriebsleistung rein elektrisch über die in Abbildung 29 gezeigten HV-DC/DC Wandler an den Elektroantrieb (Inverter + Motor) übertragen. Ausgehend von den Simulationsergebnissen in AP3 und den Systemspezifikationen des Brennstoffzellensystems wurde ein HV-Layout entwickelt, welches die Verifikation und Validierung der Simulationsergebnisse und der Betriebsstrategie ermöglicht. Die für den Prototypen gewählte 2-DC/DC-Wandler-Topologie für den Boost der Brennstoffzellen-Stack-Spannung und der HV-Batteriespannung bietet die höchste Flexibilität für den Test und die Validierung der entwickelten Energiemanagement-Strategien. Der HV-Powertrain des Fahrzeugs wurde der gesteigerten elektrischen Leistung durch die Kombination von Brennstoffzellensystem und HV-Batterie angepasst. Die dafür benötigten HV-Komponenten, wie z.B. DC/DC Wandler, Inverter und Elektromotor wurden mit Hilfe des in AP3 beschriebenen Simulationstools spezifiziert.

Die gesamte Hinterachskonstruktion musste überarbeitet und an das signifikant höhere Drehmoment des elektrischen Antriebs angepasst werden. Der Rahmen der Hinterachse ist eine Spezialkonstruktion, bestehend aus Mondeo Allradantrieb und Mustang Hilfsrahmen. Eine spezielle Gelenkwelle verbindet das Mustang Differential mit dem Elektroantrieb.

Um den neuen Elektroantrieb ins Fahrzeug zu integrieren, wurde der Bereich der unteren mittleren Sitzbankwanne zur Fahrzeugfront hin um ca. 10 cm verlängert. Die Aufnahmen für den Elektroantrieb sind an 2 Querstreben vorne und hinten an dem dafür verstärkten Karosseriebereich auf Silent Blöcken befestigt.

Für das Design des Wasserstoff-Tanksystems wurden Tankgrößen identifiziert und verbaut, die von der Zuliefererindustrie ohne weitere zusätzliche Aufwände wie z.B. Werkzeug- oder Zertifizierungskosten geliefert werden können. Aufgrund der geringen Anzahl an Zulieferern von Wasserstoffdrucktanks für 70 MPa Anwendungen und da diese Technologie oft noch im Forschungsportfolio dieser Firmen verankert ist, konnte nur eine kleine Auswahl an Behältergrößen identifiziert werden, die sich für den Tanksystemaufbau im Fahrzeug eignen. Für spätere Anwendungen in einem Fahrzeugprogramm, werden spezifischen dem Fahrzeugpackage angepassten Tankgrößen entwickelt und zertifiziert.

Packaging Analysen verschiedener Fahrzeugplattformen zeigten, dass ein Zwei-Tank-System ein guter Kompromiss zwischen der Kapazität des Tanksystems bzw. Fahrzeugreichweite und Kosten ist. Hierbei befindet sich der Tank mit größerem Durchmesser zwischen oder etwas hinter den Hinterradaufhängungen und der Tank mit kleinem Durchmesser unter der Rücksitzbank. Dieses

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Konzept wurde auch in weiteren aktuellen Brennstoffzellenfahrzeugen wie z.B. dem Toyota Mira oder Hyundai ix35 Fuel Cell umgesetzt.

Die geschätzte Reichweite von ca. 300 km ist für die geplanten Fahrzeugversuche ausreichend und wurde daher vom Forschungsteam akzeptiert. Die originale Benzintanköffnung wurde für den Anschluss zur Wasserstoffbetankung umgebaut.

Wie in früheren Multi-Tank-System-Designs realisiert, wurden die Tanks pneumatisch in Serie miteinander verbunden, wie in Abbildung 30 gezeigt. Während des Betankens fließt dabei der Wasserstoff durch den Befüllanschluss unter dem Tankdeckel und passiert dabei das Befüllleitungsabsperrventil (FSOV), welches die Betankung in einem sicherheitskritischen Ereignis aktiv beenden kann (z.B. bei unkontrollierter Wasserstofffreisetzung). Während des Betriebs müssen die Tankventile aktiviert werden, um den Wasserstoff über den Druckminderer bis zum Systemisolationsventil der Brennstoffzellensystems zur Verfügung zu stellen. Eine Abströmvorrichtung zu Servicezwecken des Tanksystems ist über ein Dreiwege-Handventil an der Niederdruckseite des Druckreglers zugänglich, um die Tanks zu Reparaturzwecken oder Transportvorbereitungen zu entleeren. Mit Ausnahme der Tanks wurde ein Großteil der tanksystembezogenen Komponenten von dem vorherigen Fahrzeugdesign übernommen. Dazu gehören Tankventil, Druckregler, Absperrventil, Druckbegrenzungsventil und Drucksensoren. Eine zweite Generation der Infrarot-Datenschnittstelle, sendet tanksystembezogene Daten wie Temperatur und Druck während des Betankens an die Stationsseite.

Elektrisch werden die Tankventile (OTV) und das Befüllleitungsabsperrventil über das RCP-System gesteuert. Die OTVs sind mit Thermistoren ausgestattet, um die interne Gastemperatur des Tanks zu messen. Die Temperatursensoren, Drucksensoren und die Infrarot-Schnittstelle sind mit dem RCP-System zur Steuerung und Überwachung verbunden.

Die Tanks wurden nach fertiggestellter Verrohrung von einer dafür zugelassenen Firma bis auf 870 bar Wasserstoff geprüft und abgenommen.

Abbildung 30 2-Tank-system Layout

Das Fahrzeug wurde mit mehreren Wasserstoffsensoren ausgestattet, um während des Fahrzeugbetriebes, der Betankungs- oder Wartungsprozeduren eventuelle Leckagen direkt zu erfassen. Typische Sensorplätze sind der Motorraum, die Passagierkabine, der Auspuff, bei den OTVs und beim FSOV.

Die Auslegung des Kühlsystems wurde mit einem zu diesem Zweck entwickelten thermischen Simulationsmodell vorgenommen. Es handelt sich um eine Erweiterung des in AP3 erläuterten Gesamtfahrzeugmodells

Das Kühlsystem besteht aus einem Hochtemperaturkreislauf zur Kühlung des Brennstoffzellensystems und zwei Niedertemperaturkühlkreisläufen zur Kühlung des elektrischen Antriebsystems und der Leistungselektronikkomponenten des Brennstoffzellensystems. Die Wahl der

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Hochtemperatur-und Niedertemperatur-Kühler, sowie der Kühlmittel-Pumpen wurde mit Hilfe von Simulationsberechnungen für verschiedene Fahrzyklen vorgenommen. Die Hauptkriterien zur Auslegung waren hierbei die maximal zulässigen Kühlmittel-Temperaturen und Kühlmitteldurchflüsse der Brennstoffzellen Einheit und der verwendeten flüssiggekühlten Leistungselektronik-Komponenten (elektrische Turbolader Einheit, DC/DC-Wandler, Inverter/Motor-Einheit). In Abbildung 31 sind die Kühlkreislaufkomponenten und ihre Einbindung in den Kühlkreislauf schematisch dargestellt.

Das Thermomanagement im RCP-Steuergerät wurde ebenfalls mit dem thermischen Kühlkreislauf-Simulationsmodell entwickelt. Hierzu wurden zunächst die Anforderungen und ‚Use-Cases‘ definiert, die in einem Vorgabenkatalog der thermischen Betriebsführung zusammengefasst wurden. Anhand dieser Vorgaben wurden dann die einzelnen Regel-und Ansteuerfunktionen für die Hoch- und Niedertemperatur-Kreislauf Aktuatoren wie Pumpen und Regelventile, sowie die Kühler-Lüfter in der aus Regelfunktionen und thermischen Streckenmodell bestehenden MiL-Simulationsumgebung entwickelt und getestet.

Die angewendete Model-Based-Design (MDP) Methodik ermöglichte eine schnelle und präzise Entwicklung der Regelalgorithmen ohne aufwendige Nachkalibrierung im Versuchsfahrzeug. Zur weiteren Optimierung des Kühlsystems können mit Hilfe des Simulationsmodells weitere Kühlkreislauf-Varianten und die Effektivität neuer Komponenten ermittelt werden.

Abbildung 31 Hoch- und Niedertemperatur-Kühlkreisläufe im FCV

Mit Hilfe einer 12V-Bordnetz Dimensionierungsanalyse wurden die unterschiedlichen Leistungsbedarfe zwischen dem Serienfahrzeug und dem Prototypen ermittelt und eine zweite 12 V Batterie verbaut. Hauptgrund dafür waren die versuchsfahrzeugspezifischen zusätzlichen Bedarfe für die Prototypcontroller und die Messdatenerfassung.

Die Regelung des FCV Antriebsstrangs wird von einer zentralen Rapid Control Prototyping (RCP) Einheit übernommen. Diese dient als Schnittstelle zu den bereits im Fusion Plug-in Basisfahrzeug bestehenden Steuergeräten und wurde daher in den Fahrzeug CAN-Bus integriert. Die modellbasiert-entwickelte Software auf der RCP Einheit bestimmt die von der Fahrsituation abhängige optimale Betriebsstrategie und kommuniziert mit den jeweiligen Subsystem-Steuergeräten. Für die Entwicklung des Energiemanagements wurden zunächst die Fahrzeug Use Cases definiert und daraus die System- und Subsystemanforderungen abgeleitet. Echtzeitfähige, modellbasierte Regelstrategien

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für eine optimale Leistungsverteilung zwischen Brennstoffzelle und HV Batterie können nun im Prototypen-Fahrzeug getestet werden.

Das Energiemanagement, welches die optimale Leistungsverteilung zwischen Brennstoffzelle und Hochvoltbatterie bestimmt, wird mit Hilfe eines Gesamtfahrzeugmodells entwickelt. Verschiedenste Fahrzyklen (z.B. NEDC, UDDS, WLTP) wurden a priori simuliert um somit robuste und effiziente Energiemanagement-Strategien ableiten zu können. Abbildung 32 zeigt zum Beispiel wie sich der Arbeitsbereich (blaue Kreuze) und der Wasserstoffverbrauch des Brennstoffzellensystems mit zunehmenden Batterieverlusten ändert.

Abbildung 32 Brennstoffzellen-Arbeitspunkte in Abhängigkeit von batterieinternen Verlusten

Mitte 2015 wurde mit den Vorarbeiten und der Planung begonnen, insbesondere mit der Entwicklung der für die Spezifizierung der Komponenten erforderlichen Gesamtantriebsstrang-Modelle. Der eigentliche Aufbau des Fahrzeugs begann 2016 und wurde im November 2016 abgeschlossen. Das Fahrzeug wurde auf der NIP Abschlusskonferenz in Berlin im Dezember 2016 der Öffentlichkeit vorgestellt.

An der Konzipierung dieses Fahrzeugs waren auch Ford Gruppen aus den USA beteiligt. Die Fördermöglichkeiten für die in Deutschland geleisteten Umfänge sowie das gute Zuliefererumfeld haben wesentlich zu der Entscheidung beigetragen das Fahrzeug hier und nicht in den USA aufzubauen.

Der Aufbau eines zweiten Fahrzeugs in derselben Konfiguration ist in Planung und wird voraussichtlich im Mai 2017 beginnen. Auch bei diesem Fahrzeug wird es sich um eine Entwicklungsplattform für Betriebsführungsstrategien auf Powertrain-Ebene handeln.


Die Kosten für Technologie und Fahrzeuge sowie die Robustheit und Lebensdauer sind nach wie vor Hürden für eine erfolgreiche Markteinführung. Die in CEP III und den verbundenen Initiativen (z.B. H2 Mobility) geleisteten Arbeiten tragen wesentlich zum Abbau dieser Hürden bei, konnten sie aber nicht vollständig beseitigen. Es müssen noch weitere Durchbrüche bei der Sicherstellung der Wirtschaftlichkeit des Wasserstoffs als Energieträger für alle beteiligten Unternehmen der Wertschöpfungskette erzielt werden.

Nach wie vor ist das Zusammenspiel Tankstelle – Fahrzeug – Kunde verbesserungsbedürftig. Die Tanktechnologie ist mittlerweile weitgehend robust. Die in diesem Projekt erstellten Modellierungstools ermöglichen eine detaillierte vergleichende Analyse von Kosten für Tanksysteme und Behälter. Die erzielten Ergebnisse werden in weiterführende Projekte im Rahmen von NIP2 einfließen. In diesem wird insbesondere die Kostenoptimierung des Behälters weiterverfolgt.

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Die Analyse der Fahrzeugdaten wird mit Hilfe der neuen Methodik fortgeführt. Ob die eigentlich beabsichtigten Korrelationen zur Definition von beschleunigten Tests auf Fahrzeugebene ermittelt werden können, ist noch unklar. Die Möglichkeit zu beschleunigten Tests auf Fahrzeugebene wäre ein extrem wichtiger Schritt zu Reduktion von Testkosten und besseren Lebensdauerprognosen der Technologien.

Während dieses Projekts wurden wichtige Erkenntnisse über die Energieflüsse und Verluste im Brennstoffzellen-Powertrain gesammelt und modellbasierte Werkzeuge für die Analyse der Konzepte geschaffen. Diese Werkzeuge werden in den Folgeprojekten weiterverwendet werden. Erste hier gesammelte Erkenntnisse sind bereits in Auslegung und Design des Prototypfahrzeugs eingeflossen. In den nächsten Schritten werden optimierte Energiemanagementstrategien einwickelt und im Fahrzeug ausprobiert werden. Das Optimierungspotenzial dieser Strategien wird als hoch eingeschätzt.

Das Testfahrzeug ist in Betrieb. Mit den geplanten Optimierungsarbeiten an den Betriebsführungsstrategien wird in Kürze begonnen. Der Aufbau eines zweiten Fahrzeugs wird noch in der ersten Jahreshälfte 2017 beginnen.

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18 PROJEKTMODUL: Aufbau und Betrieb der Wasserstofftankstelle Amelsbüren

Projekttitel: Clean Energy Partnership (CEP) - Aufbau und Betrieb der

Wasserstofftankstelle Amelsbüren

Verbundpartner im Projektmodul: Westfalen AG


01.04.2015 – 31.12.2016

Förderquote 48%




18.1 Kurzfassung

Im Rahmen des Vorhabens erweiterte die Westfalen AG den im Dezember 2014 eröffneten Projektstandort „Tankstelle Amelsbüren“ um eine H2-Tankstelle für Busse und PKW und rüstete ihn unter Berücksichtigung der spezifischen technischen Anforderungen der Clean Energy Partnership (CEP) um. Mit dem im Rahmen des Vorhabens fertiggestellten Standort Amelsbüren betreibt die Westfalen AG seit Dezember 2016 erstmals in der Unternehmensgeschichte eine Wasserstofftankstelle.

Neben lokalem PKW-Verkehr und dem Reiseverkehr auf dem wichtigen Nord-Süd-Korridor Autobahn A1 wird die Tankstelle künftig auch der Versorgung der in Vorbereitung befindlichen Wasserstoffbusflotte der Stadt Münster dienen.

In die bestehende Mineralöltankstelle wurde die neueste Generation des IC-90-Wasserstoffbetankungssystems von Linde integriert und mit einer Zapfsäule für Busse (350 bar) sowie mit einer weiteren Zapfsäule für PKW (700 bar und 350 bar) bestückt. Der Wasserstoff wird per Trailer aus dem ca. 70 km entfernten Dampfreformierer der H&R ChemPharm Raffinerie in Salzbergen angeliefert und vor Ort in einer Nachreinigungsanlage gereinigt – ein Verfahren, das erstmals an einer Tankstelle in Deutschland erprobt wird.


Im Rahmen des Vorhabens sollte die Westfalen AG den im Dezember 2014 eröffneten Projektstandort „Tankstelle Amelsbüren“ um eine H2-Tankstelle für Busse und PKW und unter Berücksichtigung der spezifischen technischen Anforderungen der Clean Energy Partnership (CEP) aufrüsten. Ziel des Forschungsprojektes war es, in die bestehende Mineralöltankstelle „Amelsbüren“ die neueste Generation des IC 90 Wasserstoffbetankungssystems von Linde zu integrieren und eine Zapfsäule für Busse (350 bar) sowie zwei weitere Zapfpunkten für PKW (700 bar und 350 bar) zu integrieren. Als Versorgungsweg wurde die Wasserstoffanlieferung per Trailer aus dem ca. 70 km entfernten Dampfreformierer der H&R ChemPharm Raffinerie in Salzbergen gewählt, der vor Ort auf den Reinheitsgrad 5.0 gereinigt werden sollte, sowie die Vorortproduktion von Wasserstoff mithilfe einer Elektrolyseanlage. Wesentliche Forschungsschwerpunkte des Vorhabens waren einerseits die systematische Analyse der beiden Wasserstoffversorgungsstrategien hinsichtlich ihrer Kostenstruktur sowie andererseits die sichergestellte Versorgung des zukünftigen Reiseverkehrs in der Region und im Besonderen der Wasserstoffbusflotte der Stadt Münster mit Wasserstoff.

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Wesentliche wissenschaftliche und technische Arbeitsziele des Vorhabens waren insbesondere der Aufbau eigenen Know-hows sowie die Entwicklung von Betriebs-, Versorgungs- und Wartungskonzepten bei der Westfalen AG. Zugleich sollten während der Bau- und Betriebsphase die unterschiedlichen Wasserstofftechnologien und Betriebsabläufe gezielt erprobt, weiterentwickelt und optimiert werden.

Folgende Ziele im Bereich der Integration der Wasserstofftankstelle in eine Mineralöltankstelle sollten erreicht werden:

• Entwicklung eines HRS-Aufstellungskonzepts,

• Entwicklung eines Konzepts zur HRS-Integration in die konventionelle Tankstelle unter besonderer Berücksichtigung der vorgesehenen Busbetankungen (Aufstellungskonzept für Speicher, Verdichter, Vorkühlung und Dispenser, Erzeugungs- und Nachreinigungseinrichtungen),

• Erstellung von Checklisten, Musterschreiben, Dokumentationen,

• Entwicklung eines Leitungskonzepts mit dem Ziel kurzer Leitungswege unter Berücksichtigung örtlicher Gegebenheiten,

• und die Erstellung von Brandschutz- und Sicherheitskonzepten.

Im Bereich der Wasserstoffbereitstellung zielten die Aktivitäten auf:

• die Entwicklung und Erprobung eines Betriebs- und H2-Versorgungskonzepts,

• die Entwicklung und Erprobung von wirtschaftlichen Betriebs- und Versorgungskonzepten für die Tankstelle unter besonderer Berücksichtigung regionaler Gegebenheiten und der Verfügbarkeit des Wasserstoffreinigungssystems am Standort sowie der späteren Verfügbarkeit einer elektrolytischen Vor-Ort-Erzeugung von Wasserstoff,

• die Entwicklung von Service- und Wartungskonzepten unter besonderer Berücksichtigung der hohen Verfügbarkeitsanforderungen aufgrund der geplanten Versorgung einer Busflotte im ÖPNV,

• die fortlaufende Erhebung und Analyse von Betriebsdaten zur Ermittlung der Energieverbräuche einzelner Anlagenkomponenten, Anliefer- und Abgabemengen, Störungen, Ausfallzeiten sowie Auswertung der Daten im CEP-Verbund und Bereitstellung von Informationen für das Begleitforschungsprogramm zum 50-Tankstellen-Programm,

• die systematische Erforschung von unterschiedlichen Betriebsmodi und Wartungsstrategien für die Anlagen in der Betriebsphase,

• die Bereitstellung von Wasserstoff (CGH2, 350 bar, 700bar, max. 216 kg/d) für die in Phase III der in der CEP betriebenen PKW und die von den Stadtwerken Münstern betriebenen Bussen,

• die Unterstützung der im Rahmen des 50-Tankstellenprogramms geforderten lokalen Flächendeckung in Kernregionen (Standort Münster),

• die Bereitstellung von Nebenprodukt-Wasserstoff aus dem ca. 70 km entfernten Dampfreformierer der H&R ChemPharm Raffinerie in Salzbergen,

• eine deutliche Erhöhung der Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der Betankungsanlage im Vergleich zu Vorgängeranlagen,

• eine maßgebliche Steigerung der Effizienz der Speicherungs- und Verdichtungseinrichtungen gegenüber früheren Generationen durch systematische Optimierung der Betriebsführung,

• die systematische Erforschung von unterschiedlichen Betriebsmodi und Wartungsstrategien für die Anlage in der Betriebsphase,

• die Partizipation an den Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkten der CEP wie z.B. H2-Mengenmessung, H2-Qualität und einheitliche Abnahmetests,

• die Entwicklung von Konzepten zur Mitarbeiterschulung und Qualitätssicherung (Erstellung von Schulungsunterlagen für die Aus- und Weiterbildung von Tankstellenmitarbeitern im Umgang mit der Wasserstofftechnologie und Qualifizierung des Ausbildungspersonals),

• die Kosten- und Wirtschaftlichkeitsanalyse für die Aufbereitung von Wasserstoff 3.0 (Implementierung eines Hydrogen Purifiers zur Vor-Ort-Reinigung von Wasserstoff 3.0,

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Erprobung und Evaluierung eines Vorortwasserstoffreinigungssystems im Alltagsbetrieb, sowie umfassende Bereitstellung der diesbezüglichen Forschungsergebnisse für CEP und Begleitforschungsprogramm, fortlaufende Erhebung und Analyse von Betriebsdaten, Wirtschaftlichkeitsanalyse),

• Erforschung der Kundenakzeptanz (Untersuchungen zum Verhalten von Nutzern und Auslastung von Tankstellen im Netzbetrieb insbesondere hinsichtlich der überregionalen Wechselwirkungen mit Blick auf Nutzungsmuster und Auswirkungen auf Netzplanung, Erforschung der Kundenakzeptanz der Brennstoffzellentechnologie im überregionalen Verkehr, Erforschung der Akzeptanz von Wasserstofftankstellen im lokalen Umfeld unter aktiver Einbeziehung von Anwohnern und Entscheidern, Validierung und Optimierung der Bedienungskonzepte und Kundeninformation hinsichtlich der Schnittstelle Mensch / Maschine im Alltagsbetrieb und Nachweis der Markteignung, Erforschung der Akzeptanz diskriminierungsfreier Abrechnungskonzepte (H2-Card)).

Im Bereich der elektrolytischen Wasserstofferzeugung zielte das Vorhaben auf die Kosten- und Wirtschaftlichkeitsanalyse von elektrolytisch gewonnenem „grünen“ Wasserstoff durch den Aufbau einer Elektrolyse-Anlage, die fortlaufende Erhebung und Analyse von Betriebsdaten sowie die Abstimmung mit dem Technologielieferanten und die Disposition und Durchführung von Service und Wartung.

18.3 Projektverlauf

Das Vorhaben wurde zum 01.04.2015 bewilligt und endete am 31.12.2016. Determiniert wurde der Erfolg der geplanten Aktivitäten unter anderem durch äußere Einflussfaktoren, die nicht immer im Einflussbereich der Projektpartner lagen. So muss rückblickend konstatiert werden, dass die Genehmigungsphase von der Westfalen AG – vor dem Hintergrund der bis dato gewonnenen Erfahrungen innerhalb der CEP – hinsichtlich des Zeitplans als zu positiv eingeschätzt worden war. Zwar war der Aufwand für das Genehmigungsverfahren für die Integration der HRS in der Vorhabenbeschreibung bereits mit einem halben Jahr veranschlagt worden (der Baubescheid war für den August 2015 und die Betriebsgenehmigung für September 2015 avisiert), jedoch fehlte den Behörden in Nordrhein-Westfalen die ausreichende Expertise, weshalb es zu einer wesentlich längeren Bearbeitungsphase als geplant kam. Durch die Verzögerung der Bescheide lag das Gesamtvorhaben etwa 6 Monate hinter dem Zeitplan zurück – aufgrund der Verzögerung wurden die Betriebserlaubnis der Anlage am 26.11.2015 durch die Bezirksregierung Münster und die Baugenehmigung erst am 19.02.2016 erteilt, witterungsbedingt konnte zudem erst im späteren Verlauf des Projektzeitraums mit den Tiefbauarbeiten begonnen werden. Durch den verspäteten Baubeginn verschob sich die Installation der H2-Anlage um weitere zwei Monate von Juni/Juli 2016 auf September 2016.

Im Rahmen des Vorhabens erfolgte der Ausbau der bestehenden Westfalen Tankstelle in Amelsbüren für die Wasserstofftechnologie. Westfalen ist Eigentümer und Betreiber der H2-Tankstelle, die Linde AG lieferte die wesentliche Ausrüstung der Tankstelle, bestehend aus:

• Zwischenspeicher mit 115 m3, bei 40 bar

• Zwischenspeicher 10 m3, bei 15 bar

• Verdichtercontainer mit IC 90-Kompressor

• Speichercontainer (mit Flaschenbündeln zur Speicherung des gereinigten Wasserstoffs)

• Wasserstoffreinigung

• Kälteanlage

• Zapfsäule 350 bar (Bus, PKW)

• Zapfsäule 700 Bar

• Kartenlesegerät von Tokheim

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Abbildung 24: Grafische Darstellung der HRS

Das Ziel der Westfalen AG war es, in der präkommerziellen Phase Know-how aufzubauen. Da für die Westfalen AG der Betrieb einer H2-Tankstelle Neuland war, mussten durch umfassende Forschungen die entsprechenden Konzepte für den Aufbau und die Integration der HRS erst entwickelt werden, um relevante Probleme und Verbesserungspotenziale bei der Integration einer Wasserstofftankstelle zu identifizieren. Forschungsperspektive war es, für alle relevanten Prozesse in der späteren Betriebsphase möglichst Standardlösungen zu etablieren, die es erlauben, nachfolgende H2-Tankstellen wesentlich schneller, effizienter und kostengünstiger zu errichten und zu betreiben. Diesem Erkenntnisinteresse folgten die folgenden Arbeitspakete.

18.3.1 Entwicklung eines HRS-Aufstellungskonzepts

Im Vorfeld des Vorhabens fand eine Grobplanung statt, die in einer detaillierten funktionalen Beschreibung der zu errichtenden standardisierten Wasserstoff-Tankstelle (HRS) mündete. Die Aktivitäten in diesem Arbeitspaket umfassten zum einen die Detailplanung für die technischen Anlagen, die Leitungsführung und die Bauausführung. Zum anderen wurden die Anlagenkomponenten (u.a. Hydrogen Purifier, Speicher, Verdichter, Dispenser, Leitungen, Steuerung) ausgeschrieben und beschafft.

Die Grobplanung wurde dazu genutzt, alternative Systemdesignvorschläge von Technologielieferanten einzuholen – u.a. wurden neben dem späteren Technologielieferanten Linde intensive Gespräche mit der Fa. Bohlen und Doyen geführt. Nach Beginn des Vorhabens konnten somit alle Ausschreibungs-, Vergabe- und Verhandlungsprozesse für die Anlagetechnik zeitnah abgeschlossen werden. Die Detailplanung der Wasserstofftankstelle verzögerte sich aufgrund einer zeitlich intensiven Abstimmung mit den Genehmigungsbehörden. Im Rahmen des Verfahrens und im Austausch mit den Partnern der CEP wurde deutlich, dass genehmigungsrechtliche Anforderungen an die Technologielieferanten rechtzeitig kommuniziert werden müssen, um nachträgliche Anpassungen, Missverständnisse und höhere Kosten zu vermeiden. Perspektivisch sollten

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Tankstellenbetreiber hier eine wichtige Funktion in der Wissensvermittlung übernehmen, um neuen Technologielieferanten den Markteintritt erleichtern.

Abbildung 25: Leitungsschächte

Alle bauvorbereitenden Maßnahmen (Abtragung des Erdreichs, Entwässerung der Fläche, Errichtung einer Zaunanlage, Erweiterung des Tankdachs, Gießen der Fundamente, Erweiterung der Beleuchtung, Elektroanschluss) sowie die infrastrukturelle Erschließung wurden im Rahmen des Arbeitspakets umgesetzt. Die vorliegenden Erfahrungen anderer CEP-Standorte wurden dabei genutzt, um die Positionierung der Zapfsäule und der Vorkühlung, sowie die Lage und Länge der Leitungsstränge zwischen den Anlagenkomponenten zu prüfen. Ziel des Austauschs war es, die Kosten (CAPEX, OPEX) und die resultierenden Energieverluste im Betrieb gering zu halten. Zur Verwirklichung des Vorhabens war daher schon vor Projektbeginn zusätzliches Gelände erworben worden, um hierauf in unmittelbarer Nähe zueinander das H2-Equipment und die zusätzlichen Tankinseln zu installieren. Eine Vorplanung zum Aufstellungskonzept war bereits vor Antragstellung erstellt worden, aus der die notwendigen Fundamente (für Zwischenspeicher, Steuerungscontainer und Kälteanlage), die Sicherheitsabstände, die Position der Rohrleitungen, der Schallschutz, die Einzäunungen und der Weg der Anlieferung ersichtlich waren.

Eine wesentliche Innovation in diesem Vorhaben war die Entwicklung eines besonderen Anfahrtsschutzes der Wasserstoffanlage durch die Westfalen AG, die auf eine „T-Träger“-Variante setze. Diese T-Träger-Lösung ist nicht nur eine optisch elegante Lösung, um wie bei anderen Anlagen üblich den Aufbau von Mauern zu vermeiden, seitens der Westfalen wurde auch entschieden, diese T-Träger zukünftig auch bei anderen Tankstellenprojekten zu verwenden, bei denen Anlagen für Autogas installiert werden.

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Abbildung 26: Von Westfalen entwickelter Anfahrschutz, die 2. Hälfte des "T" ist in die Erde eingebracht

Das Arbeitspaket umfasste den Aufbau der beauftragten Anlagen und die Erbringung aller sonstigen Bauleistungen wie Bauvorbereitung des Geländes, den Aufbau der Ver- und Entsorgungsinfrastruktur, die Tiefbauarbeiten und den Aufbau der Außenanlagen.

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Abbildung 27: Anlieferung Hochtank

Insbesondere wurden folgende Arbeitspunkte umgesetzt:

• Standortanalyse, Entwicklung von Konzepten im Hinblick auf die Zielgrößen, Prüfung der örtlichen Gegebenheiten, Bestimmung des optimalen Standorts unter Berücksichtigung sämtlicher Rahmenbedingungen,

• Abstimmung mit Nachbarn und sonstigen Betroffenen,

• Analyse der vorhandenen Infrastruktur,

• Risikoanalyse: Identifizierung der technologischen Restrisiken, Identifizierung von Umwelt-, Genehmigungs- und Akzeptanzrisiken,

• Klärung der Aufgabenverteilung und Festlegung von Verantwortlichkeiten für Einzelkomponenten und Schnittstellen,

• Terminplanung des weiteren Entwicklungsprozesses,

• Planung der HRS-Integration in die konventionelle Tankstelle,

• Tiefbauarbeiten / und Aufbau der Fundamente,

• Bauarbeiten im Zusammenhang mit Behältergrube für die Kühlung,

• Leitungsarbeiten für Wasserstoff und Medienanschlüsse,

• Abstimmung der Anlagenmontage mit dem Lieferanten,

• Begleitung der Aufstellung vor Ort,

• Installation der H2-Anlage am Standort,

• Vorbereitung für die Installation von Nachreinigungssystem,

• Anschluss an Stromversorgung, Wasser, Anlagensteuerung, Wasserstoffleitungen, Internet,

• Installation und Anbindung Kartenleser und Fahrermeldesystem,

• Abnahme und Inbetriebnahme.

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Über die unmittelbar mit der Errichtung der Tankstelle verbunden Arbeiten hinaus, wurden folgende Arbeitsschritte im Arbeitspaket umgesetzt:

• Erstellung von Checklisten, Musterschreiben, Dokumentationen,

• Einspeisung der Ergebnisse an die Arbeitsgruppen in der CEP,

• Mitwirkung an der übergeordneten Begleitforschung (Bereitstellung von Daten, Informationen).

Zur Einbindung der Anlage in die CEP-Prozesse wurde ein Kartenleser installiert, der die Betankungsfreigabe an geschulte Kunden ermöglicht und zur Datenerfassung der Betankungsdaten (Zeitpunkt, Menge, Störungen) dient. Die Einbindung der Anlage in das CEP-Tankstellenverfügbarkeitssystem verlief wie geplant und zeigt seit Inbetriebnahme die Verfügbarkeit der Tankstelle für die Tankkunden in Echtzeit über das Internetportal der CEP an. Nach der Freigabe durch den TÜV am 05.10.2016 und die feierliche Eröffnung am 05.12.2016 erfolgte die endgültigen Freigabe durch die CEP am 12.12.2016, so dass der Betrieb mit eingeschränktem Nutzerkreis starten konnte.

Abbildung 28: Dispenser für 350 bar PKW und Bus sowie 700 bar PKW

18.3.2 Entwicklung und Erprobung eines Betriebs- und H2-Versorgungskonzepts

Die Integration von Wasserstoff als Kraftstoff in die Betriebsabläufe einer Mineralöltankstelle ist mit verschiedenen Herausforderungen verbunden: Neben Abrechnungssystemen, die sich möglichst nicht von denen der anderen Kraftstoffe unterscheiden, stellt auch die Wasserstoffanlieferung eine große Herausforderung für die Betriebsabläufe dar. Da die zusätzlichen Lieferungen die sonstigen Abläufe an den Tankstellen nicht über das übliche Maß hinaus beeinträchtigen dürfen, müssen die Mengen der Speicherung von Wasserstoff auf Vorrat an den Standorten und die Frequenz der Anlieferungen möglichst wirtschaftlich gestaltet werden. Ziel des Arbeitspakts war daher die

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Entwicklung eines wirtschaftlichen Versorgungs- und Betriebskonzepts zur vollständigen Integration von Wasserstoff in die Tankstelle, das die Versorgung der Tankstelle mit Wasserstoff wirtschaftlich und zuverlässig gestaltet und den Wasserstoff als Kraftstoff soweit in die Abläufe der konventionellen Mineralöltankstelle einbindet, damit Wasserstoff als „normaler“ Kraftstoff für Tankstellenbetreiber und Kunden wahrgenommen und etabliert werden kann.

Die Gesamtanlage wurde daher so konzeptioniert, dass eine gleichzeitige Betankung an der 350-bar- und an der 700-bar-Zapfsäule möglich ist. Zugleich kann an der Anlagensteuerung ein benutzerspezifisches Lastprofil vorgegeben werden, so dass sich das IC-90-Betankungssystem auf das Beste dafür eignet, Daten zur Leistungsfähigkeit und Effizienz der Anlage unter sich wesentlich voneinander unterscheidenden Betriebsbedingungen zu erheben.

Aufgrund der verzögerten Errichtung der Tankstelle konnten die unterschiedlichen Betriebsmodi in der Projektlaufzeit nicht erhoben werden. Die Forschungen werden im Anschluss der Projektlaufzeit durchgeführt und Ergebnisse entsprechend berichtet. Insbesondere im Bereich der Schulung von Mitarbeitern und Kunden ist die Westfalen AG neue Schritte gegangen. So wurde von der Westfalen AG das erste Schulungsvideo innerhalb der CEP veröffentlicht, in dem Schritt für Schritt der Betankungsvorgang erklärt wird: https://www.youtube.com/watch?v=YlBHr0vN9gI

Folgende wissenschaftlichen und technischen Forschungsziele wurden erfolgreich umgesetzt: - Entwicklung und Erprobung von wirtschaftlichen Betriebs- und Versorgungskonzepten für die

Tankstelle, sowie Sicherstellung einer Anwendbarkeit auf künftige Standorte des

Antragstellers

- Entwicklung von Service- und Wartungskonzepten unter besonderer Berücksichtigung der

Kosteneffizienz der Maßnahmen und der Zuverlässigkeit des Anlagenbetriebs

- Entwicklung von Schulungskonzepten

- Versorgung der Tankstelle mit Wasserstoff, Energie, Ersatzteilen und sonstigen

Verbrauchsmaterialien

- Netzentwicklung, Verknüpfung der bestehenden CEP-Regionen mit dem Ziel der

Flächendeckung und damit einhergehend der deutschlandweit uneingeschränkten

Einsetzbarkeit wasserstoffgetriebener Fahrzeuge.

18.3.3 Kosten- und Wirtschaftlichkeitsanalyse für die Aufbereitung von Wasserstoff 3.0

im Vergleich zu elektrolytisch gewonnenem Wasserstoff sowie im Vergleich zu

extern beschafftem Wasserstoff 5.0

In Deutschland fällt jährlich etwa 1 Milliarde Nm³ Wasserstoff als Nebenprodukt bei Prozessen in der chemischen Industrie an, von denen bereits 5 % ausreichen würden, jährlich eine FCEV-Flotte von einer halben Million Fahrzeugen mit Wasserstoff zu versorgen. Das Problem von Nebenproduktwasserstoff ist jedoch in der Regel, dass eine zu geringe Reinheit für den Einsatz in Brennstoffzellen-PKW und -Bussen aufweist. Er muss daher nachträglich gereinigt werden, um eine Degradation der Brennstoffzellen zu verhindern. Der Standard SAE J2719 beschreibt die Wasserstoff-Qualität, die für Brennstoffzellen-Fahrzeuge vorgegeben ist und enthält eine Liste von Verunreinigungen mit Angabe der erlaubten Konzentrationen. Der von der Westfalen AG

Abbildung 29: Vorortreinigung von Wasserstoff

https://www.youtube.com/watch?v=YlBHr0vN9gI

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verfolgte dezentrale Ansatz der Wasserstoffproduktion, der die Reinigung des Nebenproduktwasserstoffs direkt vor Ort vorsieht, wurde erfolgreich an der HRS Amelsbüren umgesetzt. So reinigt seit Inbetriebnahme der Anlage ein implementierter Hydrogen Purifier erfolgreich den Nebenproduktwasserstoff der Anlage in Salzbergen, so dass der Wasserstoff ohne Verunreinigungen auch an die Brennstoffzellen-PKW und -busse abgegeben werden kann. Aufgrund der späten Inbetriebnahme konnten jedoch noch nicht ausreichend Daten erhoben werden, um eine Wirtschaftlichkeitsanalyse im Vergleich zu angelieferten Wasserstoff der Qualität 5.0 durchzuführen. Die Forschungen werden im Anschluss der Projektlaufzeit durchgeführt und Ergebnisse entsprechend berichtet. Da die Westfalen AG in der neuen CEP IV in den Arbeitsgruppen „grüner Wasserstoff“ und „Interoperabilität“ mitarbeiten wird, wird darüber hinaus auch sichergestellt, dass die Erkenntnisse innerhalb der CEP-Partnerschaft geteilt werden, wie es in der Mitarbeit im Arbeitskreis „Wasserstoffqualität“ in der CEP III bisher erfolgreich praktiziert worden ist. Aufgrund der Tatsache, dass vom Bau der Elektrolyseanlage Abstand genommen wurde, wird die Analyse mit elektrolytisch gewonnenem Wasserstoff im Austausch der Gremien der CEP sowie im Rahmen der Fortführung der Aktivitäten zu den Steinfurter Flexkraftwerken durchgeführt.

18.3.4 Kosten- und Wirtschaftlichkeitsanalyse von elektrolytisch gewonnenem „grünen“

Wasserstoff

In Arbeitspaket 4 sollte der Gesamtbedarf an Wasserstoff von einer mit regenerativem Strom betriebenen Elektrolyseanlage geliefert und der Wechsel zu „grünem“ Wasserstoff vollzogen werden. Wie weiter oben bereits ausgeführt, wurde die Elektrolyseanlage im Laufe des Vorhabens nicht installiert. In Abstimmung mit dem Fördermittelgeber entfiel daher das Arbeitspaket. Es ist geplant, diese Analyse im Rahmen einer Fortführung der Aktivitäten zu den Steinfurter Flexkraftwerken gemeinsam mit den Akteuren u.a. der Windenergiebranche, den Stadtwerken, der Kreisverwaltung, den regionalen Finanzinstituten und der Fachhochschule Münster in einem gesonderten Projekt zu realisieren.



Im Rahmen des Vorhabens wurde im Wesentlichen das Arbeitspaket 1 umgesetzt und erfolgreich eine Wasserstofftankstelle im Raum Münster errichtet. In diesem Zusammenhang wurde ein neuartiges Aufstellungskonzept für Speicher, Verdichter, Vorkühlung, Dispenser, Nachreinigungsanlage und Elektrolyseanlage entwickelt, das so bisher noch an keiner Tankstelle in Deutschland umgesetzt worden war (die Errichtung der Elektrolyseanlage wurde im Vorhaben später jedoch nicht realisiert). Insbesondere die unterirdische Positionierung der Kühlung in unmittelbarer Nähe zum Dispenser wurde als Vorbild für weitere Tankstellen genutzt, die derzeit innerhalb des 50-Tankstellen-Programms errichtet werden. Darüber hinaus wurde ein Standardkonzept für die Integration der Wasserstoffkomponenten für zukünftige Tankstellenneubauten der Westfalen AG entwickelt. Besonders hervorzuheben ist die Entwicklung eines Sicherheitskonzepts, das auf die Errichtung neuer T-Träger als Anfahrschutz setzt und die auch bei Autogas-Anlagen der Westfalen AG Verwendung findet. Da für die Westfalen AG die Integration von Wasserstoff als Treibstoff auf Tankstellen Neuland war, wurden auch ein neues Leitungskonzept entwickelt und neue Brandschutz- und Sicherheitskonzepte erstellt.

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Tabelle 2: Übersicht der Zielerreichung

Projektziele Ergebnisse im Projekt

Wirtschaftliche Ziele

Analyse der genehmigungsrechtlichen Rahmenbedingungen und Optimierung der Aufstellungsplanung nach genehmigungsrechtlichen Kriterien

Die Analyse der genehmigungs-rechtlichen Kriterien ist beendet worden. Ziel der Untersuchung war es, die Ursachen für die große zeitliche Verzögerung zu identifizieren und so perspektivisch kürzere Genehmigungszeiträume zu ermöglichen. Die Ergebnisse sind in die Arbeitsgruppen der CEP eingeflossen. Für kommende Verfahren ist davon auszugehen, dass den Behörden die Herausforderungen in der Genehmigung bekannt sind, weshalb mit kürzeren Genehmigungszeiten zu rechnen ist.

Entwicklung von wirtschaftlichen Versorgungskonzepten für die Tankstelle mit Nebenproduktwasserstoff

Das Versorgungskonzept für die Anlieferung von Nebenproduktwasserstoff ist erstellt und wird nach Inbetriebnahme der Tankstelle umgesetzt und im Betrieb erprobt.

Entwicklung von Strategien und Konzepten zur Steigerung des Angebots von grün zertifiziertem Wasserstoff

Mitarbeit im HyTrustPlus-Projekt, Teilnahme an den Strategiedialogen und Entwicklung von Handlungsempfehlungen an die Politik.

Integration der Wasserstoffversorgung der Tankstellen in die normalen Betriebsabläufe der Tankstelle

Noch keine Ergebnisse aufgrund fehlender Betriebserfahrungen.

Netzentwicklung, Verknüpfung der bestehenden CEP-Regionen mit dem Ziel der Flächendeckung und damit einhergehend der deutschlandweit uneingeschränkten Einsetzbarkeit wasserstoffgetriebener Fahrzeuge

Innerhalb des 50-Tankstellen-Programms ist die Tankstelle Amelsbüren ein wichtiger Standort in Nordrhein-Westfalen, der die Verbindung nach Norddeutschland sicherstellen wird. Die Stadt Münster hat die Bestellung der Brennstoffzellenbusse auf das Q2/2017 verschoben, weshalb sich die Versorgung der Busse entsprechend verschiebt.

Wissenschaftlich-technische Ziele

Entwicklung eines Standardkonzepts zur Einbindung der Wasserstoffkomponenten in bestehende Tankstellen (Aufstellungskonzept für Speicher, Verdichter, Vorkühlung und Dispenser)

Das Standardkonzept wurde erfolgreich in Zusammenarbeit mit der Fa. Linde entwickelt und umgesetzt.

Entwicklung eines Sicherheitskonzepts

Ein Sicherheitskonzept wurde entwickelt und floss in das Betriebshandbuch der Tankstelle mit ein.

Systematische Analyse der genehmigungsrechtlichen Rahmenbedingungen und Optimierung der Aufstellungsplanung nach genehmigungsrechtlichen

Aus dem langwierigen Prozess des Genehmigungsverfahrens wurden entsprechendes Wissen akkumuliert, weshalb bei zukünftigen H2-Tankstellen von einem kürzen Genehmigungsprozess ausgegangen werden kann.

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Kriterien

Erstellung von Checklisten, Musterschreiben, Dokumentationen für den Genehmigungsprozess

Für den Genehmigungsprozess zukünftiger Westfalen-Wasserstofftankstellen wurden die entsprechenden Checklisten, Musterschreiben, Dokumentationen erstellt.

Entwicklung eines Leitungskonzepts Ein Leitungskonzept wurde erstellt und ging in das Betriebshandbuch der Tankstelle ein.

Erstellung von Brandschutz- und Sicherheitskonzepten

Brandschutz- und Sicherheitskonzepte wurden erstellt und gingen in das Betriebshandbuch der Tankstelle ein.

Inbetriebnahme der H2-Tankstelle Die Tankstelle ging am 12.12.2016 in Betrieb.

Entwicklung von Service- und Wartungskonzepten unter besonderer Berücksichtigung der Kosteneffizienz der Maßnahmen und der Zuverlässigkeit des Anlagenbetriebs

Ein Service- und Wartungskonzept wurde zusammen mit der Fa. Linde erstellt.

Entwicklung von Schulungskonzepten Entsprechende Schulungskonzepte für die Mitarbeiter der Westfalen AG wurden erstellt. Insbesondere wurde ein Schulungsvideo für die Betankungsschulung erstellt, das bisher in der CEP einzigartig ist und wie folgt öffentlich abgerufen werden kann:


Erhöhung der Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit durch systematische Fehleranalyse

Keine Ergebnisse aufgrund fehlender Betriebserfahrungen. Die entsprechenden Daten werden im fortlaufenden Betrieb nach dem Ende der Projektlaufzeit erhoben und analysiert.

Erfolgreiche Versorgung von Brennstoffzellenbussen der Stadtwerke Münster sowie von in der Region betriebenen CEP-PKW und Fahrzeugen im Korridorbetrieb (z.B. HyFive)


Nachweis der Machbarkeit einer vor Ort durchgeführten Nachreinigung von Nebenprodukt-Wasserstoff


Wirtschaftlichkeitsanalyse der Nachreinigung von Wasserstoff


Integration einer Elektrolyseanlage in die HRS

Der Elektrolyseur wurde nicht integriert.

Erhebung von Betriebsdaten zu Energieverbräuchen und Abgabemengen bei unterschiedlichen Lastprofilen



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Wirtschaftlichkeitsanalyse von elektrolytisch vor Ort produziertem Wasserstoff im Vergleich zur Nachreinigung von Wasserstoff der Qualität 3.0 und Wasserstoff 5.0

Da der Elektrolyseur nicht integriert wurde, wird die Wirtschaftlichkeitsanalyse ohne Rückgriff auf die Daten der Elektrolyse im Nachgang zum Projektende durchgeführt und PtJ berichtet.

Wirtschaftlichkeitsanalyse des Aufstellungskonzepts

Keine Ergebnisse aufgrund fehlender Betriebserfahrungen. Die entsprechenden Daten werden im fortlaufenden Betrieb nach dem Ende der Projektlaufzeit erhoben, analysiert und in den entsprechenden Arbeitsgruppen der CEP diskutiert.

Entwicklung und Erprobung von wirtschaftlichen Betriebs- und Versorgungskonzepten für die Tankstelle, sowie Sicherstellung einer Anwendbarkeit auf künftige Standorte des Antragstellers


Validierung der Anlagentechnologie im Alltagsbetrieb und Nachweis der Markteignung


Systematische Optimierung des Bedienkonzepts und der Kommunikation


Erforschung der Akzeptanz der Wasserstofftechnologie bei einem ÖPNV-Betreiber

Die Stadt Münster hat die Bestellung der Brennstoffzellenbusse auf das Q2/2017 verschoben, weshalb sich Erforschung der Akzeptanz der Wasserstofftechnologie bei einem ÖPNV-Betreiber entsprechend verschiebt.

Erforschung der Akzeptanz von Wasserstofftankstellen im lokalen Umfeld

Die Tankstelle befindet sich in einem Gewerbegelände, der unmittelbare Nachbar wurde die Planung bezgl. der HRS eingebunden. Darüber hinaus hat die Westfalen AG einen Brennstoffzellen-PKW erworben, der für die stündliche Miete von 1 € ausgeliehen werden kann. Die Auswertung der Ergebnisse zur Akzeptanz wird nach dem Ende der Projektlaufzeit durchgeführt und PtJ berichtet.

Verankerung der Brennstoffzellen- und Wasserstofftechnologie in der öffentlichen Wahrnehmung

Zur Verankerung der Brennstoffzellen- und Wasserstofftechnologie in der öffentlichen Wahrnehmung hat die Westfalen AG einen Brennstoffzellen-PKW erworben, der für die stündliche Miete von 1 € ausgeliehen werden kann. Die Auswertung der Ergebnisse zur Akzeptanz wird nach dem Ende der Projektlaufzeit durchgeführt und PtJ berichtet.

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Abbildung 30: (v.li.) Wolfgang Fritsch-Albert, Vorstandsvorsitzender der Westfalen Gruppe, NRW-Umweltminister Johannes Remmel, Thorsten Herbert, Bereichsleiter Verkehr und Infrastruktur der NOW, Bürgermeisterin Karin Reismann sowie Heinrich Klingenberg, stellvertretender Vorsitzender der CEP, eröffneten die erste Wasserstoff-Tankstelle in Münster.

Die im Projektvorhaben erzielten Ergebnisse haben wertvolle Hinweise für das Systemdesign und die Anlagenauslegung für mögliche Folgevorhabens ergeben. Im Ergebnis der Zusammenarbeit mit der Linde AG wurde erstmals eine Vorortreinigungsanlage in eine HRS in Deutschland implementiert, damit ist die Tankstelle Amelsbüren die einzige Wasserstofftankstelle in Deutschland, in der vor Ort gereinigter Nebenproduktwasserstoff der wesentliche Versorgungspfad ist. Sie hat damit eine herausragende Stellung innerhalb der Forschungstankstellen in Deutschland, da sie über die Vorortreinigung von Nebenproduktwasserstoff eine wesentliche Möglichkeit zur Wasserstoffbeschaffung untersucht, die es ermöglicht, Wasserstoff dezentral bereitzustellen und damit einen Beitrag zur Anbietervielfalt von Wasserstoff leistet.

Die Westfalen AG hat mit dem vorliegenden Projekt zudem wichtige Erkenntnisse für den Aufbau zukünftiger Wasserstofftankstellen gewonnen und leistet insbesondere durch den weiteren Austausch innerhalb der CEP einen wesentlichen Anteil an der Vorbereitung und Umsetzung des zu erwartenden Markthochlaufs von Wasserstoff. Damit sichert die Westfalen AG langfristig die wirtschaftliche Perspektive für das Geschäftsmodell Tankstelle zum Zeitpunkt des rückläufigen Absatzes fossiler Kraftstoffe.

Vor dem Hintergrund der bisher erreichten Ergebnisse geht die Westfalen AG daher weiter uneingeschränkt von herausragenden Marktchancen für Wasserstoff als Kraftstoff aus. Entsprechend stark ist die Westfalen AG daran interessiert, weiterhin eigenes Know-how aufzubauen und ihr Engagement im Bereich Wasserstoff zu intensivieren. Der Betrieb der Tankstelle Amelsbüren über die Projektlaufzeit hinaus wird sichergestellt sein, da die Stadtwerke Münster hier ihre Wasserstoffbusse betanken werden. Die Erforschung, inwieweit sich dieses Engagement wirtschaftlich rechnen wird, ist Teil der fortgesetzten Erforschung im Zusammenhang mit dem Weiterbetrieb der Tankstelle. Darüber hinaus dokumentiert die Beteiligung der Westfalen AG am Positionspapier „Steinfurter

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Flexkraftwerke“ – in dem die Beteiligten von Kreis, Stadt und Wirtschaft In einem Memorandum of Understanding die Entwicklung und Verwirklichung eines Flexkraftwerks in der Region bis zum Jahr 2021 beabsichtigen – das besondere Engagement der Westfalen AG im Bereich Wasserstoff als Kraftstoff.

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19 PROJEKTMODUL: HRS Detmoldstraße – Aufbau und Betrieb einer H2-Tankstelle mit 300 bar Kryodrucktechnologie (CcH2) und 700 bar Technologie (CGH2)

Projekttitel: HRS Detmoldstraße – Aufbau und Betrieb einer H2-Tankstelle mit 300 bar Kryodrucktechnologie (CcH2) und 700 bar Technologie (CGH2)

Verbundpartner im Projektmodul: TOTAL Deutschland GmbH


01.10.2013 – 30.06.2017

Förderquote 48%




19.1 Kurzfassung / Aufgabenstellung

An der TOTAL Multi-Energie-Tankstelle an der Detmoldstraße in München war erstmals in Deutschland eine öffentliche Wasserstofftankstelle zu realisieren, bei der kryogener Druckwasserstoff (CcH2) bei 300 bar getankt werden kann. Zusätzlich sollte an derselben Tankstelle die erste Möglichkeit in Bayern zur Betankung von gasförmigem Wasserstoff (CGH2) bei 700 bar für die Öffentlichkeit geschaffen und dafür eine Wasserstofftankstelle der Größenklasse „small“ gemäß H2MOBILITY-Spezifikation umgesetzt werden. Die Versorgung der Anlage sollte per Flüssigwasserstoffanlieferung erfolgen.

Im Rahmen dieses Vorhabens wurde die außer Betrieb genommene TOTAL-Flüssigwasserstofftankstelle entsprechend der Planung umgerüstet und wieder in Betrieb genommen. Für das Vorhaben stellte TOTAL Deutschland das Grundstück und die vorhandene Infrastruktur (z.B. Leitungen, LH2-Tank) bereit. Ferner war es Aufgabe von TOTAL Deutschland in dem Vorhaben, die Anlage zu planen, die Genehmigungsverfahren vorzubereiten, die vorbereitenden Baumaßnahmen durchzuführen, die Wasserstoffanlagetechnik zu beschaffen, der Aufbau der Anlage zu koordinieren sowie die Anlage zu betreiben.

19.2 Projektverlauf

19.2.1 Planung, Genehmigungsverfahren, vorbereitende Baumaßnahmen

Die Aktivitäten für die technische Abstimmung umfassten eine Standortanalyse, eine Risikoanalyse, die Klärung der Aufgabenverteilung und Verantwortlichkeiten für Einzelkomponenten und Schnittstellen. Des Weiteren wurden die genehmigungsrechtliche Situation geklärt, die vorhandene Infrastruktur analysiert sowie sich mit Versorgern und Betroffenen abgestimmt. Für das Aufstellungskonzept und die Ausführungsplanung wurden die Integration in die TOTAL Multienergie-Tankstelle geplant, das Aufstellungs- und Leitungskonzept sowie ein Sicherheitskonzept inkl. Brand- und Blitzschutzkonzept für die Wasserstofftankstelle erstellt. Die vorbereitenden Baumaßnahmen umfassten die Tiefbauarbeiten / Fundamente, die Bauarbeiten zur Herstellung einer Behältergrube für Speicher, die Leitungsarbeiten für Medienanschlüsse, die Telefonleitungen für das Fernwartungssystem und die Anbindung an das Stromnetz.

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Das Projektvorhaben wurde am 11.12.2013 rückwirkend zum 01.10.2013 vom Projektträger bewilligt. Noch im Jahr 2013 wurde die Bestellung der Anlage beim Hauptlieferanten, der Linde AG, ausgelöst und erste Planungsarbeiten wurden mit dem Architekten und Experten von Linde begonnen.

In der nachfolgend abgebildeten Planungsskizze werden die einzigartigen Merkmale der Wasserstofftankstelle Detmoldstraße deutlich: Der unterirdische Technikkeller und der liegende Flüssigwasserstofftank, die Kryopumpe sowie die zwei Technologiestränge für die CcH2-Abgabe mit 300 bar und der CGH2-Abgabe mit 700 bar.

Abb. 15: Planungsskizze der Wasserstofftankstelle Detmoldstraße

Die Wasserstofftankstelle war nach der Betriebssicherheitsverordnung zu bewilligen. Mit Blick auf die Beantragung der Betriebserlaubnis veranlasste TOTAL Deutschland eine Gefährdungsbeurteilung und ein TÜV-Gutachten (Prüfbericht).

Nachdem bereits die Baugenehmigung der Landeshauptstadt München, Referat für Stadtplanung und Bauordnung vorlag, wurde im Juli 2014 ein Änderungsantrag erforderlich. Ursächlich war eine von Linde vorgenommene Umplanung der Wasserstoff-Technik. Im Zuge dieser Maßnahme erfolgte insbesondere eine aus baulichen Gründen notwendige Verlegung des Hochdruckspeichers.

Sämtliche Baumaßnahmen wurden zwischen Juli und August 2014 realisiert. In Abstimmung mit den Behörden musste die Installation der Tankstellenkomponenten zum Teil bereits im Zuge der Baumaßnahmen erfolgen, obwohl eine Betriebserlaubnis noch nicht vorlag. Der Grund dafür war, dass ein Teil der Komponenten nur während des Baus des Technikkellers installiert werden konnte.

Der Aufbau der 700-bar-Anlage erfolgte bis zum Dezember 2014; der Aufbau der 300-bar-CcH2-Anlage bis zum April 2015.

Vom zweiten Halbjahr 2015 bis Anfangs 2016 wurde im Rahmen der Begleitforschung des 50-Tankstellen-Programms durch den TÜV Süd systematisch untersucht, wie das Vorgehen und die Erkenntnisse von Antragstellern, Zugelassenen Überwachungsstellen (ZÜS) und Behörden zur

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Genehmigung von Wasserstofftankstellen sind. Um die Anwendung der bestehenden Regelwerke und Leitfäden im Genehmigungsprozess realistisch zu erfassen, wurden die Erlaubnis- und Genehmigungsprozesse exemplarisch an drei Fällen - einer davon die Detmoldstraße – evaluiert. Dabei kam ein Methodenmix von schriftlicher Befragung, Einzelinterviews und Dokumentanalyse zur Anwendung.

Ferner wurden im Rahmen der Begleitforschung des 50-Tankstellen-Programms die aktuellen und zukünftigen spezifischen Wasserstoffkosten in €/kgH2 für Anlagen unterschiedlicher Hersteller bestimmt und der Einfluss von Investment, Wartung, Anlagenauslastung und Strompreis aufgezeigt. Dafür wurden Literatur- und Primärdaten zur Kostenstruktur ausgewertet sowie Anlagenhersteller befragt. Die sensiblen Informationen, die in der Form nicht den einzelnen Betreiber zugänglich gemacht worden wären, wurden von dem unabhängigen Forschungsinstitut KIT Karlsruher Institut für Technologie gesammelt. Die Haupterkenntnisse wurden den CEP-Partnern in einer strikt anonymisierten Ergebnispräsentation vorgestellt. Sie gab einen wissenschaftlich fundierten Einblick in die Entwicklung der wirtschaftlichen Performance der Anlagen. Aus forschungsökonomischen Gründen wurde im Verlauf der Studie von den für die Begleitforschung Verantwortlichen entschieden, auf den Einbezug der Kryopumpentechnologie in die Analyse zu verzichten; es besteht diesbezüglich weiterer Forschungsbedarf.

19.2.2 Aufbau der Wasserstoffanlagen und Inbetriebnahme

Die Aktivitäten von TOTAL Deutschland für den Aufbau der Anlage umfassten die Abstimmung der Anlagemontage mit den Lieferanten, die Begleitung der Aufstellung vor Ort, die Bereitstellung von Baustrom, der Anschluss an Stromversorgung, Wasserversorgung, Anlagesteuerung und Wasserstoffleitung sowie die Installation und Anbindung des Kartenlesers und des CEP-Tankstellenverfügbarkeitssystems. Ferner wurde für die Inbetriebnahme das System mit Betriebsmitteln gefüllt, die Anlagesteuerung in Betrieb genommen, das Betriebspersonal durch den Anlagenhersteller geschult, die Betriebsgenehmigung nach § 13 Betriebssicherheitsverordnung erlangt und die Anlagen durch den TÜV Süd und die CEP abgenommen sowie alle Anlagenkomponenten einem ausführlichen Testbetrieb unterzogen.

Im September 2014 wurde der Umbau der bestehenden Wasserstoffanlagen begonnen. Sämtliche Anlagenteile wurden am Projektstandort angeliefert und installiert.

Unmittelbar nachdem der Aufbau der 700-bar-Technologie im Dezember 2014 vom Anlagenlieferanten Linde abgeschlossen worden war, konnte die Anlage in den Probebetrieb genommen werden. Im Zuge der TÜV-Prüfungen am 27.01.2015 wurden bauliche Nachbesserungen an der Anlage verlangt. Die endgültige Betriebserlaubnis für die Anlage erteilte der TÜV Süd am 29.05.2015.

Der CEP-Abnahmetest erfolgte an der Detmoldstraße in der Zeit vom 18. bis am 20.3.2015 und wurde von Linde mit dem eigens dafür aufgerüsteten Referenz-Mengenmess-System (RMS) durchgeführt. Der CEP-Abnahmetest ist Voraussetzung für die Freigabe der Anlage für Kundenbetankungen und wird nach einem verbindlich vereinbarten Abnahmeprozedere durchgeführt, welches der Anlagensicherheit und dem Schutz der Fahrzeuge und Anlagen dient.

Die 700-bar-Schiene war am 13.04.2015 durch die CEP für den Kundenbetrieb freigegeben worden. Allerdings wurde diese Freigabe mit der Auflage an Linde verbunden, die Betankungsleistung bei der Befüllung großer Speicher nachträglich zu testen und nachzuweisen. Im Vorfeld der Nachtests erfolgten im Juli 2015 zunächst Nachbesserungen mit dem Ziel, die Anlagenperformance zu erhöhen. Die Nachtests erfolgten planmäßig im August 2015. Die Fähigkeit der Anlage zur Befüllung großer Tanks konnte im Rahmen dieser Tests erfolgreich nachgewiesen werden. Entsprechend erfolgte die uneingeschränkte CEP-Freigabe.

Die 300 bar-CcH2-Technologie wurde im Frühjahr 2015 fertig aufgebaut und am 30.4.2015 mit Mängeln abgenommen. Nach Behebung der Mängel erfolgte die Freigabe der Anlage zeitgleich mit

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der Inbetriebnahme der ersten CcH2-Fahrzeuge durch BMW im Juli 2015. Eine CEP-Abnahme für die CcH2-Teil der HRS war nicht vorgesehen.

19.2.3 Anlagenbetrieb

Die Aktivitäten von TOTAL Deutschland im Rahmen des Arbeitspakets Anlagenbetrieb umfassten den Betrieb der Tankstelle, die Fernüberwachung der Anlagen, die Disposition und das Sicherstellen der Durchführung der regelmäßigen Service- und Wartungs-Aktivitäten, die Beschaffung von Betriebsstoffen und Ersatzteilen sowie die Abstimmung mit Anlageherstellern und Nutzern. Des Weiteren die Analyse, Diagnose und Einleitung von Maßnahmen gegen Prozess-Probleme, die sich erst während dem Anlagenbetrieb zeigten. Weiter waren Bestandteil des Anlagenbetriebs die in die normalen Betriebsabläufe der Tankstelle integrierte Versorgung mit zunehmend grünem Wasserstoff, die Sicherstellung der Wasserstoffqualität, die wiederkehrenden TÜV-Prüfungen, die Sicherheit sowie die Tankkartenverwaltung, den Betrieb des Meldesystems und die Entwicklung eines Back-up-Konzeptes. Neben internen Auswertungen des Betriebs der Detmoldstraße stellte TOTAL Deutschland zudem sicher, dass die Daten und Informationen zu Verfügbarkeit und Performance der Anlage, Energieverbrauch und Boil-off-Verlusten, Anliefer- und Abgabemengen sowie Akzeptanz für die gemeinsamen Analysen der CEP und der Begleitforschung des 50-Tankstellen-Programms zu Verfügung standen und beteiligte sich in der Kooperation mit BMW zur Erprobung der CcH2-Technologie.

Betrieb LH2-Speicherung

Die elektrischen Verbräuche sind an einer Wasserstofftankstelle mit LH2-Speicher und Kryopumpe vergleichsweise gering. Der betriebswirtschaftliche Nachteil der Kryopumpentechnik liegt in den Abdampfverlusten (Boil-off), da sich der flüssig und tiefkalt gelagerte Wasserstoff nicht vollständig gegen Wärmeeintritt isolieren lässt.

Die an der Detmoldstraße gemessenen Boil-off-Verluste waren jedoch auffallend hoch. Es folgten verschiedene Termine zwischen TOTAL Deutschland, Linde und BMW zur Optimierung der Boil-off-Verluste.

Die hohen Boil-off-Verluste an der Detmoldstraße waren insbesondere dem liegenden LH2-Tank (große Oberfläche des LH2) geschuldet sowie einem beeinträchtigten Vakuum in den doppelwandigen LH2-Leitungen, welches die Leitungen isolieren soll. Zwischen dem 16. und 19.12.2016 wurden im Rahmen von Service- und Wartungsarbeiten zahlreiche Maßnahmen zur Reduzierung des Boil-Offs vorgenommen – unter anderem auch die Evakuierung der doppelwandigen Leitung zwecks besserer Isolation. Im Ergebnis haben sich die Boil-off-Verluste deutlich verringert.

Die Analyse mittels Wärmebildern hat weitere Optimierungsmöglichkeiten aufgezeigt. In 2017 wurden Maßnahmen zur Dämmung umgesetzt.

Betrieb 700-bar-Technologie

Der Kundenbetrieb des 700-bar-Strangs der Wasserstofftankstelle an der Detmoldstraße fand ab August 2015 ohne Einschränkungen statt. Der Betrieb musste aber zwischen dem 31.8. und dem 08.09.2015 aufgrund von Störungen vorübergehend unterbrochen werden. Weitere Störungen und Ausfälle wirkten sich insbesondere im Herbst 2015 und im Winter 2016 über mehrere Monate negativ auf die Verfügbarkeit aus. Die Optimierungsmaßnahmen des Technologieanbieters wirkten sich zwischen April und November 2016 sehr positiv auf die Verfügbarkeit der Anlage aus. In den Monaten danach sank die Verfügbarkeit allerdings wieder leicht.

Am 700-bar-Strang der Wasserstofftankstelle an der Detmoldstraße wurden viele der Betankungen aufgrund des unzureichenden Thermomanagements abgebrochen. Mit verschiedenen Optimierungsmaßnahmen konnte der Anteil der Betankungen ohne Abbrüche bis zum Winter 2016/17 deutlich gesteigert werden. Seit März 2017 ist die Entwicklung jedoch negativ. Dabei fällt

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auf, dass es zwischen Januar und Februar einen Absatzsprung von 28 % gab und seitdem die Absatzmenge deutlich über 400 kg pro Monat beträgt.

Die Betankungsmengen waren bis zum Sommer 2016 moderat. Dies hing zum Teil mit der beeinträchtigen Verfügbarkeit der Anlage zusammen, lag aber primär an der bis dahin grundsätzlich geringen Nachfrage nach Wasserstoff für Pkws im Raum München. Seit dem Sommer 2016 haben die im Rahmen des Linde Carsharing-Programms BeeZero betriebenen 50 Hyundai vom Typ ix35 Fuel Cell zu einer deutlich gestiegenen Nachfrage an der Detmoldstraße geführt.

In Deutschland werden für die Abgabe von Wasserstoff mit einem Druck von 700 bar WEH-Kupplungen eingesetzt, einzig an der Shell-Tankstelle an der Schnackenburgallee ist eine Walther-Kupplung im Einsatz. Im Winter 2016 wurden diese zwei Betankungssysteme im Rahmen einer CEP-Studie durch Erstnutzer auf ihre Nutzerfreundlichkeit hin vergleichend getestet. Im Resultat wurde an der Detmoldstraße die Halterung der Kupplung verbessert zwecks Vereinfachung des Einhängens der Kupplung.

Die Wirtschaftlichkeit von Wasserstofftankstellen wurde im Rahmen der Begleitforschung des 50-Tankstellen-Programms für unterschiedliche Szenarien untersucht.

Betrieb 300 bar-CcH2-Technologie

Der CcH2-Teil der Wasserstofftankstelle an der Detmoldstraße befindet sich seit Juli 2015 im Kundenbetrieb.

Grundsätzlich ist festzuhalten, dass aufgrund der geringen Nachfrage nach Wasserstoff mit einem Druck von 300 bar Analysen für diesen Teil der Anlagen nur in beschränktem Umfang möglich waren. Hinzu kommen weitere methodische Probleme, wie dass

• die häufige Betankung von mehreren Fahrzeugen hintereinander mit einer H2-Karte, die sonst übliche Ermittlung der Performance verunmöglichte und

• das Phasengemisch (Gas-Flüssigkeit) zu zusätzlichen Schwierigkeiten bei der Mengenmessung führte.

Weil vor diesem Hintergrund keine belastbaren Auswertungen für die 300-bar-CcH2-Technologie möglich waren bzw. die geringen Mengen keinen Einfluss auf die Ergebnisse hatten, beziehen sich alle Angaben zur Anlageperformance und Wasserstoffmengen in diesem Bericht einzig auf die 700 bar-Technologie. Die Verfügbarkeit gilt hingegen sowohl für den 700-bar- als auch den 300-bar-Strang; wenn der eine Strang nicht funktioniert, ist auch die Betankung über den anderen Strang nicht möglich.

Seit 2016 fanden an dem 300-bar-Strang nur noch vereinzelt Betankungen statt.

Anlagemonitoring

Die Anlage an der Detmoldstraße war seit Beginn des Vorhabens mit einem Plant Monitoring ausgestattet. Dieses gibt dem Betreiber die Möglichkeit, die Anlage aus der Zentrale heraus zu überwachen. Im Alltagsbetrieb bedeutete dies, dass TOTAL Deutschland täglich und nach Meldung durch das Tankstellenverfügbarkeitssystem der CEP am Plant Monitoring den Zustand der Anlage überprüfte und gegebenenfalls entsprechende Maßnahmen bei Linde einleitete.

Das Plant Monitoring wird grundsätzlich als anwenderfreundlich wahrgenommen. Als Optimierungspotenzial wurde jedoch durch die Betreiber die automatische Alarmierung durch das Plant Monitoring bei Auffälligkeiten identifiziert. Weiteres Optimierungspotenzial bietet die aktuell eingeschränkte Systemstabilität des Plant Monitoring.

Versorgungskonzept

In Deutschland gibt es für flüssigen Wasserstoff einzig die Bezugsquelle von Linde in Leuna. Da während der Laufzeit des Vorhabens keine weiteren Bezugsquellen dazu gekommen sind, waren die

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Voraussetzungen für die Entwicklung und Analyse unterschiedlicher Versorgungskonzepte nicht gegeben.

Der Flüssigwasserstoff aus Leuna wird nicht regenerativ erzeugt. Seit dem Sommer 2016 ist der an der Detmoldstraße abgetankte Wasserstoff jedoch zu 100% bilanziell grün (Biogas-Zertifikate). Dieser hohe Anteil ist nicht zuletzt auch dem Hauptkunden BeeZero geschuldet, der den emissionsfreien Kraftstoff bereits im Namen trägt.

Die Verantwortung für die Wasserstoffversorgung der Tankstelle liegt bei dem für den Wasserstoff verantwortlichen Projektteam von TOTAL Deutschland, die Lieferung des Wasserstoffs wird vom Pächter quittiert. Dies entspricht den normalen Betriebsabläufen für alle Kraftstoffe von TOTAL-Multi-Energietankstellen.

Im dritten Quartal 2016 wurde an der Wasserstofftankstelle an der Detmoldstraße das Liefermanagementtool SECCURA eingeführt. Dieses meldet bei der Unterschreitung eines festgesetzten Wasserstoffstandes automatisch den Wasserstoffbedarf direkt an den Wasserstofflieferanten Linde. Bis dahin wurde in regelmäßigen Abständen eine Füllstandkontrolle durch Mitarbeiter von TOTAL Deutschland vorgenommen. Mit Blick auf eine perspektivisch größere Zahl von Anlagen in der Hand eines Betreibers und steigender Nachfrage, sichert die Automatisierung durch SECCURA die Verfügbarkeit von Wasserstoff in ausreichender Menge zusätzlich.

TOTAL Deutschland ist Teil des technischen Arbeitskreises Wasserstoffmengenmessung der CEP, dessen Ziel die Etablierung eines Verfahrens zur eichfähigen Mengenmessung von Wasserstoff ist. Dieser beauftragte auf Empfehlung der Landesämter für Mess- und Eichwesen und der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt Braunschweig 2016 das Fraunhofer ISE mit der Erarbeitung einer Studie zum Stand der Technik zur Mengenmessung von Wasserstoff an 700-bar-Wasserstofftankstellen. Die Studie umfasste die Darstellung des Standes der Technik zur Mengenmessung von Wasserstoff, die Berechnungen verschiedener Szenarien (Einbaulage der Messgeräte) sowie die Planung, Begleitung und Auswertung von Ergebnissen der Feldmessungen an Anlagen mit unterschiedlichem Anlagendesign. Die Feldmessung wurde exemplarisch an drei CEP-Stationen durchgeführt. TOTAL Deutschland unterstützte insbesondere die Realisierung der Tests an der Wasserstofftankstelle BER.

Im August 2016 wurde die Verwendung von Steuergasen für die Schaltung pneumatischer Ventile, welche aus 200-bar-Stickstoffflaschen gespeist werden, aufgegeben. Es wurde stattdessen ein Steuerluft-Kompressor eingebaut, der mit Umgebungsluft arbeitet. Mit dem Wegfall der alle zwei Wochen notwendigen Wechsel der Stickstoffflaschen zielte man darauf ab, die Kosten zu reduzieren und die Verfügbarkeit zu erhöhen (Je mehr Komponenten Teil der Lieferlogistik sind, desto höher das Risiko einer verspäteten Bestellung).

Service und Wartung

TOTAL Deutschland war neben dem Überwachen der Anlage zuständig für die Abstimmung zwischen Betreiber, Pächter und Technologielieferanten für Service und Wartung der Anlage. Es zeigte sich, dass die Aufwände von TOTAL Deutschland für die Detmoldstraße verglichen mit Verdichteranlagen geringer waren, da die Kryopumpenanlage weniger Komponenten umfasst und entsprechend die Komplexität geringer ist.

Wasserstoffqualität

Die CEP testete die Wasserstoffqualität während der Laufzeit des Vorhabens mit zwei Kampagnen: einmal durchgeführt von der Stiftelsen for industriell og teknisk forskning (SINTEF) sowie einmal vom Zentrum für Brennstoffzellen Technik (ZBT) und dem Zentrum für Sonnenergie- und Wasserstoffforschung B-W (ZSW). Die Ergebnisse für die Wasserstofftankstelle an der Detmoldstraße blieben in beiden Testkampagnen unauffälig.

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Wiederkehrende TÜV-Prüfungen

In den halbjährlich wiederkehrenden Prüfungen wird eine Dokumentenprüfung und eine technische Prüfung durchgeführt, in der die Übereinstimmung zwischen Explosionsschutzdokument und Ist-Zustand Explosionsschutz und außerdem der Einsatz der Geräte gemäß der Explosionsschutzdokumentation geprüft werden. Die Prüfung erfolgt nach den anzuwendenden Regeln für die Prüfung von Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen, den festgelegten Prüfarten und -umfängen sowie mit den zur Verfügung gestellten Dokumenten. Weiterhin werden die Prüfvorschriften für überwachungsbedürftige Anlagen (Explosionsgefährdung) berücksichtigt. Während der Projektlaufzeit wurden alle wiederkehrenden Prüfungen der Anlage an der Demoldstraße bestanden.

Bei der gemeinsam Festlegung der Prüfungsmatrix durch den TÜV Süd und TOTAL Deutschland wurde ein möglichst geringer Einfluss auf die Anlageverfügbarkeit angestrebt.

Sicherheit

TOTAL Deutschland war sicherheitsverantwortlich für die Gesamtanlage. Für die kontinuierliche Überwachung des ordnungsmäßigen Zustands der Betankungsanlage im Betrieb erstellte TOTAL Deutschland eine Begehungsmatrix. Die Matrix listet auf, in welchem Rhythmus welche Aufgaben/Kontrollen an der Zapfsäule, dem Kartenleser und der Wasserstoffanlage vorzunehmen sind, was in Fällen von Schäden und für die technische Unterstützung bei der Anlagebetreuung zu tun ist sowie die Schulungen und die Aufgaben zur Unterstützung des Belieferungsprozesses.

Die von Linde verantworteten Betreiberschulungen waren im Rhythmus von 6 Monaten vorgesehen. Daran nahmen der Tankstellenleiter und seine Mitarbeiter sowie neue Mitarbeiter der TOTAL Deutschland mit Aufgaben im Bereich Wasserstoff teil. Schulungsinhalte waren unter anderem Sicherheitshinweise zum und Verhaltensregeln beim Umgang mit Wasserstoff, Maßnahmen bei Störungen und im Gefahrfall sowie eine Einführung in das Not-Aus-Konzept. Darüber hinaus wurden die Begehungsmatrix, das Vorgehen bei Besuchergruppen und die Bedienung des Befüllsystems vermittelt. Da sich die CcH2-Abgabeeinrichtung von den CGH2-Einrichtungen unterscheidet, waren die Schulungsunterlagen entsprechen anzupassen.

Tankkartenverwaltung

Am Standort war während der gesamten Betriebslaufzeit die CEP-eigene Kundenkarte, die sog. „H2 Card“, einsetzbar. Sie dient zum einen der Autorisierung des Kunden für die Betankung und zum anderen der Abrechnung der Wasserstoffkosten gegenüber dem Kunden.

Die Tankkartenverwaltung erfolgte zentral über die CEP, die Kundenabrechnung durch TOTAL Deutschland. Darüber hinaus fanden an der Tankstelle Detmoldstraße ein großer Teil der Betankungsschulungen in München aufgrund bis November 2016 fehlender Alternativen in der Stadt statt. In den Betankungsschulungen werden die Kunden vom Betreiber in die Bedienung des Befüllsystems eingewiesen; anschließend wird ihnen die Tankkarte ausgehändigt.

Ab 2015 begann die Vorbereitung für die Kreditkartenzahlung.

Betrieb Meldesystem

Über den Kundenbereich der CEP-Website (http://www.cleanenergypartnership.de/kundenbereich/) sind für Kunden in Echtzeit Informationen zum Anlagenstatus der öffentlichen Wasserstofftankstellen abrufbar, um bei Bedarf an eine andere Tankstelle ausweichen zu können. Darüber hinaus erhalten Betreiber und Techniker Störmeldungen per Email, wenn die Anlagen nicht verfügbar sind. Für die Wasserstofftankstelle an der Detmoldstraße ist für die Betreuung des Systems TOTAL Deutschland verantwortlich. Linde stellt alle erforderlichen Anlagensignale an das Meldesystem bereit.

Das Meldesystem wurde an der Detmoldstraße ab Inbetriebnahme kontinuierlich betrieben, wobei zum 1. März 2016, wie an allen anderen CEP-Standorten, in einer konzertierten Aktion auf ein neues

http://www.cleanenergypartnership.de/kundenbereich/

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zuverlässigeres und kostengünstigeres (Reduktion Invest und Betriebskosten) System gewechselt wurde.

Back-up-Konzept

Gemeinsam mit den CEP-Partnern wurden im Rahmen des 50-Tankstellen-Programms zehn Tankstellen in Bayern geplant. Mit fünf Tankstellen in München wird die 700-bar Tankstelle an der Detmoldstaße in naher Zukunft mehrfach bei Ausfällen abgesichert sein.

Für die CcH2-300 bar-Betankungen steht/stand BMW als Backup eine Anlage auf dem Betriebsgelände zur Verfügung. Nutzer außerhalb der BMW-Testflotte gab es nicht.

Begehungen und Kommunikation

TOTAL Deutschland engagiert sich regelmäßg bei den Bemühungen, die Öffentlichkeit, die nach wie vor wenig über die Wasserstoffmobilitätstechnologie weiß, zu informieren. Dabei übernahm TOTAL Deutschland einerseits kontinuierlich Verantwortung als Mitglied der CEP PR Task Force und bei Veranstaltungsreihen, wie der Lernwerkstatt im Rahmen des vom BMVI beauftragten HyTrustPlus-Projektes. Andererseits stellt TOTAL Deutschland auch die eigenen Wasserstofftankstellen für interessierte Besucher/-gruppen zur Verfügung.

An der Detmoldstraße hat sich eine große Zahl von Interessierten aus Wissenschaft und Öffentlichkeit über die Wasserstoffmobilität und die entsprechende Infrastruktur informieren lassen.



Im Rahmen des Vorhabens konnten viele der zentralen Ziele erreicht werden: Die Bereitstellung von Wasserstoff (CcH2 und CGH2) für die Erprobung der Testfahrzeuge mit Kryodruck-Tanktechnik und für die gemäß gültigem Standard mit gasförmigem Wasserstoff mit einem Druck von 700 bar zu betankenden Pkw. Dabei war seit Mitte 2016 die Auslastung an der Tankstelle Detmoldstraße dank dem Car Sharing Programm BeeZero vergleichsweise hoch und der abgetankte Wasserstoff bilanziell zu 100 % grün. Die Informationen und Daten aus dem Betrieb der Anlage fanden Eingang in die Forschungsarbeiten im Rahmen der Kooperation mit BMW, der CEP sowie in die Begleitforschung des 50-Tankstellen-Programms. Im Ergebnis konnten an der Anlage Detmoldstraße die Verfügbarkeit, die Performance und die Boil-off-Verluste verbessert und die Erfolge auf deren Dauerhaftigkeit hin überprüft werden.

Zusammenfassend ist allerdings festzuhalten, dass das einzigartige Anlagenkonzept (unterirdischer Technikkeller, liegender Speichertank, CcH2- und CGH2-Stränge) sich teilweise negativ auf die Erreichung der wirtschaftlichen Ziele auswirkte. Kostenoptimierung war nur beschränkt möglich und die Überführung der Erkenntnisse in Standardlösungen kaum angebracht. Hingegen wurde die Erreichung von Forschungszielen am ehesten durch kontextuelle Faktoren behindert. Zu nennen sind dabei z.B. die zu geringe Nachfrage nach Wasserstoff, die fehlenden alternativen Bezugsquellen für Flüssigwasserstoff oder zu hohe Kosten.

Tab. 1 Ziele und Zielerreichung

Ziele gemäß Projektantrag Zielerreichung

Bereitstellung von Wasserstoff (CGH2, 700 bar, max. 80 kg/d) für die in Phase III der CEP betriebenen PKW

Die Wasserstofftankstelle an der Detmoldstraße in München nahm im Dezember 2014 den Probebetrieb auf und ist seit August 2015 uneingeschränkt von der CEP für Kunden freigegeben. Insgesamt wurden in der Projektlaufzeit 5.947 kg Wasserstoff an

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Brennstoffzellen-Pkw abgegeben.

Unterstützung des im Sinne einer Marktvorbereitung unerlässlichen Aufbaus eines Infrastrukturnetzwerks in Kernregionen (Ziel des 50-Tankstellen-Programms)

Die Wasserstofftankstelle an der Detmoldstraße ist eine der Anlagen des 50-Tankstellen-Programms. Die Errichtung dieser und weiterer Anlagen in München fanden im Rahmen des 50-Tankstellen-Programms und abgestimmt mit den CEP-Partnern statt.

Bereitstellung von kryogenem Druckwasserstoff (CcH2) für die mit entsprechenden Tanksystemen ausgerüsteten BMW-Testfahrzeuge zur weiteren Erprobung

Im Juli 2015 erfolgte die Inbetriebnahme. Die Nachfrage nach Wasserstoff durch die drei BMW-Testfahrzeuge war jedoch gering und seit Herbst 2016 fand keine Betankung mehr statt.

Einsatz, Erprobung und tankstellenseitige Weiterentwicklung der Kryodrucktechnologie (CcH2) zur Erforschung optimaler, energieeffizienter Konzepte für die Speicherung und Abgabe von Wasserstoff als Kraftstoff

Aufgrund sowohl sehr geringer Abtankmengen als auch geringer Anzahl an Tankvorgängen beim kryogenen Wasserstoff war eine quantifizierte statistische Erhebung nicht möglich. Demnach fehlte eine Grundlage auf derer Analyse und Verbesserung hätten stattfinden können.

Maßgebliche Steigerung der energetischen Effizienz und Zuverlässigkeit der Speicherungs- und Verdichtungseinrichtungen durch geringeres Druckniveau bei CcH2

Aufgrund der geringen Nachfrage nach CcH2 konnte dazu keine verlässlichen Erkenntnisse gewonnen werden.

Verbesserung der Wirtschaftlichkeit der Betankungsanlage gegenüber früheren Generationen durch Einsatz neuester Technologien

Verglichen mit anderen neueren Anlagen mit Kryopumpentechnologie sind die Boil-off-Verluste an der Detmoldstraße hoch - nicht zuletzt wegen des liegenden Speichertanks, der aus dem Vorprojekt übernommen wurde. Mit verschiedenen Maßnahmen im Dezember 2016 konnten jedoch die Boil-off-Verluste reduziert werden. Mit Blick auf einen wirtschaftlichen Betrieb bedarf es jedoch weiterer deutlicher Einsparungen der Boil-off-Verluste. Ebenfalls zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit trug die Umstellung von Steuergassen auf den Steuerluft-Kompressor bei.

Deutliche Erhöhung der Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der Station im Vergleich zu Vorgängeranlagen durch entsprechende Lastenhefte, Vertragsvereinbarungen mit definierten Zuverlässigkeitsraten und Reaktionszeiten, Entwicklung von Wartungskonzepten und systematische Fehleranalyse

Es wurden diesbezüglich entsprechende Passagen in den Verträgen eingepflegt und vereinbart.

Aufgrund eines fehlenden Wettbewerbs ist an dieser Stelle jedoch ein Druckaufbau nur schwer umsetzbar. Für nötige Instandsetzungsleistungen gibt es derzeit keine alternativen Anbieter, was in den Preisen sehr deutlich wird.

Partizipation an den Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkten der CEP wie z.B. Wasserstoff-Mengenmessung, Wasserstoff-Qualität und einheitliche Abnahmetests

TOTAL Deutschland erhebt für alle seine Wasserstofftankstellen mindestens die Daten für die im Rahmen der CEP vergleichende Analyse der Entwicklung der KPI-Werte und Energieverbräuche. Die Anlage an der

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Detmoldstraße war darüber hinaus Teil der Testkampagne zur Wasserstoffqualität, welche SINTEF sowie ZBT und ZSW für die CEP realisierten.

Entwicklung eines optimalen Aufstellungskonzepts für die Integration von CcH2 und CGH2 Betankung in die vorhandene Tankstelle inkl. Unterbringung der Anlagen in einem unterirdischen Technikkeller

Der unterirdische Verbau verschiedener Anlagenkomponenten war aufwendig und mit vergleichsweise hohen Kosten verbunden, das Aufstellungskonzept aus finanzieller Sicht aktuell kaum nachahmungswürdig.

Entwicklung von Standardkonzepten für Anlagendesign / Aufstellungsplanung aus Betreibersicht

Die vergleichsweise hohen Kosten durch den unterirdischen Verbau von Teilen der Anlage und die großen Boil-off-Verluste durch den liegenden Tank verhinderten eine Überführung des Anlagedesigns in ein Standardkonzept.

Optimierung des Sicherheitskonzepts mit dem Ziel allgemeingültige Standardlösungen zu etablieren

Das Sicherheitskonzept und seine Bestandteile wie GBU, Begehungsmatrix oder Sicherheitsschulungen können als weitgehend standardisiert bezeichnet werden. Es mussten einzig inhaltliche Anpassungen aufgrund des realisierten Konzeptes vorgenommen werden.

Entwicklung von wirtschaftlichen Versorgungskonzepten für die Anlieferung von LH2 bei unterschiedlichen Nutzungsintensitäten

In Deutschland gibt es für flüssigen Wasserstoff einzig die Bezugsquelle von Linde in Leuna. Da während der Laufzeit des Vorhabens keine weiteren Bezugsquellen dazu gekommen sind, waren die Voraussetzungen für die Entwicklung unterschiedlicher Versorgungskonzepte durch den Betreiber nicht gegeben.

Erforschung von unterschiedlichen Betriebsmodi und Wartungsstrategien für die Anlage in der Betriebsphase

Es wurden u.a. Betrachtungen angestellt welchen Zusammenhang der Boil-Off mit der Anzahl von Betankungen hat (Vergleich Tage mit häufigen zu Tagen mit wenigen Betankungen). Daraus zeigte sich, dass der Boil-Off unabhängig pro Tag 30 kg beträgt.

Die Anwendung verschiedener Wartungs-Strategien fand durch Linde im Rahmen des Service- und Wartungsvertrages statt.

Entwicklung und Umsetzung eines Boil-Off-Managements zur nachhaltigen Nutzung des Boil-Offs des LH2-Tanks

Es wurden verschiedene Alternativen für das Boil-Off-Management (Boil-Off-Kompressor, Pipeline zu Testständen von BMW) geprüft mit dem Ergebnis, dass aus wirtschaftlichen Gründen auf eine Umsetzung verzichtet werden muss.

Bereitstellung eines möglichst hohen Anteils von grün zertifiziertem Wasserstoff

Seit Sommer 2016 ist der an der Detmoldstraße abgetankte Wasserstoff dank Biogas-Zertifikaten zu 100 % bilanziell grün.

Durchführung von Nutzer- und Mitarbeiterbefragungen, um die Akzeptanz zu

Im Rahmen der Begleitforschung des 50-Tankstellen-Programms wurden

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erheben und Optimierungspotenziale zu identifizieren

Akzeptanzstudien durchgeführt, im Rahmen derer auch Nutzer und am Vorhaben an der Detmoldstraße beteiligte Mitarbeiter befragt wurden.

Die CEP veranlasste ferner einen Nutzertest der WEH- und Walther-Betankungssysteme. Im Ergebnis wurde an der Detmoldstraße die Halterung der WEH-Kupplung optimiert.

Zur monatlichen Evaluation der Tankstellen wurde in der CEP eine Key-Performance-Indicators (KPI)-Darstellung entwickelt, die drei relevante Kenngrößen der Betankung abbildet: die kundenrelevante Verfügbarkeit, die abgetankte Wasserstoffmenge sowie, seit 2014, die Performance der Stationen. Während zur Ermittlung der kundenrelevanten Anlagenverfügbarkeit einzig die Zeiten berücksichtigt werden, in denen Kunden tanken können, bewertet die Anlagenperformance darüber hinaus den Erfolg der Betankung. Bewertet wird hierbei insbesondere, ob die Betankung erfolgreich gestartet werden konnte, ob es zu Betankungsabbrüchen kam und ob der gewünschte Füllgrad erreicht wurde. Konkret wird die Performance über die Anzahl der Kartenleserautorisierungen ermittelt. Eine Autorisierung bedeutet erfolgreiche Betankung, zwei Autorisierungen mit der gleichen Karte innerhalb von zehn Minuten wird als nicht erfolgreiche Betankung gewertet (Betankungen nicht gestartet oder abgebrochen bzw. gewünschter Füllgrad nicht erreicht).

Von August 2015 bis Juni 2017 wurde an der Detmoldstraße eine Wasserstoffmenge von insgesamt 5.947 kg abgetankt. In den ersten zehn Monaten war die Abgabemenge mit 107 kg Wasserstoff je Monat auf niedrigem Niveau. Mit dem Start von BeeZero stieg die Nachfrage auf vergleichsweise hohe 375 kg Wasserstoff im Monat. Nichtsdestotrotz blieben die an der Detmoldstraße durchschnittlich abgegebenen Mengen deutlich hinter der Nennkapazität der Anlage zurück.

Massenbilanzen und Boil-Off

In der Begleitforschung des 50-Tankstellen-Programms wurden die abgegebenen Betankungsmengen (dispensed) exemplarisch für ausgewählte Stationen mit der angelieferten (trucked in) und gespeicherten (stored) Wasserstoffmenge bilanziert und die daraus resultierenden Verluste (losses) bestimmt. Die Detmoldstraße war eine der analysierten Tankstellen.

Energieverbrauch

An der Detmoldstraße wird seit dem Herbst 2016 einerseits der Energieverbrauch der Kryopumpe (LH2-Pump), die den Wasserstoff zum Betanken verdichtet, gemessen und andererseits wird der Energieverbrauch des elektrischen Heizers (Thermal Management), der den tiefkalten Wasserstoff bei Bedarf elektrisch nachheizt, gemessen. Der Heizer ist notwendig, weil der Wasserstoff bei ca. -250 °C gelagert wird, aber beim Betanken nicht kälter als -40 °C sein darf.

Aufgrund von Übertragungsproblemen der Daten aus dem Messgerät können zum Zeitpunkt der Berichterstattung nur Daten bis Februar 2017 ausgewertet werden.

Die elektrischen Verbräuche an der Wasserstofftankstelle Detmoldstraße sind im Vergleich zu anderen Technologiekonzepten deutlich geringer, da der energieaufwendige Vorkühlprozess an der Tankstelle wegfällt.

Kosten-Nutzen-Bewertung der unterirdischen Anlageteile

Im Rahmen dieses Projektes hat sich gezeigt, dass der unterirdische Verbau der Anlage zwar einen Zugewinn an Platz bedeutet, der Aufwand dafür jedoch vergleichsweise hoch ist. Dieser Mehraufwand beschränkt sich nicht nur auf die Tiefbaukosten. Auch die Auslegung und Realisierung einer genügend guten Belüftung, der Ausstattung mit aufwändiger Sensorik zur Feststellung von

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Konzentrationen ist teuer. Darüber hinaus bedürfen all diese zusätzlichen Geräte einer regelmäßigen Wartung, was zusätzliche laufende Kosten mit sich bringt.

Kooperation mit BMW (CcH2)

Die Nutzung der CcH2-Zapfsäule dient überwiegend Erkenntnissen auf Fahrzeugseite. Einer anlagenseitigen Bewertung und darauf basierender Weiterentwicklung dieser Technologie fehlt es an Absatz bzw. Fahrzeugen, die diese Technologie nutzen.

Es wurden Kampagnen zur Verbesserung des Boil-Offs durchgeführt.

Nutzerakzeptanz

Im Rahmen der Begleitforschung des 50-Tankstellen-Programms wurde letztmalig im Frühjahr 2016 die Akzeptanz der Wasserstofftankstellen bei den Nutzern erhoben. An der Onlinebefragung nahmen 100 Personen teil. Davon nutzten 18 Personen eine der TOTAL-Tankstellen an der Heidestraße (Berlin), Heerstraße (Berlin), Detmoldstraße (München) oder den Autohof (Geiselwind) am häufigsten, um ihren Pkw mit Wasserstoff zu betanken. Für die Tankstelle an der Detmoldstraße trifft das auf 9 Personen zu. Durch die geringe Fallzahl ist eine Auswertung auf Ebene der Tankstellen wenig belastbar.

Betreiberakzeptanz

Im Rahmen der Begleitforschung des 50-Tankstellen-Programms wurden Akzeptanz, Erfahrungen und Optimierungspotenzial der Wasserstoffinfrastruktur aus Sicht der Betreiber der Wasserstofftankstelle prozessbegleitend in zwei Interviewrunden im Frühjahr 2015 und Herbst 2016 untersucht. Dafür wurden Interviews auf Strategie- und Umsetzungsebene sowie bei den betroffenen Pächtern durchgeführt. TOTAL Deutschland stellte Gesprächspartner auf allen drei Ebenen zur Verfügung. Ergänzt wurden die Betreiberinterviews um die ebenfalls in Interviews ermittelte Perspektive von Vertretern aus der Automobilindustrie und der Politik auf die Wasserstoffmobilität. Insgesamt wurden 51 Interviews realisiert. Die hieraus abgeleiteten Erkenntnisse wurden den beteiligten Industriepartnern der Clean Energy Partnership (CEP) vorgestellt und mit diesen diskutiert.

Nutzertest der Betankungssysteme von WEH und Walther In Deutschland werden für die Abgabe von Wasserstoff mit einem Druck von 700 bar WEH-Kupplungen eingesetzt, einzig an der Shell-Tankstelle an der Schnackenburgallee ist eine Walther-Kupplung im Einsatz. Im Winter 2016 wurden in einer CEP-Studie die zwei Betankungssysteme WEH und Walther durch Erstnutzer auf ihre Nutzerfreundlichkeit hin vergleichend getestet. Jeder der 15 Testkunden führte je eine Testbetankung mit der WEH-Kupplung an der Wasserstofftankstelle Vattenfall Hafencity und mit der Walther-Kupplung an der Tankstelle Shell Schnackenburgallee durch. Die Testbetankungen wurden beobachtend erfasst („objektive Evaluation“) und die Testkunden anschließend in Einzelinterview zu ihren Erfahrungen qualitativ interviewt („subjektive Evaluation“).

In den Tests zeigte sich, dass die Entnahme der WEH-Kupplung aus der Halterung und das Abnehmen der Kupplung vom Auto bei den Erstnutzern weitgehend problemlos funktioniert. Weiter bewertete ein Teil der Testkunden die Ähnlichkeit zu konventionellen Zapfpistolen positiv.

Das Aufsetzen der WEH-Kupplung war jedoch für die Hälfte der Testkunden mit Problemen verbunden. Die Testkunden mussten die Kupplung mehrmals aufsetzen und haben mehrmals daran „geruckelt“. Die Arretierung wurde zum Teil nicht auf Anhieb gefunden; bei anderen Testkunden wurde sie bereits unbeabsichtigt zu früh arretiert. In mehreren Fällen wollten die Testkunden die Betankung starten, obwohl die Kupplung nicht richtig verriegelt war; was dazu führen kann, dass die Kupplung abspringt. Nach den Tests betonen die Testkunden, dass das Spiel der arretierten Kupplung sie irritierte. Da die Anlage keinen Hinweis (weder Geräusch, noch Displayanzeige) liefert, dass korrekt angekuppelt wurde, bestand Unsicherheit darüber, ob die Betankung gestartet werden soll.

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Deutliche Probleme zeigten sich beim Einhängen der WEH-Kupplung in die Halterung. Die Kupplung ließ sich nur schwer in die Halterung einfädeln. Dass die Kupplung nicht korrekt eingehängt war, wurde nur teilweise von den Testkunden erkannt. Nicht korrekt eingehängte Kupplung, führen aber zur Störung der Anlage. Als Folge der Studie wurde an der Detmoldstraße wie an anderen Anlagen die Halterung der WEH-Kupplung optimiert.


Im Rahmen der Kooperation mit BMW wird TOTAL Deutschland die Wasserstofftankstelle an der Detmoldstraße über die Projektlaufzeit hinaus weiter betreiben. Es ist damit sichergestellt, dass weiterhin PKW an der Anlage mit CGH2 bei einem Druck von 700 bar und mit CcH2 bei 300 bar betankt werden können. Eine Übergabe an die H2MOBILITY Deutschland ist, anders als bei den meisten anderen TOTAL-Standorten, vorerst nicht vorgesehen.

Durch die Zusammenarbeit im Rahmen der CEP wurde sichergestellt, dass die Erkenntnisse aus dem Betrieb der Wasserstofftankstelle an der Detmoldstraße auch über Unternehmensgrenzen hinweg bei den nachfolgend geplanten Anlagen mit Flüssigwasserstoff-Speicher und Kryodruckpumpe berücksichtigt werden.

Die Erkenntnisse, die durch den Betrieb der Anlage und die begleitende Forschung im Rahmen der CEP und des 50-Tankstellen-Programms erzielt werden konnten, waren wertvoll. Die Analyse der Anlagendaten hat insbesondere in der Reduzierung der Boil-off-Verluste wirtschaftliche und technologische Potenziale sichtbar gemacht. Trotz der bereits im Rahmen dieses Vorhabens erzielten deutlichen Verminderung der Boil-Off-Verluste sind die Wasserstoffverluste noch nicht akzeptabel. Aus Sicht von TOTAL Deutschland müssten diese weiter deutlich reduziert werden, um eine breite Einführung der Technologie unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten befürworten zu können. Vor diesem Hintergrund besteht weiterhin Forschungsbedarf, um die Boil-Off-Verluste substanziell zu senken.

Verfügbarkeit und Performance der Wasserstofftankstelle an der Detmoldstraße konnten durch Optimierungsmaßnahmen des Technologieanbieters während des Vorhabens substanziell erhöht werden, beides ging aber gegen Ende des Projektes wieder etwas zurück. Hier besteht weiterhin Handlungsbedarf, um ein für Nutzer und Betreiber adäquates Niveau zu erreichen und zu halten.

Schließlich ist anzufügen, dass trotz vergleichsweise hoher Nachfrage nach Wasserstoff an der Detmoldstraße, die Anlagen noch nicht ausgelastet waren und deren Leistungsfähigkeit damit nicht abschließend analysiert werden konnte.

Die wirtschaftlichen Erfolgsaussichten der Kryotechnologie werden von TOTAL Deutschland weiterhin als gut eingestuft, da Flüssigwasserstoff als Speichermedium aufgrund logistischer Vorteile bei steigender Nachfrage wirtschaftliche Vorteile verspricht.

Für eine wissenschaftlich fundierte Beurteilung müssten jedoch die aktuellen und zukünftigen spezifischen Wasserstoffkosten in €/kgH2 auch für Anlagen mit Kryotechnologie untersucht werden – unter spezieller Berücksichtigung des Preises für Flüssigwasserstoff, der Vorteile der Logistik, des Stromverbrauchs an der Tankstelle und der Boil-off-Verluste.

Die Markteinführung von Kryodruckwasserstoff (CcH2) wird nur gelingen, wenn BMW die Fahrzeuge mit CcH2-Tanktechnik tatsächlich in den Markt bringt. Hierauf hat TOTAL Deutschland keinen unmittelbaren Einfluss. Mittelbar wurde durch den Aufbau dieser Anlage aber die Voraussetzung für die Erprobung und Markteinführung der Technologie geschaffen.

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20 PROJEKTMODUL: Hy-UWE – Umbau und Weiterbetrieb derH2-Tankstelle Berlin Holzmarktstraße

Projekttitel: Hy-UWE – Umbau und Weiterbetrieb der H2-Tankstelle Berlin Holzmarktstraße



15.10.2013 – 30.06.2017

Förderquote 48%




20.1.1 Kurzfassung / Aufgabenstellung

Die Wasserstofftankstelle an der Holzmarktstraße wurde im Rahmen dieses Vorhabens umgebaut und anschließend weiterbetrieben. In diesem Fall wurde eine Wasserstofftankstelle der Größenklasse „small“ gemäß H2 MOBILITY-Spezifikationen umgesetzt, die den Wasserstoff in Form von Gas mit einem Druck in Höhe von 700 bar gemäß Befüllprotokoll „SAE J2601 (2010) – CEP angepasst“ abgibt. Die Anlage verfügt über einen LH2-Speicher und eine Kryopumpe der 2. Generation. Die Anlieferung des Flüssigwasserstoffes an die Tankstelle erfolgt per Trailer.

Von der ursprünglichen Anlage konnten in dem Projekt insbesondere der Flüssigwasserstofftank, das Blockheizkraftwerk (BHKW) zur Nutzung des Boil-off und das Gebäude mit Inforaum weiterhin genutzt werden. Die nicht weiter genutzten Anlageteile wurden vor Projektbeginn demontiert.

Die TOTAL Deutschland war die alleinige Antragstellerin in diesem Vorhaben. Ihre Aufgaben waren es, die Anlage zu planen und die vorbereitenden Baumaßnahmen durchzuführen, den Aufbau der Anlage und die Unterauftragnehmer zu koordinieren, die Genehmigungen zu beantragen, die Anlage in Betrieb zu nehmen und zu betreiben. Die Wasserstoffanlagetechnik wurde in einem weiteren CEP-Modul durch die Linde AG konzipiert, hergestellt und am Standort aufgebaut.

20.2 Projektverlauf

20.2.1 Planung, vorbereitenden Baumaßnahmen, Aufbau der H2-Anlagen, Abnahme,

Inbetriebnahme

Die Aktivitäten für die grundlegende interne technische Abstimmung umfassten eine Standortanalyse und eine Risikoanalyse, die Klärung der Aufgabenverteilung und die Festlegung von Verantwortlichkeiten für Einzelkomponenten und Schnittstellen. Im Rahmen der technischen Abstimmung mit Dritten (Energieversorger, Behörden, TÖB) wurde die genehmigungsrechtliche Situation mit den zuständigen Behörden geklärt, die vorhandene Infrastruktur analysiert sowie sich mit Versorgern, Pächtern und Nachbarn abgestimmt. Des Weiteren wurden für das Aufstellungskonzept / die Ausführungsplanung die Integration vorhandener Anlageteile geplant, das

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Aufstellungskonzept für Speicher, Verdichter und Dispenser, das Leitungskonzept sowie das Sicherheitskonzept erstellt. Die vorbereitenden Baumaßnahmen umfassten Tiefbauarbeiten / Fundamente, Leitungsarbeiten, Medienanschlüsse, Anbindung an Telefonleitungen für das Fernwartungssystem und die Anbindung an das Stromnetz. Zur Aufstellung der Anlagen am Standort trug TOTAL Deutschland bei, indem sie die Anlagenmontage mit dem Lieferanten abstimmte, die Aufstellung vor Ort begleitete, den Baustrom bereitstellte, den Anschluss an die Stromversorgung, das Wasser, die Anlagesteuerung, die Wasserstoffleitungen und das BHKW sicherstellte, den Kartenleser installierte und die Anlage an das CEP-Tankstellenverfügbarkeitssystem anband. Für die Inbetriebnahme der Wasserstofftankstelle wurden schließlich das System mit Betriebsmitteln gefüllt, die Anlagensteuerung in Betrieb genommen, die Funktion des Systems durch den Lieferanten nachgewiesen, die Anlage durch den TÜV Rheinland und die CEP abgenommen, die Betriebsgenehmigung nach § 13 Betriebssicherheitsverordnung erlangt und alle Anlagenkomponenten im Testbetrieb eingesetzt.

Das Projektvorhaben wurde am 12.12.2013 rückwirkend zum 15.10.2013 bewilligt. Zu Projektbeginn wurden alle Komponenten am Standort, die im neuen Vorhaben nicht mehr gebraucht wurden, abgebaut. Diese Komponenten wurden in Absprache mit dem Fördermittelgeber dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) zu einem symbolischen Preis zur Verfügung gestellt (s. hierzu auch den Schlussbericht zum Fördervorhaben „Clean Energy Partnership (CEP) - Phase II, Projektmodul: Aufbau und Betrieb einer voll integrierten, öffentlichen Wasserstofftankstelle an der Holzmarktstraße in Berlin“, Fkz. 03BV210A). Die verbleibenden Komponenten des LH2-Strangs (LH2-Standtank, Armaturen für Betriebsgase, Boil-off-Managementsystem) fanden in der neu aufgebauten Anlage wieder Verwendung. Noch im Dezember 2013 wurden nach Vorliegen der Baugenehmigung die vorbereitenden baulichen Maßnahmen gestartet.

Die bei Linde bestellten Komponenten der Wasserstoffanlage wurden planmäßig im April 2014 geliefert. Die Installation der Wasserstoffanlage durch Linde erfolgte von Mai bis Juli 2014.

Im ersten Halbjahr 2014 wurden das erforderliche TÜV-Gutachten fertiggestellt und die Betriebserlaubnis für die Anlage durch die zuständige Behörde, das Landesamt für Arbeitsschutz, Gesundheitsschutz und technische Sicherheit Berlin, in Berlin erteilt. Die endgültige Abnahme der Anlage durch den zuständigen TÜV Rheinland erfolgte im August 2014. Anschließend konnte die Anlage erfolgreich in den Probebetrieb überführt werden.

Der CEP-Abnahmetest ist Voraussetzung für die Freigabe der Anlage für Kundenbetankungen und wird nach einem verbindlich vereinbarten Abnahmeprozedere durchgeführt, welches der Anlagensicherheit und dem Schutz der Fahrzeuge und Anlagen dient. Der erste CEP-Abnahmetest erfolgte an der Holzmarktstraße in der Zeit vom 09.10. bis zum 20.11.2014 und wurde von Linde mit dem eigenen dafür aufgerüsteten Referenzmengenmesssystem (RMS) durchgeführt. Da die Spezifikationen für den CEP-Abnahmetest teilweise nicht eingehalten wurden, wurde der Abnahmetest am 27.03.2015 wiederholt. Am 30.04.2015 erteilte die CEP die Freigabe für den Standort. Allerdings erhielt Linde die Auflage, die Leistungsfähigkeit der Anlage im Hinblick auf die Befüllung großer Tanks nachträglich zu testen und nachzuweisen. Am 07.05.2015 erfolgte schließlich die Kundenfreigabe.

Zwecks Optimierung der Sicherheitskonzepte hat TOTAL Deutschland basierend auf den Erfahrungen im Rahmen dieses und anderen Vorhaben Standards für die Explosionsschutzdokumente und die Gefährdungsbeurteilung erarbeitet. Ferner hat TOTAL Deutschland Erkenntnisse zu Erlaubnisantrag und Baugenehmigung auch aus diesem Vorhaben H2 MOBILITY zugänglich gemacht. H2 MOBILITY hat darauf aufbauend entsprechende Standards entwickelt.

Vom zweiten Halbjahr 2015 bis Anfang 2016 wurde darüber hinaus im Rahmen der Begleitforschung des 50-Tankstellen-Programms durch den TÜV Süd systematisch untersucht, wie das Vorgehen und die Erkenntnisse von Antragstellern, Zugelassenen Überwachungsstellen (ZÜS) und Behörden zur Genehmigung von Wasserstofftankstellen sind. Um die Anwendung der bestehenden Regelwerke und Leitfäden im Genehmigungsprozess realistisch zu erfassen, wurden die Erlaubnis- und

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Genehmigungsprozesse exemplarisch an drei Fällen - einer davon die Holzmarktstraße – evaluiert. Dabei kam ein Methodenmix von schriftlicher Befragung, Einzelinterviews und Dokumentanalyse zur Anwendung.

Ferner wurden im Rahmen der Begleitforschung des 50-Tankstellen-Programms die aktuellen und zukünftigen spezifischen Wasserstoffkosten in €/kgH2 für Anlagen unterschiedlicher Hersteller bestimmt und der Einfluss von Investment, Wartung, Anlagenauslastung und Strompreis aufgezeigt. Dafür wurden Literatur- und Primärdaten zur Kostenstruktur ausgewertet sowie Anlagenhersteller befragt. Die sensiblen Informationen, die in der Form nicht den einzelnen Betreiber zugänglich gemacht worden wären, wurden von dem unabhängigen Forschungsinstitut KIT Karlsruher Institut für Technologie gesammelt. Die Haupterkenntnisse wurden den CEP-Partnern in einer strikt anonymisierten Ergebnispräsentation vorgestellt. Sie gab einen wissenschaftlich fundierten Einblick in die Entwicklung der wirtschaftlichen Performance der Anlagen. Aus forschungsökonomischen Gründen wurde im Verlauf der Studie von den für die Begleitforschung Verantwortlichen entschieden, auf den Einbezug der Kryopumpentechnologie in die Analyse zu verzichten; es besteht diesbezüglich weiterer Forschungsbedarf.


Die Aktivitäten von TOTAL Deutschland umfassten im Arbeitspaket Anlagenbetrieb die Eröffnung der Tankstelle und die Aktualisierung der Informationstafel / Öffentlichkeitsarbeit sowie die Umsetzung des Betriebskonzepts, den weitgehend automatisierten Betrieb der Tankstelle, die Entwicklung eines Wartungskonzeptes in Kooperation mit dem Technologielieferanten, die Disposition und Durchführung von Service und Wartung, die Bereitstellung von Betriebsstoffen und Ersatzteilen sowie die Abstimmung mit Anlagenhersteller und Nutzern. Ferner waren Bestandteil des Anlagenbetriebs die in die normalen Betriebsabläufe der Tankstelle integrierte Versorgung mit einem wachsenden Anteil an grün zertifiziertem Wasserstoff, die wiederkehrenden TÜV-Prüfungen, die Sicherheit sowie die Tankkartenverwaltung, der Betrieb des Meldesystems und die Entwicklung eines Back-up-Konzeptes. Neben internen Auswertungen des Betriebs der Holzmarktstraße stellte TOTAL Deutschland zudem sicher, dass die Daten und Informationen zu Verfügbarkeit und Performance der Anlage, Energieverbrauch und Boil-off-Verlusten, Anliefer- und Abgabemengen sowie Akzeptanz für die gemeinsamen Analysen der CEP und der Begleitforschung des 50-Tankstellen-Programms zu Verfügung standen.

Wirtschaftlichkeit

Die Betankungsmengen waren über die gesamte Betriebszeit im Vorhaben sehr gering. Dies hing zum Teil mit der beeinträchtigen Verfügbarkeit der Anlage zusammen, lag aber primär an der grundsätzlich geringen Nachfrage nach Wasserstoff für Pkw im Raum Berlin. Die geringe Auslastung wirkte sich nicht nur auf die Wirtschaftlichkeit negativ aus, sondern auch auf die Möglichkeiten zur Erforschung unterschiedlicher Versorgungskonzepte und Betriebsmodi.

Die elektrischen Verbräuche sind an einer Wasserstofftankstelle mit Flüssigwasserstoffspeicher und Kryopumpe vergleichsweise gering. Der betriebswirtschaftliche Nachteil der Kryopumpentechnik liegt in den Abdampfverlusten (Boil-off), da sich der flüssig und tiefkalt gelagerte Wasserstoff nicht vollständig gegen Wärmeeintritt isolieren lässt. Besonders nachteilig wirkt sich die Kryopumpentechnik bei geringer Anlagenauslastung aus, da die Boil-off-Verluste im Verhältnis zu den Betankungsmengen sehr groß ausfallen können. […]

Das Boil-off-Management an der Tankstelle Holzmarkstraße umfasste den Weiterbetrieb des vorhanden kleinen BHKW. Dieses verbrennt max. 6 kg Boil-off / Tag, um Wärme für am Standort befindliche Räumlichkeiten zu erzeugen und Strom ins Netz einzuspeisen. Im Mai 2016 ist das BHKW jedoch in Störung gegangen, was jedoch aufgrund falsch adressierter SMS-Störungsmeldungen erst spät entdeckt wurde. Grund für die Störung war eine Betätigung des Not-Ausschalters vor Ort, welches die Sicherheitskette aktivierte und das BHKW schließlich in Störung schickte.

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Aufgrund zwischenzeitlicher personeller Veränderungen ging dieser Mangel unter bzw. war er nicht im Bewusstsein der neuen Kollegen sondern wurde erst im Zuge der Sorgfältigkeitsprüfung für den Transferprozess an H2 MOBILITY entdeckt und im März 2017 behoben.

Ferner wurden im Rahmen der Begleitforschung des 50-Tankstellen-Programms die aktuellen und zukünftigen spezifischen Wasserstoffkosten in €/kgH2 für Anlagen unterschiedlicher Hersteller bestimmt und auch der Einfluss von Wartung, Anlagenauslastung und Strompreis aufgezeigt.

Technologie

Kurz nach dem Start des Kundenbetriebs traten erhebliche Probleme mit den hydraulischen Komponenten auf, die dazu führten, dass die Anlage am 05.06.2015 in Störung ging. Trotzdem Linde sich mit Nachdruck der Lösung der aufgetretenen Probleme widmete, konnten die Probleme erst im August 2015 endgültig behoben werden. Dabei wurden Änderungen an der Steuerung der Hydraulik vorgenommen, die Prozesse zur Befüllung der 800-bar-Hochdruckbank optimiert, umfassende Tests an der Sensorik und auch an den Leitungen durchgeführt. Vom 12. bis 17.8.2015 erfolgten zudem Umbauarbeiten am Kühlkreislauf mit dem Ziel, die Betriebszuverlässigkeit der Anlage zu erhöhen. Der weitere Betrieb der Anlage erfolgte bis Ende 2015 weitgehend störungsfrei bei relativ hoher

Verfügbarkeit. Ein Kryopumpenschaden hatte zur Folge, dass die Anlage im Januar / Februar 2016 vorübergehend ausfiel. Nach dessen Behebung war die Anlage das ganze Jahr 2016 wieder ohne nennenswerte Einschränkungen verfügbar. Die Anlage war jedoch nochmals den ganzen Januar 2017 außer Betrieb. In diesem Fall war der Ausfall ein organisatorischer: Nach einer Rattenplage, verursacht durch Müll auf dem Nachbarsgrundstück, musste der Technologieanbieter alle Rohrleitungen auf sicherheitsrelevante Schäden untersuchen.

An der Holzmarkstraße wurden im Alltagsbetrieb viele der Betankungen aufgrund des unzureichenden Thermomanagements abgebrochen. Der am 01.06.2016 durchgeführte Belastungstest bestätigte diese Problematik; die nach der Back-to-back-Betankung in Störung gegangene Anlage konnte durch eine Anpassung des Technikers am Thermomanagement die weiteren fünf Betankungen erfolgreich durchführen. Die von Linde nach dem Belastungstest gemachte Parametrierung der Befüllprozesse war erfolgreich. Der Anteil abgebrochener Betankungen ging in der Folge deutlich zurück.

In Deutschland werden für die Abgabe von Wasserstoff mit einem Druck von 700 bar WEH-Kupplungen eingesetzt, einzig an der Shell-Tankstelle an der Schnackenburgallee in Hamburg ist eine Walther-Kupplung im Einsatz. Im Winter 2016 wurden diese zwei Betankungssysteme im Rahmen einer CEP-Studie durch Erstnutzer auf ihre Nutzerfreundlichkeit hin vergleichend getestet. Im Resultat wird H2 MOBILITY sukzessive an ihren Tankstellen die Halterungen der Kupplung zwecks Vereinfachung des Einhängens der Kupplung verbessern. Voraussichtlich wird davon auch die Tankstelle Holzmarkstraße betroffen sein.

Anlagemonitoring

Die Anlage an der Holmarktstraße war seit Beginn des Vorhabens mit einem Plant Monitoring ausgestattet. Dieses gibt dem Betreiber die Möglichkeit, die Anlage aus der Zentrale heraus zu überwachen. Im Alltagsbetrieb bedeutete dies, dass TOTAL Deutschland täglich und nach Meldung durch das Tankstellenverfügbarkeitssystem der CEP am Plant Monitoring den Zustand der Anlage überprüfte und gegebenenfalls entsprechende Maßnahmen bei Linde einleitete.

Das Plant Monitoring wird grundsätzlich als anwenderfreundlich wahrgenommen. Als Optimierungspotenzial wurde jedoch durch die Betreiber die automatische Alarmierung durch das Plant Monitoring bei Auffälligkeiten identifiziert. Weiteres Optimierungspotenzial bietet die aktuell eingeschränkte Systemstabilität des Plant Monitoring.

Versorgungskonzept

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In Deutschland gibt es für flüssigen Wasserstoff einzig die Bezugsquelle von Linde in Leuna. Da während der Laufzeit des Vorhabens keine weiteren Bezugsquellen dazu gekommen sind und die Nutzungsintensität gleichbleibend niedrig war, waren die Voraussetzungen für die Entwicklung und Analyse unterschiedlicher Versorgungskonzepte nicht gegeben.

Der Flüssigwasserstoff aus Leuna entsteht durch Erdgasreformierung. Dank Biogaszertifikaten war der an der Holzmarkstraße abgetankte Wasserstoff jedoch während der gesamten Vorhabenzeit zu 100% bilanziell grün. Dieser hohe Anteil ist nicht zuletzt dem Umstand geschuldet, dass die Wasserstofftankstellen der Daimler-Linde-Initiative ausschließlich mit grün zertifiziertem Wasserstoff versorgt werden.

Die Verantwortung für die Wasserstoffversorgung der Tankstelle liegt bei dem für den Wasserstoff verantwortlichen Projektteam von TOTAL Deutschland, die Lieferung des Wasserstoffs wird vom Pächter quittiert. Dies entspricht den normalen Betriebsabläufen für alle Kraftstoffe an TOTAL-Tankstellen.

Im Sommer 2016 wurde an der Wasserstofftankstelle an der Holzmarktstraße das Liefermanagementtool SECCURA eingeführt. Dieses meldet bei der Unterschreitung eines festgesetzten Wasserstoffstandes automatisch den Wasserstoffbedarf direkt an den Wasserstofflieferanten Linde. Bis dahin wurde in regelmäßigen Abständen eine Füllstandkontrolle durch Mitarbeiter von TOTAL Deutschland vorgenommen. Mit Blick auf eine perspektivisch größere Zahl von Anlagen in der Hand eines Betreibers und eine steigende Nachfrage sichert die Automatisierung durch SECCURA die Verfügbarkeit von Wasserstoff in ausreichendem Maße zusätzlich.

TOTAL Deutschland ist Teil des technischen Arbeitskreises Wasserstoffmengenmessung der CEP, dessen Ziel die Etablierung eines Verfahrens zur eichfähigen Mengenmessung von Wasserstoff ist. Dieser beauftragte auf Empfehlung der Landesämter für Mess- und Eichwesen und der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt Braunschweig 2016 das Fraunhofer ISE mit der Erarbeitung einer Studie zum Stand der Technik zur Mengenmessung von Wasserstoff an 700-bar-Wasserstofftankstellen. Die Studie umfasste die Darstellung des Standes der Technik zur Mengenmessung von Wasserstoff, die Berechnungen verschiedener Szenarien (Einbaulage der Messgeräte) sowie die Planung, Begleitung und Auswertung von Ergebnissen der Feldmessungen an Anlagen mit unterschiedlichem Anlagendesign. Die Feldmessung wurde exemplarisch an drei CEP-Stationen durchgeführt. TOTAL Deutschland unterstützte insbesondere die Realisierung der Tests an der Wasserstofftankstelle BER.

Wasserstoffqualität

Die CEP testete die Wasserstoffqualität während der Laufzeit des Vorhabens mit zwei Kampagnen: einmal durchgeführt von der Stiftelsen for industriell og teknisk forskning (SINTEF) sowie einmal vom Zentrum für Brennstoffzellen Technik (ZBT) und dem Zentrum für Sonnenergie- und Wasserstoffforschung Baden-Württemberg (ZSW). Die Ergebnisse für die Wasserstofftankstelle an der Holzmarktstraße blieben in beiden Testkampagnen unauffälig.

Service und Wartung

TOTAL Deutschland war neben dem Überwachen der Anlage zuständig für die Abstimmung zwischen Betreiber, Pächter und Technologielieferanten für Service und Wartung der Anlage. Es zeigte sich, dass die Aufwände von TOTAL Deutschland für die Holzmarkstraße verglichen mit Verdichteranlagen geringer waren, da die Kryopumpenanlage von geringerer Komplexität ist (weniger Komponenten umfasst) und sich nach Beheben des Kryopumpenschadens im 2016 als zuverlässiger erwiesen hat.

Back-up-Konzept

Gemeinsam mit den CEP-Partnern wurden im Rahmen des 50-Tankstellen-Programms der Netzaufbau geplant und die Standorte abgestimmt. Zu den zwei bereits vor dem Projekt bestehenden Anlagen in Berlin am Sachsendamm (Betreiber Shell) und an der Heidestraße

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(Betreiber: Total) kamen Ende 2015 fast gleichzeitig die TOTAL-Tankstellen an der Holzmarktstraße und an der Jafféstraße hinzu. Damit war über die ganze Betriebsphase im Vorhaben die Holzmarktstraße durch drei andere 700-bar-Wassestofftankstellen abgesichert. Alle vier Tankstellen werden auch über die Projektlaufzeit hinaus weiter betrieben.


In den halbjährlich wiederkehrenden Prüfungen wird eine Dokumentenprüfung und eine technische Prüfung durchgeführt, in der die Übereinstimmung zwischen Explosionsschutzdokument und Ist-Zustand Explosionsschutz und außerdem der Einsatz der Geräte gemäß der Explosionsschutzdokumentation geprüft werden. Die Prüfung erfolgt nach den anzuwendenden Regeln für die Prüfung von Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen, den festgelegten Prüfarten und -umfängen sowie mit den zur Verfügung gestellten Dokumenten. Weiterhin werden die Prüfvorschriften für überwachungsbedürftige Anlagen (Explosionsgefährdung) berücksichtigt. Während der Projektlaufzeit wurden alle wiederkehrenden Prüfungen der Anlage an der Holzmarktstraße bestanden.

Bei der gemeinsamen Festlegung der Prüfungsmatrix durch den TÜV Rheinland und TOTAL Deutschland wurde ein möglichst geringer Einfluss auf die Anlageverfügbarkeit angestrebt.

Sicherheit

TOTAL Deutschland war sicherheitsverantwortlich für die Gesamtanlage. Für die kontinuierliche Überwachung des ordnungsmäßigen Zustands der Betankungsanlage im Betrieb erstellte TOTAL Deutschland eine Begehungsmatrix. Die Matrix listet auf, in welchem Rhythmus welche Aufgaben/Kontrollen an der Zapfsäule, dem Kartenleser und der Wasserstoffanlage vorzunehmen sind, was in Fällen von Schäden und für die technische Unterstützung bei der Anlagebetreuung zu tun ist sowie die Schulungen und die Aufgaben zur Unterstützung des Belieferungsprozesses.

Die von Linde verantworteten Betreiberschulungen waren im Rhythmus von 6 Monaten vorgesehen. Daran nahmen der Tankstellenleiter und seine Mitarbeiter sowie neue Mitarbeiter der TOTAL Deutschland mit Aufgaben im Bereich Wasserstoff teil. Schulungsinhalte waren unter anderem Sicherheitshinweise zum und Verhaltensregeln beim Umgang mit Wasserstoff, Maßnahmen bei Störungen und im Gefahrfall sowie eine Einführung in das Not-Aus-Konzept. Darüber hinaus wurden die Begehungsmatrix, das Vorgehen bei Besuchergruppen und die Bedienung des Befüllsystems vermittelt.



Die Tankkartenverwaltung erfolgte zentral über die CEP, die Kundenabrechnung durch TOTAL Deutschland. Darüber hinaus fanden an der Tankstelle auch Betankungsschulungen statt. In den Betankungsschulungen werden die Kunden vom Betreiber in die Bedienung des Befüllsystems eingewiesen; anschließend wird ihnen die Tankkarte ausgehändigt.

Ab 2015 begann die Vorbereitung für die Kreditkartenzahlung.

Betrieb Meldesystem

Über den Kundenbereich der CEP-Website (http://www.cleanenergypartnership.de/kundenbereich/) sind für Kunden in Echtzeit Informationen zum Anlagenstatus der öffentlichen Wasserstofftankstellen abrufbar, um bei Bedarf an eine andere Tankstelle ausweichen zu können. Darüber hinaus erhalten Betreiber und Techniker Störmeldungen per Email, wenn die Anlagen nicht verfügbar sind. Für die Wasserstofftankstelle an der Holzmarktstraße ist für die Betreuung des Systems TOTAL Deutschland verantwortlich. Linde stellt alle erforderlichen Anlagensignale an das Meldesystem bereit.


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Das Meldesystem wurde an der Holzmarktstraße ab Inbetriebnahme kontinuierlich betrieben, wobei zum 1. März 2016, wie an allen anderen CEP-Standorten, in einer konzertierten Aktion auf ein neues zuverlässigeres und kostengünstigeres (Reduktion Invest und Betriebskosten) System gewechselt wurde.


TOTAL Deutschland engagiert sich regelmäßg bei den Bemühungen, die Öffentlichkeit, die nach wie vor wenig über die Wasserstoffmobilitätstechnologie weiß, zu informieren. Dabei übernahm TOTAL Deutschland einerseits kontinuierlich Verantwortung als Mitglied der CEP PR Task Force und bei Veranstaltungsreihen, wie der Lernwerkstatt im Rahmen des vom BMVI beauftragten HyTrustPlus-Projektes. Andererseits stellt TOTAL Deutschland auch die eigenen Wasserstofftankstellen für interessierte Besucher/-gruppen zur Verfügung.

Eine große Zahl von Besucher, war an der Wasserstofftankstelle an der Holmarktstraße, da diese während der Vorhabenzeit in der Regel in die Lange Nacht der Wissenschaften eingebunden war.

Übergabe an H2 MOBILITY

Im Anschluss an die Projektlaufzeit ist die Übergabe der Betriebsverantwortung für die Wasserstofftankstelle an der Holzmarkstraße an die H2 MOBILITY Deutschland GmbH & Co. KG vorgesehen. Während der Projektlaufzeit wurde die Übergabe organisatorisch und vertraglich vorbereitet.



Im Rahmen des Vorhabens konnten viele der zentralen Ziele erreicht werden wie die Bereitstellung von Wasserstoff (700 bar) integriert in eine öffentliche TOTAL-Tankstelle in einer Kernregion. Und dank der Projektverlängerung des angestrebten Betriebszeitraums war durch Biogaszertifikate der an der Holzmarkstraße abgetankte Wasserstoff während dieser Vorhabenzeit zu 100% bilanziell grün. Dabei konnten die sich bereits am Standort vorhandenen Anlagen wie der LH2-Tank und das BHKW weitergenutzt werden. Die Informationen und Daten aus dem Betrieb der Anlage fanden Eingang in die Begleitforschung der CEP und des 50-Tankstellen-Programms. Im Ergebnis konnten an der Anlage Holzmarktstraße die Verfügbarkeit, die Performance und die Boil-off-Verluste verbessert und Optimierungspotenziale bei den Handhabungsverlusten identifiziert werden. Die zentralen Erkenntnisse wurden für die Entwicklung weiterer Kryopumpengenerationen zugänglich gemacht.

Schließlich ist jedoch festzuhalten, dass die Leistung der Anlage, die Validierung der Technologie und die Wirtschaftlichkeit des Betriebs nur mit Einschränkungen analysiert werden konnten, da die Nachfrage nach Wasserstoff über die gesamte Projektlaufzeit in Berlin unerwartet gering blieb.

Tabelle 1: Ziele und Zielerreichung


Bereitstellung von Wasserstoff (700 bar, max. 806 kg/d) für die in Phase III der CEP betriebenen PKW

Die Wasserstofftankstelle an der Holzmarktstraße in Berlin nahm nach dem Umbau im August 2014 den Probebetrieb auf und ist seit Mai 2015 uneingeschränkt von der CEP für Kunden freigegeben. Insgesamt wurde in der Betriebsphase des Vorhabens 565 kg Wasserstoff mit einem Druck von 700 bar an Brennstoffzellen-Pkw abgegeben.

Optionale Bereitstellung von 350 bar Druckwasserstoff (CGH2) für Busse oder

Im Rahmen des Vorhabens an der Holzmarkstraße wurde auf die Bereitstellung von

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andere Anwendungen (z.B. BSR Kehrmaschinen-Projekt)

350-bar-Wasserstoff verzichtet. Ursache für diesen Entscheid war nicht zuletzt, dass die BVG den Betrieb der Wasserstoffbusse zum Januar 2015 einstellte und die BSR keinen entsprechenden Bedarf signalisierte.

Vorbereitung der Tankstelle für eine mögliche spätere Installation eines Cryo-Compressed Wasserstoff-Zapfpunktes (CcH2)

Im Zuge des Anlagendesigns wurden Vorkehrungen für die spätere Einbindung eines CcH2-Zapfpunkts getroffen, was jedoch nicht im Rahmen des Fördervorhabens erfolgte.

Nach anfänglichen Bestrebungen auch in Berlin CcH2 zu etablieren wurde diese Option jedoch schließlich von BMW verworfen.

Der im Sinne einer Marktvorbereitung unerlässliche Aufbau eines Infrastrukturnetzwerks mit lokaler Flächendeckung in Kernregionen (Ziel des 50-Tankstellen-Programms)

Die Errichtung der Wasserstofftankstelle an der Holzmarkstraße und weiterer Anlagen in Berlin fand im Rahmen des 50-Tankstellen-Programms und abgestimmt mit den CEP-Partnern statt.

Einsatz, Erprobung und tankstellenseitige Weiterentwicklung der Kryopumpentechnologie zur Erforschung optimaler, energieeffizienter Konzepte für die Speicherung und Abgabe von Wasserstoff als Kraftstoff

An der Wasserstofftankstelle an der Holzmarkstraße wurde die Kryopumpentechnologie der 2. Generation eingesetzt und erprobt. Auf der Basis der Erfahrungen und Forschungsergebnisse wurde die 3. Technologiegeneration entwickelt, die z.B. an der Erdinger Allee in München oder am Industrieweg in Hannover zum Einsatz kommen wird.

Maßgebliche Steigerung der energetischen Effizienz und Zuverlässigkeit der Speicherungs- und Verdichtungseinrichtungen z.B. durch Wegfall der Vorkühlung

Je höher die Abnahmemenge desto besser die Energieeffizienz der Gesamtanlage (Kryopumpe und Thermomanagement) an der Holzmarkstraße. Die Energieeffizienz im Stand-by entspricht jedoch noch nicht den Erwartungen.

Für die Entwicklung der Boil-off-Verluste und Verfügbarkeit s. folgende zwei Punkte.

Verbesserung der Wirtschaftlichkeit der Betankungsanlage gegenüber früheren Generationen durch Einsatz neuester Technologien

Die zentrale Herausforderung der Anlagen mit Flüssigwasserstofftanks und Kryopumpe besteht in der Reduktion der Boil-off-Verluste. Verglichen mit älteren Anlagen war die Verbesserung diesbezüglich zu Betriebsbeginn der Wasserstofftankstelle Holzmarkstraße gering. Die Boil-off-Verluste konnten jedoch an der Holzmarkstraße von 25 kg H2/Tag in 2015 auf 16 kg H2/Tag im ersten Halbjahr 2017 gesenkt werden.

Weiter zeigten sich relevante Handhabungsverluste bei den Betankungsvorgängen. Diese sind nicht zuletzt der langen Leitung an der Anlage geschuldet, was

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an neueren Anlagen geändert werden soll.

Deutliche Erhöhung der Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der Station im Vergleich zur Vorgängeranlage durch entsprechende Lastenhefte, Vertragsvereinbarungen mit definierten Zuverlässigkeitsraten und Reaktionszeiten, Entwicklung von Wartungskonzepten und systematische Fehleranalyse

Die erste Tankstelle an der Holzmarktstraße wurde aufgrund technischer Probleme nie vollständig in Betrieb genommen. Ein eingeschränkter Betankungsbetrieb musste im Januar 2012 endgültig eingestellt werden. Anders die umgebaute Tankstelle: Sie ist seit Mai 2015 in Betrieb und konnte nachweislich die Verfügbarkeit durch technologische Optimierungen in der Projektlaufzeit verbessern.

Partizipation an den Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkten der CEP wie z.B. Wasserstoffmengenmessung, Wasserstoffqualität und einheitliche Abnahmetests

TOTAL Deutschland erhebt für alle seine Wasserstofftankstellen mindestens die Daten für die im Rahmen der CEP durchgeführte vergleichende Analyse der Entwicklung der KPI-Werte und Energieverbräuche. Die Anlage an der Holzmarktstraße war darüber hinaus Teil der Testkampagnen zur Wasserstoffqualität, welche SINTEF sowie ZBT und ZSW für die CEP realisierten.

Entwicklung eines optimalen Aufstellungskonzepts für die die vorhandene Tankstelle inkl. Weiternutzung vorhandener Anlagen (z.B. Gebäude, LH2-Tank, BHKW etc.)

Die am Standort bereits bestehende Infrastruktur wie BHKW, Flüssigwasserstofftank und Inforaum sind Bestandteil des Aufstellungskonzeptes und werden weiter betreiben.

Entwicklung von Standardkonzepten für Anlagendesign / Aufstellungsplanung aus Betreibersicht

Linde entwickelte auf Basis umfangreicher Erfahrungen an verschiedenen Anlagen und mit verschiedenen Betreibern einen Standard-Container für die Wasserstoffanlage.

Optimierung des Sicherheitskonzepts mit dem Ziel allgemeingültige Standardlösungen zu etablieren

Basierend auf den Erfahrungen im Rahmen dieses und anderer Vorhaben hat TOTAL Deutschland Standards für die Explosionsschutzdokumente und Gefährdungsbeurteilung erarbeitet.

Entwicklung von wirtschaftlichen Versorgungskonzepten für die Anlieferung von LH2 bei unterschiedlichen Nutzungsintensitäten

Die konstant geringe Nachfrage nach Wasserstoff an der Holzmarktstraße in der Vorhabenlaufzeit ließ keine nach Nutzungsintensitäten unterschiedlichen Versorgungskonzepte zu. Die Anlieferung von Wasserstoff erfolgte einmal pro Monat.


Die Anlage an der Holzmarktstraße war weiterhin zu wenig ausgelastet für die Untersuchung unterschiedlicher Betriebsmodi und Wartungsstrategien. Das bestehende Wartungskonzept wurde von Linde umgesetzt und im Laufe des Vorhabens evaluiert.

Wartungsplan und Begehungsmatrix wurden jedoch darauf hin optimiert, dass die Verfügbarkeit der Anlage möglichst wenig beeinträchtigt wird.

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Umsetzung und Analyse eines Boil-Off-Managements zur nachhaltigen Nutzung des Boil-Offs des Flüssigwasserstofftanks im bereits vorhandenen mit Wasserstoff betriebenen BHKW

Das am Standort bereits bestehende BHKW wurde mit einer Unterbrechung (Mai 2016 bis März 2017) über die ganze Betriebszeit der Wasserstofftankstelle hinweg betrieben. Die Abnahmemenge des kleinen BHKW (6 kg/Tag) war jedoch im Vergleich zum anfallenden Boil-off eher gering.

Bereitstellung eines möglichst hohen Anteils von grün zertifiziertem Wasserstoff

Dank Biogaszertifikaten war der an der Holzmarkstraße abgetankte Wasserstoff während der ganzen Vorhabenzeit zu 100% bilanziell grün.

Durchführung von Nutzer- und Mitarbeiterbefragungen, um die Akzeptanz zu erheben und Optimierungspotenziale zu identifizieren

Im Rahmen der Begleitforschung des 50-Tankstellen-Programms wurden Akzeptanzstudien durchgeführt, im Rahmen derer auch Nutzer und am Vorhaben an der Holzmarktstraße beteiligte Mitarbeiter befragt wurden.

Die CEP veranlasste ferner einen Nutzertest der WEH- und Walther-Betankungssysteme.

Erhöhung der Kundenakzeptanz durch deutliche Steigerung der Verfügbarkeit von Betankungsmöglichkeiten im Berliner Stadtzentrum

Auf die Frage, ob ein weiterer Ausbau von Wasserstofftankstellen gewünscht wird, antworteten die große Mehrheit aller im Rahmen der Begleitforschung des 50-Tankstellen-Programms befragten CEP Kunden im Frühjahr 2016 mit ja. Die sieben Prozent der Befragten, die keine zusätzlichen Wasserstofftankstellen benötigten, tankten am häufigsten an Tankstellen in Berlin, Hamburg, Stuttgart oder München. Zum Zeitpunkt der Befragung waren seit kurzem vier Wasserstoffanlagen in Berlin in Betrieb.

Verfügbarkeit, Performance und Umsatz

Zur monatlichen Evaluation der Tankstellen wurde in der CEP eine Key-Performance-Indicators (KPI)-Darstellung entwickelt, die drei relevante Kenngrößen der Betankung abbildet: die abgetankte Wasserstoffmenge, die kundenrelevante Verfügbarkeit sowie die Performance der Stationen. Während zur Ermittlung der kundenrelevanten Anlagenverfügbarkeit einzig die Zeiten berücksichtigt werden, in denen Kunden tanken können, bewertet die Anlagenperformance darüber hinaus den Erfolg der Betankung. Bewertet wird hierbei insbesondere, ob die Betankung erfolgreich gestartet werden konnte, ob es zu Betankungsabbrüchen kam und ob der gewünschte Füllgrad erreicht wurde. Konkret wird die Performance über die Anzahl der Kartenleserautorisierungen ermittelt. Eine Autorisierung bedeutet erfolgreiche Betankung, zwei Autorisierungen mit der gleichen Karte innerhalb von zehn Minuten werden als nicht erfolgreiche Betankung gewertet (Betankungen nicht gestartet oder abgebrochen bzw. Auto nicht voll geworden).

Zu Betriebsbeginn war die Verfügbarkeit der Tankstelle aufgrund von Problemen mit der Hydraulik niedrig. Im Sommer ging die Anlage sogar komplett in Störung. Dank verschiedener Optimierungs-maßnahmen des Technologieanbieters erreichte die Anlage von September bis Dezember 2016 fast

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die angestrebte durchschnittliche Verfügbarkeit von > 95 % bevor sie aufgrund eines Kryopumpenschadens wieder ausfiel. Nach dessen Behebung war die Anlage ab Februar 2016 bis Vorhabensende ohne nennenswerte technische Einschränkungen zu 82% verfügbar. Der Ausfall der Anlage im Januar 2017 war der Überprüfung der Anlage auf sicherheitsrelevante Schäden infolge einer Rattenplage geschuldet.

An der Holzmarktstraße wurden bis in den Juni 2016 viele der Betankungen aufgrund des unzureichenden Thermomanagements abgebrochen.

Aufgrund der geringen Wasserstoffnachfrage wurde zum Nachweis der Einhaltung der Performanceanforderung an eine Tankstelle der Kategorie „Small“ gemäß H2 MOBILITY-Spezifikation an der Holzmarkstraße Belastungstests notwendig. Diese wurden im Rahmen der Begleitforschung des 50-Tankstellen-Programms durchgeführt.

Energieverbrauch

An der Holzmarktstraße wird seit 2016 einerseits der Energieverbrauch der Kryopumpe (LH2-Pump), die den Wasserstoff zum Betanken verdichtet, gemessen und andererseits wird der Energieverbrauch des elektrischen Heizers (Thermal Management), der den tiefkalten Wasserstoff bei Bedarf elektrisch nachheizt gemessen. Der Heizer ist notwendig, weil der Wasserstoff bei ca. -250 °C gelagert wird, aber beim Betanken nicht kälter als -40 °C sein darf.

Aufgrund von Übertragungsproblemen der Daten aus dem Messgerät können zum Zeitpunkt der Berichterstattung nur Daten bis Ende 2016 ausgewertet werden.

Die Belastungstests im Rahmen der Begleitforschung des 50-Tankstellen-Programms, dienten auch dazu, Betriebsparameter bei zukünftig erhöhter Tankstellenauslastung zu simulieren. Dabei wurde beim Vergleich der auf die Betankungsmenge bezogenen spezifischen Energieverbräuche bei optimierter oder maximaler Auslastung mit dem spezifischen Verbrauch im Alltagsbetrieb der Tankstelle die Auslastungsabhängigkeit sehr deutlich.

Boil-off- und Handhabungsverluste

Wie beschreiben konnten die Boil-off-Verluste an der Wasserstofftankstelle Holzmarkstraße im ersten Halbjahr 2017 gesenkt werden. Trotzdem liegen die Verluste noch deutlich über der vom Anlagebauern angegebenen zu erwartenden Boil-off-Menge von ca. 10 kg H2/Tag. Darüber hinaus sind aber auch Handhabungsverluste bei der Fahrzeugbefüllung zu berücksichtigen, die z.B. durch die Druckentspannung nach Beendigung des Betankungsvorgangs entstehen.

Vor diesem Hintergrund lag der Schwerpunkt der Belastungstests an der Holzmarktstraße in der Ermittlung der Wasserstoffverluste bei optimaler und maximaler Auslastung der Anlage. Dafür wurden die bei den Belastungstests abgetankten Mengen mit der Veränderung der Speichermengen abgeglichen. Die daraus erstellte Massenbilanz weist über beide Testkampagnen hohe Wasserstoffverluste aus.

Der Anlagenhersteller räumt bei der Kryopumpentechnik der 2. Generation derzeit noch Verluste von 0,5 bis 1 kg pro Betankung durch die Druckentspannung ein, da technisch bedingt die gesamte Druckleitung von der Befüllkupplung bis zur Kryopumpe im Anlagencontainer bei Betankungsende entlastet werden muss. Mit der 3. Generation der Kryopumpentechnologie sollen die hohen Entspannungsverluste deutlich reduziert werden.

Nutzerakzeptanz Im Rahmen der Begleitforschung des 50-Tankstellen-Programms wurde letztmalig im Frühjahr 2016 die Akzeptanz der Wasserstofftankstellen bei den Nutzern erhoben. An der Onlinebefragung nahmen 100 Personen teil. Davon nutzten 18 Personen eine der TOTAL-Tankstellen am häufigsten, um ihren Pkw mit Wasserstoff zu betanken. Keine der befragten Personen gab jedoch an, am häufigsten an der Holzmarktstraße zu tanken; darum liegen für die Anlage nur sehr eingeschränkt Ergebnisse vor. […]

Betreiberakzeptanz

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Im Rahmen der Begleitforschung des 50-Tankstellen-Programms wurden Akzeptanz, Erfahrungen und Optimierungspotenzial der Wasserstoffinfrastruktur aus Sicht der Betreiber der Wasserstofftankstelle prozessbegleitend in zwei Interviewrunden im Frühjahr 2015 und Herbst 2016 untersucht. Dafür wurden Interviews auf Strategie- und Umsetzungsebene sowie bei den betroffenen Pächtern durchgeführt. TOTAL Deutschland stellte Gesprächspartner auf allen drei Ebenen zur Verfügung. Ergänzt wurden die Betreiberinterviews um die ebenfalls in Interviews ermittelte Perspektive von Vertretern aus der Automobilindustrie und der Politik auf die Wasserstoffmobilität. Insgesamt wurden 51 Interviews realisiert. Die hieraus abgeleiteten Erkenntnisse wurden den beteiligten Industriepartnern der Clean Energy Partnership (CEP) vorgestellt und mit diesen diskutiert.

Nutzertest der Betankungssysteme von WEH und Walther In Deutschland werden für die Abgabe von Wasserstoff mit einem Druck von 700 bar WEH-Kupplungen eingesetzt, einzig an der Shell-Tankstelle an der Schnackenburgallee ist eine Walther-Kupplung im Einsatz. Im Winter 2016 wurden in einer CEP-Studie die zwei Betankungssysteme von WEH und Walther durch Erstnutzer auf ihre Nutzerfreundlichkeit hin vergleichend getestet. Jeder der 15 Testkunden führte je eine Testbetankung mit der WEH-Kupplung an der Wasserstofftankstelle Vattenfall Hafencity und mit der Walther-Kupplung an der Tankstelle Shell Schnackenburgallee durch. Die Testbetankungen wurden beobachtend erfasst („objektive Evaluation“) und die Testkunden anschließend in Einzelinterview zu ihren Erfahrungen qualitativ interviewt („subjektive Evaluation“).

In den Tests zeigte sich, dass die Entnahme der WEH-Kupplung aus der Halterung und das Abnehmen der Kupplung vom Auto bei den Erstnutzern weitgehend problemlos funktionieren. Ferner bewertete ein Teil der Testkunden die Ähnlichkeit zu konventionellen Zapfpistolen positiv.

Das Aufsetzen der WEH-Kupplung war jedoch für die Hälfte der Testkunden mit Problemen verbunden. Die Testkunden mussten die Kupplung mehrmals aufsetzen und haben mehrmals daran „geruckelt“. Die Arretierung wurde zum Teil nicht auf Anhieb gefunden; bei anderen Testkunden wurde sie bereits unbeabsichtigt zu früh arretiert. In mehreren Fällen wollten die Testkunden die Betankung starten, obwohl die Kupplung nicht richtig verriegelt war; was dazu führen kann, dass die Kupplung abspringt. Nach den Tests betonen die Testkunden, dass das Spiel der arretierten Kupplung sie irritierte. Da die Anlage keinen Hinweis (weder Geräusch, noch Displayanzeige) liefert, dass korrekt angekuppelt wurde, bestand Unsicherheit darüber, ob die Betankung gestartet werden soll.

Deutliche Probleme zeigten sich beim Einhängen der WEH-Kupplung in die Halterung. Die Kupplung ließ sich nur schwer in die Halterung einfädeln. Dass die Kupplung nicht korrekt eingehängt war, wurde nur teilweise von den Testkunden erkannt. Nicht korrekt eingehängte Kupplungen führen aber zur Störung der Anlage. Als Folge der Studie wird H2 MOBILITY sukzessive an ihren Tankstellen die Halterungen der Kupplung verbessern. Voraussichtlich wird davon auch die Tankstelle Holzmarkstraße betroffen sein.


Die Wasserstofftankstelle an der Heidestraße wird voraussichtlich ab Q3 2017 durch die H2 MOBILITY Deutschland weiter betrieben werden; die Bereitstellung von Wasserstoff für 700-bar-Pkw wird damit über das Vorhaben hinaus sichergestellt. Entsprechende Verträge wurden während der Vorhabenlaufzeit vorbereitet.

Durch das Teilen von Informationen und das gemeinsame Analysieren der Daten im Rahmen der CEP wurde sichergestellt, dass die Erkenntnisse aus dem Betrieb der ersten Wasserstofftankstelle mit einer Kryopumpe der 2. Generation über Unternehmensgrenzen hinweg bei den nachfolgend geplanten Anlagen berücksichtigt werden konnten/können.

Die Erkenntnisse, die durch den Betrieb der Anlage und die begleitende Forschung im Rahmen der CEP und des 50-Tankstellen-Programms erzielt werden konnten, waren wertvoll. Die Analyse der

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Anlagendaten hat insbesondere in der Reduzierung der Boil-off-Verluste wirtschaftliche und technologische Potenziale sichtbar gemacht. Trotz der bereits im Rahmen dieses Vorhaben erzielten deutlichen Verminderung der Boil-off-Verluste sind die Wasserstoffverluste noch nicht akzeptabel. Aus Sicht von TOTAL Deutschland müssten die Wasserstoffverluste deutlich beschränkt werden, um eine breite Einführung der Technologie unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten befürworten zu können. Diesbezüglich besteht weiterhin Forschungsbedarf.

Verfügbarkeit und Performance der Wasserstofftankstelle an der Holzmarktstraße konnten durch Optimierungsmaßnahmen des Technologieanbieters während des Vorhabens substanziell erhöht werden. Allerdings besteht weiterhin Handlungsbedarf, um ein für Nutzer und Betreiber adäquates Niveau zu erreichen und kontinuierlich zu halten.

Schließlich ist anzufügen, dass die sehr geringe Nachfrage nach Wasserstoff an der Holzmarktstraße eine Auslastung der Anlage verhinderte und deren Leistungsfähigkeit damit nicht abschließend analysiert sowie keine unterschiedlichen Versorgungskonzepte, Betriebsmodi und Wartungsstrategien sinnvoll untersucht werden konnten.

Die wirtschaftlichen Erfolgsaussichten der Kryotechnologie werden von TOTAL Deutschland als ungewiss eingestuft. Zwar verspricht Flüssigwasserstoff als Speichermedium aufgrund logistischer Effizienzen bei steigender Nachfrage wirtschaftliche Vorteile, für eine wissenschaftlich fundierte Beurteilung müssten jedoch die aktuellen und zukünftigen spezifischen Wasserstoffkosten in €/kgH2

auch für Anlagen mit Kryotechnologie untersucht werden – unter spezifischer Berücksichtigung des Preises für Flüssigwasserstoff mit den Aufwandsunterschieden in der Logistik, im Stromverbrauch an der Tankstelle und im Boil-Off.

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21 PROJEKTMODUL: Hy8 – Aufbau und Betrieb von 8 Wasserstofftankstellen

Projekttitel: Hy8 – Aufbau und Betrieb von 8 Wasserstofftankstellen



01.09.2013 – 30.06.2017

Förderquote 48%




21.1 Kurzfassung

Im Rahmen des Projekts sollten Wasserstofftankstellen an folgenden acht Standorten errichtet und betrieben werden:

• Berlin, Jafféstraße/Heerstraße

• Geiselwind, A3

• Fellbach, Ohmstraße

• Karlsruhe

• Ulm (Die Festlegung auf diesen Standort fand während der Projektlaufzeit statt. Der zum Zeitpunkt der Antragstellung geplante Standort Stuttgart konnte nicht realisiert werden.)

• Flughafen Köln / Bonn (Der zum Zeitpunkt der Antragstellung geplante Standort Bremen wurde im Projektverlauf mit dem Ziel, eine bessere Netzabdeckung zu erreichen, verworfen. Der Standort Flughafen Köln / Bonn wurde während der Projektlaufzeit zwar weitgehend fertiggestellt, aber noch nicht für den Kundenbetrieb freigegeben.)

• Neuruppin (Der geplante Autobahnstandort an der A24 konnte während der Projektlaufzeit noch nicht fertiggestellt werden, da sich die Verständigung mit den lokalen Genehmigungsbehörden ungewöhnlich schwierig gestaltete.)

• Der ursprünglich geplante Standort Staufenberg / Kassel konnte nicht realisiert werden. Die Entwicklung eines achten Standorts wurde im Projektverlauf verworfen, da ein geeigneter Alternativstandort nicht rechtzeitig identifiziert werden konnte.

Es konnten damit, abweichend vom Förderantrag, im Rahmen des Vorhabens nur sieben Standorte durch TOTAL realisiert bzw. vorbereitet werden, die sich jedoch nahtlos in das in Deutschland im Aufbau befindliche Wasserstofftankstellennetzwerk eingliederten und zum Ende des Vorhabens zum Großteil für die Übergabe an die H2 MOBILITY Deutschland GmbH & Co. KG vorbereitet waren.


Ziel des Vorhabens war es, in Zusammenarbeit mit Linde und Daimler und unter Nutzung der von den beiden Unternehmen im Rahmen ihres 20-Tankstellen-Projekts zur Verfügung gestellten Ressourcen insgesamt acht Wasserstofftankstellenstandorte in Deutschland zu errichten und in enger Abstimmung der investierenden Unternehmen untereinander sinnvoll in das im Aufbau befindliche Netzwerk zu integrieren.

Resultierend aus den Erfahrungen vorangegangener Vorhaben sollte ein einheitliches Anlagendesign aus Lindes Kleinserienfertigung zum Einsatz kommen, das zuvor von TOTAL in ähnlichen Form bereits

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an den Standorten Heidestraße in Berlin und Cuxhavener Straße / Aluminiumstraße in Hamburg erprobt und weiterentwickelt worden war. Die Linde AG, die das standardisierte, modulare Wasserstoffsystem bereits 2011 strikt nach dem von der H2-MOBILITY-Initiative formulierten Lastenheft für Wasserstofftankstellen verschiedener Größenklassen entwickelte hatte, sollte für alle acht Tankstellen die H2-Komponenten, bei denen es sich in der Regel um nochmals verbesserte Entwicklungsstufen der Komponenten handelte, liefern.

Bei sämtlichen im Rahmen des Vorhabens zu errichtenden Anlagen handelte es sich um Tankstellen mit CGH2 in der Druckstufe 700 bar gem. SAE-J-2601 (mit Vorkühlung). Sie entsprachen damit konsequent der bisherigen Linie der Clean Energy Partnership, in engem Schulterschluss mit den Kunden eine verlässliche, leistungsfähige und nutzerfreundliche Tankstelleninfrastruktur aufzubauen. Entsprechend sollten Lindes Verdichtungs-, Speicherungs- und Abgabetechnologien auf dem aktuellsten Entwicklungsstand zum Einsatz kommen. Die geplanten Wasserstofftankstellen sollten die folgenden Eigenschaften besitzen:

• Alle im Rahmen des Vorhabens eingesetzten Technologiekomponenten sollten in ihrer modularen Auslegung dem im Rahmen der H2-MOBILITY-Initiative erarbeiteten Pflichtenheft folgen. Dieses Projekt sollte das Pflichtenheft für Wasserstofftankstellen vom Typ „Small“ zur Anwendung bringen. In die Entwicklung des Pflichtenheftes waren alle Erfahrungen aus den Vorläuferprojekten der CEP sowie der wesentlichen CEP-Partner eingeflossen.

• Bei der Aufrüstung bestehender Tankstellen waren die H2-Zapfpunkte infrastrukturbedingt und aus Kostengründen ggf. örtlich separiert von den konventionellen Zapfsäulen zu installieren. Neben liegenden Druckröhren, wie sie bei den Neubaustationen vorgesehen sind, kann der Wasserstoff so optional auch in stehenden Behältern gespeichert werden.

• Bei Tankstellenneubauten war die vollständige Integration der Wasserstoffbetankungskomponenten in das konventionelle Tankfeld umzusetzen. Das bedeutet, dass das übliche TOTAL-Tankstellen Layout für konventionelle Anlagen um eine standardisierte Komponente „Wasserstofftankstelle“ zu erweitern war.

• Zum Einsatz sollten u.a. eine innovative verbesserte Vorkühltechnik sowie neue Ionenkompressoren der zweiten Generation kommen, die reibungslose und rasche Betankungen bei 700 bar erlauben.

• Ein Schwerpunkt bei der gesamten technischen Auslegung der Anlage sollte der Bereich Service- und Wartung sein. Ziel war es, die Wartung der Anlagen weitgehend zu vereinfachen und zu standardisieren, um eine hohe Anlagenverfügbarkeit sicherzustellen.

• Alle Standorte sollten per Traileranlieferung mit gasförmigem Wasserstoff aus unterschiedlichen Quellen beliefert werden können. Ein entsprechendes Vorgehen erlaubte die Erprobung und Bilanzierung unterschiedlicher Versorgungspfade innerhalb des Vorhabens.

21.3 Projektverlauf

Das Vorhaben startete am 1.9.2013 zunächst mit einer Laufzeit bis 30.6.2016. Angesichts multipler Verzögerungen, die insbesondere auf genehmigungsrechtliche Probleme, damit einhergehende Schwierigkeiten bei der Standortentwicklung und mangelnde behördliche Kooperationsbereitschaft zurückgingen, beantragte TOTAL am 20.6.2016 die kostenneutrale Verlängerung des Vorhabens für den Zeitraum 1.7.2016-31.12.2016. Durch den Projektträger wurde allerdings zunächst nur eine Verlängerung bis 31.10.2016 bewilligt. Mit Nachricht vom 8.7.2016 appellierte TOTAL nochmals an den Projektträger, im Interesse einer Fertigstellung der noch in der Entwicklung befindlichen Standorte Neuruppin, Karlsruhe und Flughafen Köln / Bonn die beantragte Verlängerung bis 31.12.2016 im vollen Umfang zu bewilligen. Dem Antrag wurde stattgegeben. Im Januar 2017 genehmigte der Projektträger eine weitere Verlängerung bis 30.06.2017. Ziel in dieser abschließenden Projektphase war es, die noch im Bau bzw. in der Entwicklung befindlichen Standorte baulich möglichst fertigzustellen und in Betrieb zu nehmen. Im Gegenzug zu dieser abschließenden Verlängerung sicherte TOTAL zu, alle nach dem 30.6.2017 im Zusammenhang mit der Fertigstellung der Standorte noch anfallenden Kosten selbst zu tragen.

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Zum Einsatz kam an allen im Rahmen des Vorhabens realisierten Standorten die neueste Generation von Lindes IC-90-Betankungsanlage. Die Wasserstoffanlagen selbst waren nicht Gegenstand dieses Vorhabens; sie wurden durch Daimler (6 Anlagen) und Linde (1 Anlage) im Rahmen des von Daimler und Linde umgesetzten und im Rahmen des NIP geförderten 20-Tankstellen-Projekts bereitgestellt, während im Rahmen des hier beschriebenen Vorhabens die Planung, die bauliche Vorbereitung die Inbetriebnahme und der Betrieb sichergestellt wurden.

Im Einzelnen waren für sämtliche Anlagen im Zusammenhang mit der Errichtung die folgenden Arbeitsschritte je Strandort gesondert abzuarbeiten:

• Grundlegende interne technische Abstimmung

• Standortanalyse, Prüfung der örtlichen Gegebenheiten, Bestimmung des optimalen Standorts unter Berücksichtigung sämtlicher Rahmenbedingungen

• Risikoanalyse: Identifizierung der technologischen Restrisiken, Identifizierung von Umwelt-, Genehmigungs- und Akzeptanzrisiken

• Klärung der Aufgabenverteilung und Festlegung von Verantwortlichkeiten für Einzelkomponenten und Schnittstellen

• Terminplanung des Weiteren Entwicklungsprozesses

• Technische Abstimmung mit Dritten (Energieversorger, Behörden, TÖB)

• Klärung der genehmigungsrechtlichen Situation mit den zuständigen Behörden

• Analyse der vorhandenen Infrastruktur

• Abstimmung mit Versorgern

• Abstimmung mit Nachbarn und sonstigen Betroffenen

• Aufstellungskonzept / Ausführungsplanung

• Planung der Integration in die Tankstelle

• Erstellung Aufstellungskonzept für Speicher, Verdichter, Vorkühlung und Dispenser

• Leitungskonzept

• Erstellung von Brandschutz- und Sicherheitskonzepten

• Vorbereitende Baumaßnahmen

• Tiefbauarbeiten / Fundamente

• Bauarbeiten Behältergrube für Speicher

• Leitungsarbeiten Medienanschlüsse

• Aufstellung der Anlagen am Standort

• Abstimmung der Anlagenmontage mit dem Lieferanten

• Begleitung der Aufstellung vor Ort

• Anschluss an Stromversorgung, Wasser, Anlagensteuerung, Wasserstoffleitungen

• Installation und Anbindung Kartenleser und Fahrermeldesystem

• Begleitende Forschung

• Entwicklung von Standardkonzepten für die Integration der Wasserstoffkomponenten in Tankstellenneubauten

• Optimierung des Sicherheitskonzepts

• Wirtschaftlichkeitsanalyse

• Systematische Analyse der genehmigungsrechtlichen Rahmenbedingungen

Im Zusammenhang mit dem Betrieb der Anlagen wurden für sämtliche während der Projektlaufzeit fertiggestellten Anlagen die folgenden Arbeitsschritte je Standort durchgeführt:

• Anlagenbetrieb

• Umsetzung des Betriebskonzepts

• Disposition und Durchführung von Service und Wartung

• Bereitstellung von Betriebsstoffen und Ersatzteilen

• Abstimmung mit dem Anlagenhersteller

• Versorgungskonzept

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• Entwicklung von wirtschaftlichen Versorgungskonzepten für die Tankstellen und Durchführung einer technisch-ökonomischen Analyse unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Nutzungsintensität und Entfernungen

• Entwicklung von Strategien und Konzepten zur Steigerung des Angebots von grün zertifiziertem Wasserstoff

• Integration der Wasserstoffversorgung der Tankstellen in die normalen Betriebsabläufe der Tankstelle

• Betriebsbegleitende Forschung

• Mitwirkung an der übergeordneten Begleitforschung (Bereitstellung von Daten, Informationen)

• Entwicklung von Konzepten zur Integration des Wasserstoffs in die normalen Betriebsabläufe einer Tankstelle

• Entwicklung und Erprobung eines Konzepts zur Fernüberwachung der Anlagen

• Entwicklung und Erprobung von Wartungskonzepten in enger Kooperation mit den Anlagenherstellern

• Fortlaufende Erhebung und Analyse von Betriebsdaten: Energieverbräuche, Anliefer- und Abgabemengen, Wasserstoffqualität, Störungen, Ausfallzeiten

• Analyse von Betriebsdaten zur Erforschung von Strategien zum möglichst wirtschaftlichen Anlagenbetrieb auch bei sehr geringer Auslastung der Anlagen in der Frühphase der Markteinführung

• Analyse von Betriebsdaten zur Minimierung von Energieverbräuchen und Ausfallzeiten

• Entwicklung eines Back-up-Konzepts für Tankstellenausfälle zur Sicherstellung der durchgängigen Versorgung in den Regionen

• Erforschung der Kundenakzeptanz zur Gewinnung von Rückschlüssen für weiteres Optimierungspotential

• Durchführung von Nutzer- und Mitarbeiterbefragungen und Aufbereitung der Ergebnisse für weitere Verbesserungen

• Systematische Optimierung des Bedienkonzepts und der Kommunikation

Nicht alle Standorte konnten wie im Rahmen des Förderantrags beschrieben realisiert werden. Hierfür gab es verschiedene Gründe. Zum einen sah sich die TOTAL an verschiedenen Standorten mit genehmigungsrechtlichen Problemen konfrontiert, die einer Realisierung innerhalb der Projektlaufzeit entgegenstanden. Zum anderen war in enger Abstimmung mit der Nationalen Organisation Wasserstoff und Brennstoffzellentechnologie (NOW) eine sinnvolle Netzabdeckung in Deutschland sicherzustellen. Insbesondere war auszuschließen, dass sich die Aktivitäten unterschiedlicher im Rahmen des 50-Tankstellen-Programms investierender Partner, gegenseitig behinderten.

Durch die Verlegung der geplanten Standorte Stuttgart und Bremen nach Ulm und Köln konnte eine wesentlich bessere flächige Erschließung Deutschlands und auch eine bessere Erschließung von Transitkorridoren erreicht werden, ohne dass hierfür im Rahmen des Vorhabens zusätzliche Kosten entstanden sind. Zum Einsatz kamen auch an den Alternativstandorten die im Antrag beschriebenen Betankungsanlagen von Linde. Der Aufwand für die Erschließung und der Umfang der baulichen Maßnahmen bewegte sich im Rahmen der für die ursprünglichen geplanten Standorte beantragten Mittel.

Es wurden damit im Rahmen des Vorhabens und abweichend vom Förderantrag die folgenden Standorte fertiggestellt:

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AP Station Anlagen-

invest

Kapazität

[kg/d]

Geplanter

Baubeginn

Tatsächlicher

Baubeginn

Geplante

Inbetrieb-

nahme

Endgültige

Freigabe für

den

Kundenbetrieb

1 Berlin

Jafféstraße

Daimler 212 01.09.2013 01.04.2014 01.01.2014 30.04.2015

2 Geiselwind Daimler 212 01.09.2013 01.08.2014 01.01.2014 05.05.2015

3 Fellbach Daimler 212 01.04.2014 15.05.2015 01.10.2014 27.09.2016

4 Neuruppin Daimler 212 01.07.2014 In

Vorbereitung

01.01.2015 Voraussichtlich

März 2018

5 Ulm9 Daimler 212 01.07.2014 01.12.2015 01.01.2015 15.07.2016

6 Karlsruhe Daimler 212 01.01.2015 01.05.2016 01.07.2015 Voraussichtlich

Sep. 2017

7 Flughafen

Köln/Bonn10

Linde 212 01.01.2015 01.12.2016 01.07.2015

Voraussichtlich

Sep. 2017

8

-11

- 01.01.2015

Umsetzung

verworfen 01.07.2015 entfällt

Tab. 3: Übersicht der geplanten und realisierten Station

Tankstellentechnologie: Zum Einsatz kam im Rahmen dieses Vorhabens die von Linde unter Berücksichtigung des Anforderungsprofils der H2 MOBILITY entwickelte neueste Tankstellengeneration der Größenkategorie „Small“ mit einer Abgabekapazität von 212 kg/d. Die Tankstelle besteht aus den folgenden modularen Komponenten:

• Modul 1 – Wasserstoffspeichersystem welches wahlweise oberirdisch oder unterirdisch verbaut wurde

• Modul 2 – Ionischer Wasserstoffverdichter vom Typ IC90

• Modul 3 – Hochdruckpufferspeicher

• Modul 4 – Wasserstoffvorkühleinheit

• Modul 5 – Wasserstoffzapfsäule für 700 bar

Das Investment für die Anlagentechnologie an sämtlichen Standorten mit Ausnahme des Flughafens Köln/Bonn übernahm Daimler. Gefördert wurden die Anlagen im Rahmen des von Linde und Daimler realisierten 20-Tankstellen-Projekts, welches im NIP mit dem Ziel gefördert wurde, den Infrastrukturaufbau in Deutschland zu beschleunigen. Das Investment für den Standort Flughafen Köln/Bonn übernahm Linde.

Bei der Konstruktion und beim Design dieser Wasserstofftankstelle stand stets das Anlagengesamtkonzept im Fokus. Erstmalig wurden sämtliche Baugruppen der Tankstelle hinsichtlich einer Optimierung der Gesamtanlage ausgelegt. Hierdurch konnte die Energieeffizienz und Förderleistung der gesamten Wasserstofftankstelle bei gleichzeitiger Minimierung des benötigten Platzbedarfs für die Anlagenkomponenten wesentlich gesteigert werden – insbesondere bei der

9 Ursprünglich geplanter Standort Stuttgart wurde verworfen 10 Ursprünglich geplanter Standort Bremen wurde verworfen 11 Geplanter Standort Stauffenberg wurde vollständig verworfen

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Nachrüstung bestehender Anlagen aber auch bei Nutzung innerstädtischer Flächen ist der Platzbedarf von übergeordneter Bedeutung, da ansonsten an vielen Standorten aufgrund nicht ausreichender Platzverhältnisse auf einen Ausstattung mit Wasserstoff verzichtet werden muss.

Ein weiterer Schwerpunkt bei der technischen Auslegung der Anlage war der Bereich Service- und Wartung. Die Module Wasserstoffverdichter, Hochdruckpufferspeicher und Wasserstoffvorkühleinheit sind in einen Container mit 2,7 m x 4,3 m Grundfläche integriert. Die 700-bar-Zapfsäule ist als eigenständige Einheit konzipiert und kann unabhängig von der Anlage im Tankfeld platziert werden. Das separate Mitteldruck-Speichersystem umfasst mehrere Großflaschen, die separat und liegend installiert sind und sowohl über- als auch unterirdisch installiert werden können. Beide Varianten wurden im Rahmen dieses Vorhabens erprobt.

Das gesamte H2-Equipment für alle im Rahmen des Vorhabens realisierten Standorte wurde von Linde geliefert und aufgebaut und war damit nicht Teil dieses Vorhabens, während TOTAL an den Standorten die baulichen Vorbereitungen erbrachte, die ihrerseits Gegenstand des Förderprojekts waren. Hierzu gehörten die notwendigen Tiefbau- und Fahrbahnarbeiten sowie die bauliche Integration in die Tankstelle (Fundamente, Einzäunungen, Anfahrschutz, Überdachungen). Für die Anlagentechnik war jeweils eine ebene Fläche vorzubereiten, die für die Lasten der einzelnen Anlagenkomponenten ausgelegt war. Im Falle der unterirdischen Installation der Speicher musste eine Behältergrube in Betonbauweise errichtet werden. Sämtliche Medien wie Strom, Wasser und Telefonanschluss mussten an den definierten Schnittstellen bereitgestellt werden. Am Aufstellungsort waren Erdungen und Blitzschutz zu installieren.

Tankstellenbetrieb: Anders als geplant konnten im Rahmen des Projekts aufgrund zeitlicher Verzögerungen bei allen Bauvorhaben nur ausgewählte Standorte in Betrieb genommen und während einer Betriebsphase von TOTAL betrieben werden.

Folgende Standorte wurden im Rahmen dieses Vorhabens betrieben:

• Berlin Heerstraße / Jafféstraße (05/2015-06/2017)

• Geiselwind (05/2015-06/2017)

• Fellbach (09/2015-06/2017)

• Ulm (07/2016-06/2017)

Die Aktivitäten von TOTAL Deutschland im Rahmen des Anlagenbetriebs umfassten die Durchführung des Probebetriebs, die Abnahmetests zur Freigabe der Anlagen für die Kunden, den regulären Kundenbetrieb, das Anlagenmonitoring, die Abstimmung mit der Linde AG zu Service und Wartung, die Beauftragung wiederkehrender TÜV-Prüfungen, die Gewährleistung der Sicherheit für die Gesamtanlage, die Tankkartenverwaltung, das Kundeninformationssystem, ggf. die Energiedatenerfassung sowie bei Bedarf die Organisation und Durchführung von Besichtigungen der Anlagen.

Im Zusammenhang mit den Abnahmen der Anlagen wurde neben den obligatorischen Abnahmen durch die zuständigen ZÜS im Zusammenhang mit der Erteilung der Betriebsgenehmigungen auch die CEP-Abnahmentests erforderlich. Der CEP-Abnahmetest bildet die Voraussetzung für die Freigabe der Anlage für Kundenbetankungen. Diese Freigabe wird durch die in der Arbeitsgruppe Mobilität / Pkw (AGMP) der CEP organisierten Fahrzeughersteller erteilt. Im Rahmen dieser Tests wird die Einhaltung der in der SAE J2601 vorgegebenen Betankungsparameter durch die Anlagen geprüft. Es kommt hierzu i.d.R. das von Linde aufgebaute Referenzmengenmesssystem (RMS) zum Einsatz, das für diesen Zweck ertüchtigt wurde.

Sämtliche Anlagen waren ab Inbetriebnahme in Lindes zentrales Plant Monitoring eingebunden. Dieses gibt dem Betreiber die Möglichkeit, die Anlage aus der Zentrale heraus zu überwachen. Im Alltagsbetrieb bedeutete dies, dass TOTAL Deutschland täglich und nach Meldung durch das Kundeninformationssystem der CEP den Zustand der Anlage überprüfte und gegebenenfalls entsprechende Maßnahmen zur Wiederherstellung der Betriebsbereitschaft einleitete.

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Daneben war TOTAL im Zusammenhang mit der Sicherstellung von Service und Wartung zuständig für die Abstimmung zwischen Betreiber, Pächtern und dem Technologielieferanten.

TOTAL war sicherheitsverantwortlich für sämtliche Anlagen. Für die kontinuierliche Überwachung des ordnungsmäßigen Zustands der Betankungsanlagen im Betrieb erstellte TOTAL Deutschland individuelle Begehungsmatritzen. Die anlagenindividuelle Matrix listet auf, in welchem Rhythmus welche Aufgaben/Kontrollen an der Zapfsäule, dem Kartenleser und der Wasserstoffanlage vorzunehmen sind, was in Fällen von Schäden und für die technische Unterstützung bei der Anlagebetreuung zu tun ist sowie welche Schulungen durchzuführen und welche Aufgaben zur Unterstützung des Belieferungsprozesses abzuarbeiten sind.

An allen in Betrieb befindlichen Standorten kam während der gesamten Betriebslaufzeit die CEP-eigene Kundenkarte, die sogenannte H2 Card, zum Einsatz. Sie dient zum einen der Autorisierung des Kunden für die Betankung und zum anderen der Abrechnung der Wasserstoffkosten gegenüber dem Kunden. Die Tankkartenverwaltung erfolgte zentral über die CEP, die Abrechnung der Wasserstoffkosten gegenüber den Kunden wurde von TOTAL vorgenommen.

Die Datenhaltung und die Datenauswerteroutinen der CEP wurden während der Projektlaufzeit weiterentwickelt und verfeinert. Neue Key Performance Indicators (KPI) wurden in die Auswerteroutinen eingeführt. So wird seit 2015 neben der Anlagenverfügbarkeit auch die sogenannte Anlagenperformance auf Basis der vom Kundeninformationssystem gelieferten Daten bewertet. Während zur Ermittlung der Anlagenverfügbarkeit lediglich die Zeiten aus den Daten des Tankstellenverfügbarkeitssystems automatisiert ausgewertet und kalkuliert werden, in denen sich die Anlage nicht in Störung befand, bewertet die Anlagenperformance darüber hinaus den Erfolg der Betankung. Hierbei wird insbesondere bewertet, ob die Betankung erfolgreich gestartet werden konnte, ob es zu Betankungsabbrüchen kam und ob der gewünschte Füllgrad erreicht wurde. Energieverbräuche ebenso wie Komponentenausfälle der Tankstellen wurden dokumentiert und erlaubten die zuverlässige Identifizierung notwendiger Forschungsschwerpunkte. Hierzu wurde auch an verschiedene Projektstandorten ein Energiedatenerfassungssystem zum Einsatz gebracht, welches detaillierte Analysen der Energieverbräuche an den Tankstellen erlaubt.

21.4 Station Berlin Jafféstraße

Der Standort Berlin Heerstraße 37 / Ecke Jafféstraße war der erste im Rahmen des Vorhabens realisierte Standort. Er ersetzte planmäßig den 2006 von TOTAL in Betrieb genommenen Tankstellenstandort Berlin Heerstraße 324. Dieser Standort war ursprünglich insbesondere zur Betankung der Wasserstoffstadtbusse der Berlin Verkehrsbetriebe errichtet worden, befand sich zum Ende seiner Nutzungsdauer aber nicht mehr auf dem Stand der Technik und war aufgrund seiner Lage weitab vom Berliner Stadtzentrum für die insbesondere im Innenstadtbereich angesiedelten Fahrzeugkunden wenig attraktiv.

Nachdem absehbar war, dass die BVG den Betrieb ihrer Wasserstoffbusflotte nicht über die Förderdauer hinaus fortsetzen würden – der Betrieb der Fahrzeuge wurde letztlich zum 31.01.2015 eingestellt – beschloss TOTAL den Aufbau einer neuen stadteinwärts gelegenen Wasserstoffbetankungsanlage, der im Rahmen des Tankstellenneubaus an der Heerstraße 37 realisiert wurde.

Zum Einsatz kam eine von Daimler im Rahmen des 20-Tankstellen-Projekts finanzierte und von Linde gelieferte Anlage mit einer Abgabekapazität von 212 kg Wasserstoff/Tag (H2-MOBILITY-Klassifizierung: „small“). Die Befüllung erfolgt nach dem Befüllprotokoll SAE J2601 Version 2010 in einer von der CEP angepassten Version. Die Speicherung des Wasserstoffs vor Ort erfolgt bei 200 bar in einem unteririsch angeordneten Speichertank mit 200 kg Kapazität.

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Abb. 16: Tankstelle Berlin Heerstraße / Jafféstraße

Nachdem planungsseitig ein Baubeginn für diesen Standort zum 1.9.2013 vorgesehen gewesen war, begannen die Planungsarbeiten mit dem Architekten und dem Technologielieferanten LINDE im zweiten Halbjahr 2013 unmittelbar nach Projektstart. Die für das TÜV-Gutachten benötigten Unterlagen wurden vorbereitet. Die Baugenehmigung und die Betriebserlaubnis für den konventionellen Bereich der Tankstelle lagen Mitte Dezember 2013 vor. Aufgrund erheblicher zeitlicher Verzögerungen im Genehmigungsprozess des konventionellen Teils der Tankstelle verzögerten sich auch die nachfolgenden Prozesse, so dass der Antrag auf Erteilung der Betriebsgenehmigung für den Wasserstoffteil der Tankstelle erst in Februar 2014 eingereicht werden konnte. Die Betriebsgenehmigung lag schließlich im August 2014 vor.

Die Baumaßnahmen wurden im April 2014 begonnen und im August desselben Jahres abgeschlossen. Verträge über die Montage und Wartung der Anlage sowie die H2-Lieferung wurden mit der Linde AG im Juni 2014 unterzeichnet. Im September erfolgte die Anlieferung und Installation der LINDE-IC-90-Betankungsanlage durch den Anlagenbauer. Ebenfalls installiert wurden die unterirdisch untergebrachten Wasserstoffspeicher.

Nachdem die eben fertig gestellte Tankstelle in einem offiziellen Akt im Beisein der Parlamentarischen Staatssekretärin im Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) Katharina Reiche und der Berliner Wirtschaftssenatorin Cornelia Yzer am 29.9.2014 eingeweiht worden war, erfolgte im Oktober 2014 die Abnahme der Anlage durch den TÜV. Die Abnahme durch das Landesamt für Arbeitsschutz, Gesundheitsschutz und technische Sicherheit Berlin (LAGetSi) konnte zunächst nicht erfolgen, da noch verschiedene Dokumentationen durch den Anlagenlieferanten nicht vorlagen.

Gleichwohl befand sich die Anlage ab Ende September 2014 im Probebetrieb. Vor der Überführung der Anlage in den Kundenbetrieb war zunächst die für CEP-Anlagen obligatorische CEP-Abnahme durchzuführen. Allerdings stand das Abnahmegerät im Herbst 2014 aus technischen Gründen nicht zur Verfügung. Die CEP-Abnahme konnte nach Umbau des Abnahmegeräts schließlich im Zeitraum 24.03.-30.03.2015 von Linde durchgeführt werden. Im Ergebnis des Tests wurde von der CEP-Arbeitsgruppe Mobilität-Pkw (AGMP) am 30.4.2015 endgültig die Freigabe für den Regel- und

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Kundenbetrieb erteilt. In diesem Zusammenhang wurde die Auflage gemacht, die Leistung der Anlage im Zusammenhang mit der Befüllung großer Tanks nachträglich nachzuweisen. Einen entsprechenden Test hatte die Anlage im März nicht bestanden. Entsprechende Nachtest wurden im 2. Halbjahr 2015 erfolgreich durchgeführt. Die Abnahme durch das Landesamt für Arbeitsschutz, Gesundheitsschutz und technische Sicherheit Berlin (LAGetSi) erfolgte ebenfalls im Frühjahr 2015.

Am 5.5.2015 stand die Anlage endgültig für Kundenbetankungen zur Verfügung. In der Frühphase des Kundenbetriebs kam es allerdings hier – wie auch an anderen Standorten – zunächst zu erheblichen Problemen mit der Vorkühleinheit. Linde widmete sich mit Nachdruck der Verbesserung dieses für die Leistungsfähigkeit der Anlage entscheidenden Anlagenteils.

Wie alle anderen Tankstellen der CEP wurde auch dieser Standort mit dem Kundeninformationssystem der CEP ausgestattet. Neben dem Umsatz und der Anlagenverfügbarkeit wurde auch für diesen Standort die Anlagenperformance ermittelt.

Die Betriebsergebnisse der Anlage waren während der Projektlaufzeit im Großen und Ganzen positiv. Nachdem bis April 2015 durchgeführte Betankungen im Wesentlichen Testbetankungen sowie Betankungen im Zuge der Tankstellenabnahme gewesen waren, vermitteln die Zahlen ab Mai 2015 einen Eindruck von der Leistungsfähigkeit und Auslastung der Anlage unter realen Betriebsbedingungen. Häufig konnten die angestrebten 95% Verfügbarkeit im Monatsmittel übertroffen und sogar Monatsmittelwerte von 100 % erreicht werden. Auch im Gesamtmittel wurde mit 95,4 % Anlagenverfügbarkeit ein sehr guter Wert erreicht. 84,5 % aller Betankungen konnten erfolgreich abgeschlossen werden. Phasen herausragender Performance mit ausschließlich erfolgreich abgeschlossene Betankungen konnten zuweilen über mehrere Monate aufrechterhalten werden. Insgesamt wurden während der Betriebsphase bei 600 Betankungen 1.462 kg Wasserstoff abgegeben.

Im Oktober 2015 kam es zum wiederholten Ausfall eines Betankungsventils, welches dreimal in Folge getauscht wurde. Nachdem der Lieferant für dieses Teil daraufhin kurzfristig gewechselt worden war, konnte der Betrieb der Anlage ohne weitere Probleme aufrechterhalten werden.

21.5 Station Geiselwind

Abb. 17: Tankstelle Geiselwind

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Mit dem Standort Geiselwind realisierte TOTAL erstmals einen Autobahnstandort zur Erschließung wesentlicher nationaler Verbindungskorridore. Ziel war es, den bestehenden Autohof Geiselwind, einen wichtigen an der A3 zwischen Würzburg und Nürnberg gelegenen Versorgungspunkt für den Fernverkehr, durch Nachrüstung einer H2-Zapfsäule auf einer vorhandenen Tankinsel zur Multi-Energie-Station auszubauen. Technisch gesehen sollte dieser Ausbau durch Installation eines stehenden H2-Behälters mit oberirdischer Aufstellung erfolgen.

Die Planungsarbeiten für den Standort Geiselwind begannen unmittelbar nach Projektstart im September 2013 in enger Zusammenarbeit mit dem Architekten und dem Technologielieferanten Linde und wurden Anfang 2014 abgeschlossen. Die Übernahme der konventionell betriebenen Shell-Tankstellen am Standort Geiselwind durch TOTAL erfolgte am 20.12.2013. Der Antrag für die Betriebserlaubnis des konventionellen Bereichs der Tankstelle ebenso wie für den Wasserstoffteil wurde im Januar 2014 eingereicht. Im Frühjahr 2014 lag die Betriebserlaubnis vor. Die für das TÜV-Gutachten benötigten Unterlagen wurden abschließend vorbereitet und eingereicht. Zeitnah lag das Gutachten des TÜV vor. Zudem wurden Anfang 2014 Probleme mit Altlasten auf dem Tankstellengelände erfolgreich geklärt.

Die Baumaßnahmen vor Ort wurden im Zeitraum August / September 2014 durchgeführt. Der Standort war damit Ende September 2014 bauseitig fertiggestellt. Die Installation der Tankanlage verzögerte sich allerdings aufgrund der langen Lieferzeiten für einzelne Komponenten der Linde-Wasserstoffanlage vom Typ IC 90. Insbesondere kam es zu Problemen bei der Lieferung des Standtanks.

Die Installation der Wasserstoffkomponenten konnte schließlich am 3.2.2015 durch den Anlagenlieferanten Linde erfolgen. Die Endabnahme durch den TÜV erfolgte am 19.2.2015, während die CEP-Abnahmetests, die von Linde mit dem hauseigenen umgerüsteten Referenzmengenmesssystem RMS vorgenommen wurden, vom 1. bis 2.4.2015 stattfinden konnten. Am 30.4.2015 erteilte die Arbeitsgruppe Mobilität-Pkw (AGMP) der CEP auch dieser Anlage die Freigabe mit der Auflage, die Leistungsfähigkeit im Hinblick auf die Befüllung großer Tanks nachträglich nachzuweisen. Wie an der Heerstraße in Berlin war auch hier der Test zunächst nicht bestanden worden. Die Kundenfreigabe erfolgte am 5.5.2015. Die geforderten Nachtests wurden von Linde im ersten Halbjahr 2016 erfolgreich durchgeführt.

Aus dem Stand konnten auch an diesem Standort sehr gute Verfügbarkeitswerte erzielt werden. Allerdings blieb der Betankungserfolg zunächst hinter den Erwartungen zurück, konnte aber im zweiten Jahr des Betriebs verbessert werden. Als ursächlich hierfür wurde die gerade im ersten Betriebsjahr sehr geringe Auslastung des Korridorstandorts angesehen. Mit einer mittleren Verfügbarkeit der Anlage von 78 % über die Gesamtbetriebsdauer und einem durchschnittlichen Betankungserfolg von 68,4 % konnte die Anlage bisher nicht vollständig überzeugen.

Im Mai und Juni 2017 stand die Anlage vorübergehend nicht zur Verfügung, nachdem die Zapfsäule durch einen Anfahrunfall schwer beschädigt worden war. Die Anlage konnte erst nach Ende des Förderzeitraums wieder in Betrieb genommen werden.

Insgesamt wurde während der Betriebsphase bei 196 Betankungen 665 kg Wasserstoff abgegeben.

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21.6 Station Fellbach

Abb. 18: Tankstelle Fellbach

Am Standort Fellbach wurde nahe der Autobahn A 14 eine Wasserstofftankstelle in eine bestehende öffentliche TOTAL-Tankstelle integriert und mit einem unterirdischen Speicher ausgestattet.

Im Frühjahr 2014 erfolgte zunächst eine umfassende Eignungsprüfung des vorgesehenen Standorts. Mit dem Anlagenlieferanten Linde wurden am 19.3.2014 im Rahmen einer Ortsbegehung Aufstellmöglichkeiten für die H2-Komponenten erörtert. Im Rahmen einer Besprechung mit den zuständigen Genehmigungsbehörden am 02.07.2014 wurde die Forderung nach einem Schallgutachten erhoben. Durch den TÜV Rheinland wurde daraufhin zunächst eine gutachterliche Stellungnahme vorgelegt und schließlich durch ein Schallgutachten ergänzt. Nach Vorliegen des Gutachtens wurden die Anträge auf Erteilung einer Betriebsgenehmigung am 20.8.2014 bei den zuständigen Behörden eingereicht.

Die Ausführungsplanungen für den Standort wurden im 3. Quartal begonnen. Die Erteilung der Betriebsgenehmigung erfolgte am 19.1.2015. Anschließend erfolgte die Ausschreibung der erforderlichen Bauleistungen.

Die Baumaßnahmen vor Ort begannen nach Abschluss der Ausschreibung Mitte Mai 2015. Da die Anlage nicht an einem Neubaustandort, sondern an einem Bestandsstandort realisiert wurde, war die Umsetzung deutlich komplizierter als im Falle eines Neubauprojekts. Verzögerungen ergaben sich unter anderem, weil die tatsächliche Leitungsführung der bestehenden Anlagen in verschiedenen Fällen nicht dem Bestandsplan entsprach.

Nachdem die Anlage am 23.6.2015 von Linde installiert worden war, erfolgte die TÜV-Abnahme am 8.7.2015. Die Erstbefüllung der Anlage wurde am 15.7.2015 vorgenommen. Am 17.8.2015 erfolgte planmäßig die CEP-Abnahme. Diese Abnahme, die dem Nachweis dient, dass sämtliche Parameter der von der CEP vorgeschriebenen Befüllprotokolle eingehalten werden, führte nicht zu den erwünschten Resultaten. Im Ergebnis der Abnahme – der Abnahmebericht lag am 28.9.2015 vor - wurde festgestellt, dass die betrieblichen Abschaltgrenzen von den Anforderungen der SAE J2601 (Version 2010 CEP), die am Standort Anwendung findet, abwichen und dass die geforderten

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Vorkühltemperaturen nicht in der vorgesehenen Zeit erreicht wurden. Entsprechend konnte zunächst keine Freigabe für den Kundenbetrieb erfolgen.

Um die Anlage für den Kundenbetrieb zu ertüchtigen, wurde die Nachrüstung einer zweiten Vorkühleinheit in Zapfsäulennähe beschlossen. Die Details der Nachrüstung waren zunächst durch den Anlagenbauer Linde und die am Standort investierenden Partner TOTAL und Daimler zu vereinbaren. Hierdurch ergaben sich Verzögerungen, die dazu führen, dass eine Inbetriebnahme abweichend von den bisherigen Planungen erst im September 2016 erfolgen konnte.

Die Installation des Kundeninformations- und Anlagenverfügbarkeitssystems (HIT) der CEP erfolgte verspätet, so dass Verfügbarkeitsdaten erstmals im Dezember 2016 zur Verfügung standen.

Die Anlage war damit im September 2016 endgültig für Kundenbetankungen freigegeben.

Die Verfügbarkeit und die Performance am Standort Fellbach waren in den ersten Betriebsmonaten noch nicht zufriedenstellend. Entsprechende Ende 2016 an der Anlage durchgeführte Einstellarbeiten führten aber zu einer deutlichen Verbesserung der Performance ab 2017. So wurde im Halbjahresdurchschnitt 2017 bereits eine mittlere Verfügbarkeit von annähernd 95 % erreicht. Hierbei handelt es sich um eine sehr guten Wert für eine Anlage im ersten Betriebsjahr, der belegt, dass die mit der Anlagengeneration gesammelten Erfahrungen bereits erheblichen Einfluss auf die Betriebszuverlässigkeit haben. Insgesamt wurden an der Anlage bei 322 Betankungen 769 kg Wasserstoff abgegeben.

21.7 Station Neuruppin-Dabergotz

Im Jahr 2014 begannen die Planungen für den Standort Neuruppin-Dabergotz. Im Sommer 2014 waren die Planungen abgeschlossen. Allerdings war die Realisierung fortlaufend von umfassenden genehmigungsrechtlichen Problemen begleitet, die letztlich einen Baubeginn innerhalb der Projektlaufzeit verhinderten. Errichtet werden sollte ein vollständiger Tankstellenneubau in einem im Aufbau befindlichen Gewerbegebiet an der Bundesstraße B 167 in unmittelbarer Nähe der Autobahn A 24 und des Autobahnzubringers Neuruppin. Als Korridortankstelle zwischen Berlin und Hamburg galt die Tankstelle als besonders wichtig zur Sicherstellung eines reibungslosen wasserstoffbasierten Verkehrs zwischen beiden Städten.

Nachdem durch ein Bürgerbegehren im Jahr 2014 der zunächst geplante Standort verhindert worden war, wurde auf einen Standort an der Gegenfahrbahn ausgewichen. Für diesen Standort war allerdings zunächst ein Bebauungsplan durch die zuständige Behörde zu erstellen, welcher der Stadtverwaltung am 20.5.2015 vorlag. Die von TOTAL für den Ausweichstandort bereits vorbereiteten Bauantragsunterlagen wurden umgehend eingereicht.

Im Sommer 2015 wurden auch die Ausführungsplanungen fertiggestellt. Der Prüfbericht des TÜV lag Ende Oktober 2015 vor. Anfang Dezember desselben Jahres konnte der Bauantrag an die zuständigen Behörden übergeben werden.

Die Erteilung der Baugenehmigung erfolgte im ersten Quartal 2016. Allerdings konnte – anders als geplant – nicht unverzüglich mit der Umsetzung begonnen werden. Ursächlich hierfür war wiederum eine Auflage der Genehmigungsbehörde: Aufgrund der Lage des Standorts im Laichgebiet der Knoblauchkröte wurde eine Verschiebung des Baubeginns bis zum Ende der Laichzeit im Herbst verordnet. Hiermit war eine Realisierung des Standorts innerhalb des zu diesem Zeitpunkt geltenden Bewilligungszeitraums nicht mehr realistisch. Nachdem behördenseitig weitere Auflagen in Aussicht gestellt worden waren, wurde von TOTAL zunächst erwogen, den Standort vollständig zu verwerfen. Nachdem eine entsprechende Mitteilung an die Behörde ergangen war, signalisierte die zuständige Behörde die Bereitschaft, die Realisierung des Vorhabens nicht mehr zu behindern.

TOTAL beantragte eine Verlängerung des Vorhabens bis zunächst 31.12.2016, welche vom Fördergeber bewilligt wurde.

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Letztlich wurde der Bau des Standorts bis Vorhabenende nicht begonnen. Eine für Juli anberaumte Stadtverordnetenversammlung von Neuruppin mit entsprechender Abstimmung musste abgewartet werden. Daraus hervorgehend sprach man sich für die Realisierung des Standortes aus. TOTAL übernimmt nun eigenfinanziert den Bau der Anlage.

Entsprechend den Fortschritten beim Aufbau der Anlage konnte an diesem Standort der geplante Betrieb nicht mehr erfolgen.

21.8 Station Ulm

Abb. 19: Tankstelle Ulm

Zunächst war für diese Tankstelle ein Standort in Stuttgart vorgesehen worden. Die jedoch bereits zu Projektstart bestehenden Standorte an der Talstraße und am Flughafen Stuttgart sowie der in Planung befindliche Standort an der Neckarwiesenstraße ließen im Interesse einer besseren regionalen Erschließung die Verlegung des Standorts sinnvoll erscheinen. In Abstimmung mit NOW wurde die Verlegung nach Ulm beschlossen. Hier konnte die zunächst geplante Verlegung an das Autobahnkreuz A7/A8 aus straßenbaulichen Gründen kurzfristig nicht umgesetzt werden. Allerdings konnte ein Standort auf dem Gelände des Zentrums für Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung (ZSW) an der Helmholtzstraße in Ulm identifiziert werden. Der nahe der A10 gelegene Standort erschließt als Korridorstandort die Route aus NRW und dem nördlichen Baden-Württemberg in die Urlaubsregionen im südlichen Bayern und im westlichen Österreich. Zudem konnte für diesen Standort eine unmittelbare Anbindung an die Forschungsaktivitäten des ZSW vereinbart werden.

Die finale Aufstellungsplanung für die Anlagenteile auf dem Gelände des ZSW erfolgte im Januar 2015, nachdem die im Sommer 2014 mit dem ZSW begonnenen Verhandlungen erfolgreich zum Abschluss gebracht worden waren. Die Vorplanungen, die gutachterliche Stellungnahme sowie die Erstellung der Unterlagen für die Beantragung der Betriebserlaubnis wurden unverzüglich begonnen.

Eine gutachterliche Stellungnahme des TÜV zum geplanten Standort lag am 15.5.2015 vor, so dass am 28.5.2015 der Antrag auf Erteilung einer Betriebserlaubnis bei den zuständigen Behörden eingereicht werden konnte.

Am 28.10.2015 wurde die Betriebserlaubnis für den Standort durch die Stadt Ulm ausgesprochen. Entsprechend konnten die Bauarbeiten Anfang Dezember 2015 beginnen. Im Frühjahr 2016 erfolgte

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die bauliche Fertigstellung des Standorts der sich die erste TÜV-Prüfung anschloss. Im Juni 2016 erfolgte in Zusammenarbeit mit den übrigen Projektbeteiligten die Beseitigung der im Rahmen der TÜV-Prüfung erkannten Mängel. Die Erteilung der Betriebsgenehmigung durch den TÜV und die erfolgreiche CEP-Abnahme erfolgten im Juli 2016. Am 15.7.2016 konnte die Tankstelle im Rahmen einer feierlichen Eröffnung ohne Einschränkung für den Kundenbetrieb freigegeben werden.

Ab Mitte 2016 liegen für den Standort erste Betriebsdaten vor. Allerdings standen bis November 2016 zunächst keine Anlagenverfügbarkeitsdaten bereit. Zwar war das Kundeninformations- und Anlagenverfügbarkeitssystem der CEP an diesem Standort bereits vor Eröffnung der Tankstelle installiert worden, doch war Linde zunächst nicht in der Lage, die für das System erforderlichen Anlagensignale bereitzustellen. Ab Dezember 2016 standen schließlich auch die Verfügbarkeitsdaten zur Verfügung. Die Performance der Anlage konnte zunächst nicht vollständig überzeugen. Allerdings wurden nach entsprechenden Justierarbeiten im Winter 2015/2016 ab Februar 2017 außerordentlich gute Werte erreicht. Während der Betriebsperiode der Anlage konnten bei 206 Betankungen insgesamt 450 kg Wasserstoff abgegeben werden.

21.9 Station Karlsruhe

Abb. 20: Tankstelle Karlsruhe

Auch die Fertigstellung des Standorts Karlsruhe war von erheblichen genehmigungsrechtlichen Problemen begleitet, die eine substantielle Verzögerung der Maßnahme zur Folge hatten. Geplant war der Neubau einer TOTAL Multi-Energie-Station am Erlachseeweg / Ecke K9652 in Karlsruhe. Die Anlage war zusätzlich mit Photovoltaik-Modulen auszustatten. Erstmalig sollte an diesem Standort mit Solarwasserstoff durch On-Site Elektrolyse erzeugt und an Fahrzeugkunden abgegeben werden.

Unmittelbar nach Projektstart wurden die Grundstücksverhandlungen für den geplanten Standort aufgenommen. Durch die Stadt Karlsruhe als Eigentümerin der vorgesehenen Flächen war es allerdings versäumt worden, dem Pächter fristgerecht zum 31.12.2014 zu kündigen. Auch war durch die Stadt bis zu diesem Zeitpunkt kein Bebauungsplan fertiggestellt worden, der sich bereits seit rund zwei Jahren in Arbeit befand. Der vorliegende Flächennutzungsplan wies den Standort jedoch als Tankstellenstandort aus.

Seitens Total wurden alle Planungen umgehend nach Projektstart fertiggestellt. Der Bauantrag wurde zur Einreichung vorbereitet.

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Im Juni 2015 war der Pachtvertrag für das Grundstück mit der Stadt Karlsruhe endverhandelt. Die Unterzeichnung erfolgte im Juli 2015. Zu diesem Zeitpunkt befand sich die Erstellung des Bebauungsplans weiterhin bei den zuständigen Behörden in Arbeit. Seine Fertigstellung erfolgte schließlich im Spätherbst 2015. Im November 2015 wurde das Aufstellungskonzept zwischen den Beteiligten endabgestimmt. Der TÜV wurde mit der Erstellung des Prüfberichts beauftragt. Unverzüglich nach Fertigstellung des Bebauungsplans durch die zuständigen Behörden erfolgte die Einreichung der bereits zuvor fertiggestellten Bauantragsunterlagen.

Abb. 21: Standort am Erlachseeweg während der Bauphase

Im Frühjahr 2016 erging schließlich die Baugenehmigung, so dass die Bauarbeiten am Standort im Mai 2016 mit rund anderthalbjähriger Verspätung beginnen konnten. Neben den Tiefbauarbeiten für den konventionellen Teil der Anlage wurden die Tiefbauarbeiten für den Wasserstoffteil bis Sommer 2016 durchgeführt. Tiefbauseitig vorbereitet wurde auch die spätere Installation einer Elektrolyseanlage an diesem Standort. Die Installation der Elektrolyseanlage, die selbst nicht Gegenstand dieses Fördervorhabens war, konnte aufgrund der Verzögerungen nicht mehr während der Projektlaufzeit erfolgen. Sie wurde noch im Laufe des Jahres 2017 ergänzt.

Die Installation der Wasserstoffbetankungsanlage erfolgte durch Linde im August 2016. Bis Ende 2016 wurde die Gesamtanlage mit Ausnahme des Elektrolyseurs vorläufig fertiggestellt, vom TÜV unter Auflagen abgenommen und erstbefüllt. Auch die CEP-Abnahmetests wurden durchgeführt. Allerdings konnte die Tankstelle zum Ende der Projektlaufzeit noch nicht endgültig in den Kundenbetrieb überführt werden, da die Nacharbeiten noch nicht abgeschlossen waren. Hierzu zählten insbesondere die Installation des Kartenlesers, der Einbau eines Anfahrschutzes und die Installation des Befüllschranks. Die Erledigung dieser Nacharbeiten bildet die Voraussetzung für die Endabnahme der Anlage durch den TÜV. Anschließend wird die Anlage umgehend in den Kundenbetrieb übernommen.

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21.10 Station Flughafen Köln / Bonn (vormals: Bremen)

Beim Standort Flughafen Köln/Bonn handelt es sich um einen weiteren Standort, der zunächst anderweitig geplant war, im Verlauf des Vorhabens aber aus Gründen der optimierten flächigen Erschließung Deutschlands in enger Abstimmung mit NOW an diesen Standort verlegt wurde. Zunächst hatte eine Realisierung in Bremen erfolgen sollen.

Linde übernahm für diesen Standort abweichend von den ursprünglichen Planungen das Anlageninvestment, das für den Standort Bremen zunächst hatte von Daimler übernommen werden sollen.

Der endgültige Tankstellenstandort am Flughafen Köln/Bonn wurde im August 2014 von TOTAL übernommen, nachdem die Verhandlungen mit dem Flughafen im Frühsommer 2014 begonnen worden waren. Abweichend von anderen Standorten sollte hier auf expliziten Wunsch des Flughafens auch eine Betankungsoption für Busse vorgesehen und zumindest vorbereitet werden, um künftig den Einsatz von Wasserstoffbussen am oder auf dem Flughafengelände zu ermöglichen. Die Firma Linde, deren Anlagentechnologie hier wie an allen Projektstandorten zum Einsatz kam, wurde beauftragt die Machbarkeit und die Kosten einer entsprechenden Erweiterung zu prüfen. Die Vorplanungen für diesen Standort wurden von TOTAL bis Ende 2014 abgeschlossen.

Abb. 22: Tankstelle Flughafen Köln/ Bonn

Anfang 2015 konnte mit dem Flughafen endgültiges Einvernehmen über die Umsetzung des Vorhabens hergestellt werden. Entsprechend wurden die Vorbereitung für die behördliche Genehmigung des Vorhabens sowie die Planungsarbeiten für die Anlage begonnen. Ein Vor-Ort-Termin mit der zuständigen Genehmigungsbehörde fand am 24.6.2015 statt. Die vom TÜV für die Erstellung eines Prüfberichts (gutachterliche Stellungnahme) angeforderten Unterlagen wurden am 3.7.2015 eingereicht. Der Prüfbericht lag am 9.7.2015 vor. Auf Anforderung der Bezirksregierung Köln war der Prüfbericht jedoch nochmals durch den TÜV zu überarbeiten; es war die gesamte vor Ort zu betreibende Betankungsanlage in die Betrachtung einzubeziehen.

Zu Problemen kam es zunächst, da am Standort auch eine Betankungsoption für LPG realisiert werden sollte. Hiermit hätte nach Auffassung des zuständigen Umweltamtes für diesen Standort eine Genehmigung nach BImSchV durchgeführt werden müssen. Ursächlich hierfür war, dass die Gesamtmenge der vor Ort zu lagernden gasförmigen Kraftstoffe 3 Tonnen hätte übersteigen können. Die zuständige Behörde ließ jedoch im Rahmen weiterer Abstimmungen die Forderung fallen. Eine BImSchV-Genehmigung wurde im Rahmen des Genehmigungsprozesses nicht mehr gefordert.

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Im ersten Halbjahr 2016 erfolgte endgültig die Erteilung der behördlichen Baugenehmigung. Umgehend wurden auch die Betriebsgenehmigung sowie die Füllerlaubnis für den Standort beantragt. Die erforderliche Baugrunduntersuchung konnte abgeschlossen werden. Leistungsverzeichnisse und Ausschreibungsunterlagen für alle Gewerke wurden vorbereitet. Die Ausführungsplanung wurden erstellt. Da sich die Anlage in einer erdbebengefährdeten Zone befindet, waren für einzelne Gewerke zusätzliche Fachplaner zu konsultieren.

Der Beginn der Bauarbeiten vor Ort musste aufgrund der komplizierten Verhältnisse vor Ort mehrfach verschoben werden. Die Tiefbauarbeiten begannen schließlich am 5.12.2016. Bis Jahresende erfolgten der Rückbau der bisherigen und der Bau der neuen Serviceinsel. Fundamente, Schächte und Rohrgräben wurden hergestellt.

Nach der Verlängerung des Vorhabens bis 30.6.2017 konnte die bauliche Fertigstellung der Anlage im ersten Halbjahr 2017 erfolgen. Die Abnahmen der Anlage sowie die Inbetriebnahme erfolgen nach Abschluss des Vorhabens im Sommer 2017.

21.11 Station Stauffenberg

Im Sommer 2014 wurde endgültig beschlossen die Tankstelle nicht am ursprünglich geplanten Standort in Stauffenberg zu errichten. Ursächlich waren wiederum genehmigungsrechtliche Gründe, die einer Realisierung entgegenstanden. Der Genehmigungs- und Zulassungsprozess für den geplanten Standort erwies sich als derart kompliziert, dass ein Bau der Anlage im vorgesehenen Zeitrahmen nicht möglich gewesen wäre. Zudem war TOTAL nicht im Besitz der zu bebauenden Fläche, was eine Realisierung weiter erschwert hätte. Der Standort wurde daher frühzeitig verworfen. Allerdings konnte in der Region auch im Einvernehmen und mit Unterstützung der investierenden Partner Linde und Daimler kein geeigneter Ausweichstandort identifiziert werden.

Im zweiten Halbjahr 2014 wurde im Interesse einer möglichst hohen Flächendeckung endgültig beschlossen, die Standortsuche in der Region aufzugeben, nachdem Shell einen Standort in Kassel angekündigt hatte. Allerdings konnte auch deutschlandweit kein Standort gefunden werden, der in der durch den Förderrahmen vorgegebenen Kurzfristigkeit hätte entwickelt werden können. Entsprechend wurde im ersten Halbjahr 2016 schließlich die Errichtung eines achten Tankstellenstandorts im Rahmen dieses Fördervorhabens verworfen und dem Projektträger dieser Beschluss im Rahmen der Zwischenberichterstattung für den Berichtszeitraum Januar-Juni 2016 zur Kenntnis gegeben.



Im Rahmen des Vorhabens konnten die meisten Ziele erreicht werden: Die meisten Standorte konnten während der Projektlaufzeit technisch fertiggestellt, in Betrieb genommen und betrieben werden. Sechs 700-bar-Anlagen, umgesetzt nach der H2-MOBILITY-Spezifikation „small“, wurde an ausgewählten Standorten in Deutschland aufgebaut und trugen auf mannigfaltige Weise zur Untersuchung genereller Fragestellungen in den begleitenden Forschungsvorhaben der CEP und des 50-Tankstellen-Programms bei.

Insbesondere zwei Standorte allerdings – Neuruppin und Stauffenberg - konnten nicht mehr im Rahmen des Vorhabens realisiert werden. In beiden Fällen standen genehmigungsrechtliche Gründe einer Realisierung während der Projektlaufzeit entgegen. Während der Standort Stauffenberg letztlich aufgegeben werden musste, wurden die Gespräche mit den lokalen Behörden in Neuruppin bis zum Projektende fortgeführt. Dieses Vorhaben wird von TOTAL außerhalb des Förderprojekts eigenverantwortlich und eigenfinanziert zu Ende geführt.

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Aufbauend auf den betriebsbegleitenden Analysen konnten Optimierungspotenziale insbesondere in den Bereichen Verfügbarkeit, Performance und Energieeffizienz erschlossen werden. Erwartungsgemäß konnten die Leistung der Anlagen, die Technologiereife und die Wirtschaftlichkeit des Betriebs nur mit Einschränkungen analysiert werden, da die Nachfrage nach Wasserstoff über die gesamte Projektlaufzeit an den meisten Standorten zunächst gering blieb.

Im Hinblick auf die Ziele im Zusammenhang mit der Netzentwicklung konnten im Rahmen des Vorhabens weitreichende Fortschritte erzielt werden. Im Rahmen des Vorhabens wurde ein wesentlicher Teil der im 50-Tankstellen-Programm geplanten Standorte durch TOTAL errichtet. Mit den sieben im Rahmen dieses Vorhabens errichteten oder im Bau befindlichen Anlagen verfügte TOTAL damit zu Projektende über insgesamt 11 Standorte. An insgesamt sieben von ursprünglich acht geplanten Standorten in Deutschland hat TOTAL Tankstellen zur Betankung von Pkw mit 700-bar-Druckwasserstoff errichtet. Gewählt wurden Standorte die einer Erschließung neuer Regionen dienen (Ulm, Karlsruhe, Flughafen Köln/Bonn), die wichtige Verbindungskorridore mit Wasserstoff versorgen (Neuruppin, Geiselwind) oder die in wichtigen Kernregionen die lokale Flächendeckung erhöhen (Fellbach, Berlin Jafféstraße). In verschiedenen Regionen konnte dank der engen Abstimmung der Netzentwicklung mit der NOW und den im Rahmen des 50-Tankstellen-Programms investierenden Infrastrukturpartnern eine hohe Flächendeckung erreicht werden (Berlin, Rhein-Ruhr-Region, Rhein-Main-Region).

Die Technologieentwicklung und insbesondere ihre Validierung konnten im Rahmen des Vorhabens substantiell vorangebracht werden. Unterstützt wurde sie durch intensive Begleitforschungsmaßnahmen, die im Rahmen der CEP-Forschung und im Rahmen der Begleitforschung zum 50-Tankstellen-Programm umgesetzt wurden. Hierzu gehörten die umfassende Evaluierung von Daten und Informationen aus dem Betrieb der Anlage und die intensive Diskussion über die erlangten Erkenntnisse sowie der erforderlichen Handlungsschritte und Maßnahmen mit dem Technologielieferanten und den CEP-Partnern.

Zum Einsatz kam an allen Standorten die neueste Technologiegeneration von Lindes Druckwasserstofftankstelle mit ionischem Verdichter. Linde nutzte den Betrieb der Anlagen intensiv zur Generierung von Erkenntnissen über diese erste Kleinseriengeneration und leitete kontinuierlich Verbesserungen ab. Sämtliche Anlagen wurden unter Anwendung des im Rahmen der H2-MOBILITY-Initiative erarbeiteten Pflichtenhefts „Hydrogen Refuelling Station Standardization“ zur Errichtung von standardisierten Wasserstofftankstellen in Deutschland (Größenklasse Small) errichtet. Im Wesentlichen wurden die Leistungscharakteristika des Pflichtenheftes an den Standorten umgesetzt. Ihre Einhaltung wurde an den CEP-abgenommenen und zum Projektende in Betrieb befindlichen Standorten nachgewiesen.

Aus Sicht der TOTAL Deutschland haben die im Rahmen der H2-MOBILITY-Initiative entwickelten standardisierten Tankstellenklassen zur Erhöhung der Transparenz zwischen Betreiber und Technologielieferant beigetragen. Die definierten Leistungscharakteristika halten grundsätzlich unmissverständlich fest, was von der Anlage an Leistung zu erwarten ist und sind darüber hinaus durch den Betreiber auch überprüfbar.

Wie die Leistungscharakteristika umgesetzt werden, ist nicht Gegenstand der Spezifikation. Mit den im Rahmen des 20-Tankstellen-Projekts von Linde und Daimler in Betrieb genommenen Anlagen konnte ein bis dahin nicht erreichter Standardisierungsgrad realisiert werden.

Erprobt wurden im Rahmen des Vorhabens verschiedene Aufstellungskonzepte für Druckwasserstoffspeicher (oberirdische bzw. unterirdische Aufstellung). Ziel war es, insbesondere die Flächeneffizienz für innerstädtische Projekte zu erhöhen und die Nachrüstbarkeit von Wasserstoffbetankungsoptionen an bestehenden Standorten zu verbessern.

Die intensiven Forschungsleistungen der CEP im Zusammenhang mit Entwicklung und Leistungsfähigkeit der Technologie wurden nachdrücklich unterstützt. Sämtliche in Betrieb befindlichen Tankstellen lieferten ab ihrer Inbetriebnahme relevante Betriebsdaten zur Ermittlung

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von Anlagenverfügbarkeit und -performance. Daneben wurden Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz durch optimierte Vorkühlkonzepte untersucht. Im Rahmen der CEP durchgeführte Testkampagnen zur Ermittlung der Wasserstoffqualität an Tankstellen wurden intensiv unterstützt.

Entwicklung von Betriebs- und Versorgungskonzepten: Zum besseren Verständnis der Eigenheiten des Betriebs von Wasserstofftankstellen unter verschiedenen Betriebsbedingungen und in Vorbereitung geeigneter Konzepte für den Betrieb von Tankstellen unter den Bedingungen eines sich erst noch entwickelnden Marktes wurden umfassende auf Betriebsdaten basierte Evaluierungen des laufenden Tankstellenbetriebs vorgenommen. Hierzu erfolgte eine CEP-weite Erhebung von Betriebsdaten an allen CEP-Standorten. Die im Rahmen dieses Vorhabens in Betrieb befindlichen Standorte wurden im Verlauf des Vorhabens sukzessive nach Inbetriebnahme in die Datenerfassungsprozesse der CEP einbezogen.

Zur monatlichen Evaluation der Tankstellen wurde in der CEP eine Key-Performance-Indicator-Darstellung (KPI) entwickelt, die drei relevante Kenngrößen der 700-bar-Betankung abbildet: die kundenrelevante Verfügbarkeit, die abgetankte Wasserstoffmenge sowie, seit 2014, die Performance der Stationen. Während zur Ermittlung der kundenrelevanten Anlagenverfügbarkeit einzig die Zeiten berücksichtigt werden, in denen eine Anlage für Kundenbetankungen zur Verfügung stand, bewertet die Anlagenperformance darüber hinaus den Erfolg der Betankung. Bewertet wird hierbei insbesondere, ob die Betankung erfolgreich gestartet werden konnte, ob es zu Betankungsabbrüchen kam und ob der gewünschte Füllgrad erreicht wurde. Konkret wird die Performance über die Anzahl der Kartenleserautorisierungen ermittelt. Im Falle einer Autorisierung wird von einer erfolgreichen Betankung ausgegangen, zwei Autorisierungen mit der gleichen Karte innerhalb von zehn Minuten werden als nicht erfolgreiche Betankung gewertet (Betankungen nicht gestartet oder abgebrochen bzw. Auto nicht voll geworden).

Hauptausfallursachen waren weiterhin Probleme mit den Verdichtern und der Vorkühlung. Allerdings kam es am Standort Geiselwind auch zu einem mehrmonatigen Ausfall, nachdem die Zapfsäule von einem Tankstellenkunden angefahren und beschädigt worden war.

Die Performance der Tankstellen blieb im Gesamtmittel ebenfalls hinter den Erwartungen zurück. Allerdings zeichnete sich auch hier mit fortschreitender Betriebsdauer eine Verbesserung ab. Die Erfahrungen an den Wasserstofftankstellen des 50-Tankstellen-Programms bestätigen als eine wesentliche Ursache für die Betankungsabbrüche das nicht ausreichend stabil funktionierende Thermomanagement der Anlagen – und zwar unabhängig von der zur Anwendung gebrachten Technologie der Anlagenbauer. Dieses Thermomanagement regelt die Temperatur des gasförmigen Wasserstoffs bei der Betankung und verletzt oftmals die in der SAE J-2601 erlaubten Temperaturfenster und Druckrampenkorridore, woraufhin die Anlagen die Betankungen abbrechen oder sich in besonders schwerwiegenden Fällen auch abschalten. Eine Verbesserung des Betankungsprozesses konnte zwar mit der Umsetzung des Betankungsprotokolls SAE J-2601 [2014] erreicht werden, das einen Wechsel der Druckrampe bei nicht ausreichender Kühlperformance vorsieht und damit das Risiko eines Betankungsabbruchs minimiert. Bei zu starker Kühlung schaltet die Anlage allerdings auch bei einer Betankung nach SAE J-2601 [2014] ab, weshalb eine technische Lösung in der Stabilisierung des Temperaturmanagements durch intensivere Forschung herbeigeführt werden muss.

Die Versorgung sämtlicher in Betrieb befindlicher Projektstandorte erfolgte weiterhin durch Linde per Traileranlieferung.

Wirtschaftlichkeit: Im Rahmen der Begleitforschung des 50-Tankstellen-Programms wurden die aktuellen und zukünftigen spezifischen Wasserstoffkosten in €/kgH2 für Anlagen unterschiedlicher Hersteller bestimmt und der Einfluss von Investment, Wartung, Anlagenauslastung und Strompreis aufgezeigt. Dafür wurden Literatur- und Primärdaten zur Kostenstruktur ausgewertet sowie Anlagenhersteller befragt. Die sensiblen Informationen, die in der Form nicht den einzelnen Betreibern zugänglich gemacht wurden, wurden von dem unabhängigen Forschungsinstitut KIT Karlsruher Institut für Technologie gesammelt. Die Haupterkenntnisse wurden den CEP-Partnern in

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einer strikt anonymisierten Ergebnispräsentation vorgestellt. Sie gab einen wissenschaftlich fundierten Einblick in die Entwicklung der wirtschaftlichen Performance der Anlagen.

Nachhaltigkeit: Für sämtliche Standorte wurde eine Mindestquote von 50 % grünem Wasserstoff sichergestellt.

Akzeptanz: Forschungsmaßnahmen zur Kundenakzeptanz wurden im Wesentlichen im Rahmen der Begleitforschung zum 50-Tankstellen-Programm durchgeführt und durch dieses Vorhaben intensiv unterstützt.

Neben der Nutzerakzeptanz wurden im Rahmen der Begleitforschung des 50-Tankstellen-Programms auch Akzeptanz, Erfahrungen und Optimierungspotenzial der Wasserstoffinfrastruktur aus Sicht der Betreiber der Wasserstofftankstelle prozessbegleitend in zwei Interviewrunden im Frühjahr 2015 und Herbst 2016 untersucht. Dafür wurden Interviews auf Strategie- und Umsetzungsebene sowie bei den betroffenen Pächtern durchgeführt. TOTAL Deutschland stellte Gesprächspartner auf allen drei Ebenen zur Verfügung. Ergänzt wurden die Betreiberinterviews um die ebenfalls in Interviews ermittelte Perspektive von Vertretern aus der Automobilindustrie und der Politik auf die Wasserstoffmobilität. Insgesamt wurden 51 Interviews realisiert. Die hieraus abgeleiteten Erkenntnisse wurden den beteiligten Industriepartnern der Clean Energy Partnership (CEP) vorgestellt und mit diesen diskutiert.

Unter dem Aspekt der Akzeptanz ist auch ein Bürgerbegehren zu sehen, dass geeignet war den in Neuruppin zunächst geplanten Standort zu verhindern.


Sämtliche im Rahmen des Vorhabens errichteten Wasserstofftankstellen sollen durch die H2 MOBILITY Deutschland GmbH & Co. KG weiterbetrieben werden. Entsprechende Übernahmeverträge waren bereits im Projektverlauf erarbeitet und vereinbart worden. Sie können jedoch erst nach vollständigem Abschluss des Fördervorhabens zur Umsetzung kommen. Die fertiggestellten und in Fertigstellung befindlichen Anlagen tragen maßgeblich zur flächigen Erschließung Deutschlands und damit zur Markteinführung von Wasserstoff als Kraftstoff bei.

Durch die gemeinsame vergleichende Analyse von Betriebsdaten im Rahmen der CEP wurde sichergestellt, dass die Erkenntnisse aus dem Betrieb der hier erprobten Tankstellengeneration „Serie 20“ der Größenkasse „Small“ gem. H2-MOBILITY-Spezifikationen über Unternehmensgrenzen hinweg bei den nachfolgend geplanten Anlagen berücksichtigt werden können.

Die Erkenntnisse, die durch den Betrieb der im Rahmen des Vorhabens fertiggestellten Anlagen und der begleitenden Forschung im Rahmen der CEP und des 50-Tankstellen-Programms erzielt werden konnten, waren von besonderem Wert für die Optimierung der Anlagentechnik und der Betriebsabläufe. Die (gemeinsame) Analyse der in der CEP zusammenlaufenden Anlagendaten aus diesem wie aus anderen Tankstellenvorhaben hat insbesondere beim Thermomanagement und der Speicherung wirtschaftliche und technologische Potenziale sichtbar gemacht, die teilweise bereits während der Projektlaufzeit durch die Projekt- bzw. CEP-Partner adressiert werden konnten und teilweise jenseits der Laufzeit weiterverfolgt werden müssen. Das Vorhaben hat zur Erhöhung der Marktfähigkeit für Kunden und Betreiber durch die Steigerung der Verfügbarkeit, Performance und Energieeffizienz der Wasserstofftankstellen beigetragen.

Die im Rahmen des Vorhabens erzielten Erkenntnisse zu Leistungsfähigkeit der Anlage (Verfügbarkeit, Performance und Energieverbrauch) machen jedoch deutlich, dass anlagenbauerseitig noch Anstrengungen erforderlich sind, um die Anlagentechnologie zur endgültigen Marktreife weiterzuentwickeln. Ferner bedarf es fortgesetzter Anstrengungen der Technologielieferanten, um einen Standardisierungsgrad der Technologie und der Teilkomponenten zu erreichen, der allgemein als Serienreife verstanden wird.

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22 PROJEKTMODUL: Betrieb einer voll integrierten, öffentlichen Wasserstofftankstelle an der Heidestraße in Berlin

Projekttitel: Betrieb einer voll integrierten, öffentlichen Wasserstofftankstelle an der Heidestraße in Berlin


Linde AG


01.12.2011 – 31.12.2016

Förderquote 48%


Förderkennzeichen: 03BV226A / 03BV226B


22.1 Kurzfassung

Im Rahmen dieses Vorhabens wurde eine Wasserstofftankstelle an der Heidestraße in Berlin betrieben, die im Rahmen des Konjunkturpakets II zwischen 2010 und 2011 errichtet worden war.

Ursprünglich war neben dem Betrieb auch die Errichtung der Anlage vorgesehen. Im Juni 2011 wurden jedoch die Beschaffung sowie die Installation der Anlagentechnik und der Anlagenperipherie aus dem Vorhaben herausgelöst. Die herausgelösten Teile wurden durch eine entsprechende Aufstockung des im Rahmen des KoPa-II-geförderten Vorhabens „Errichtung einer voll integrierten, öffentlichen Wasserstofftankstelle an der Cuxhavener Straße in Hamburg / Zusätzliche Errichtung einer Wasserstofftankstelle an der Heidestraße in Berlin (Förderkennzeichen: 03KP593) im Bewilligungszeitraum 01.04.2010-30.11.2011“ übernommen.

Die Wasserstofftankstelle an der Heidestraße 19 in Berlin-Mitte wurde als Teil einer neu zu errichtenden TOTAL Multi-Energie-Tankstelle, an der neben Wasserstoff auch Benzin, Diesel, Erd- und Flüssiggas 24 Stunden 7 Tage die Woche angeboten werden, realisiert.

Erstmals wurde eine Wasserstofftankstelle unter Anwendung des im Rahmen der H2MOBILITY-Initiative erarbeitete Pflichtenheft „Hydrogen Refuelling Station Standardization“ zur Errichtung von standardisierten Wasserstofftankstellen in Deutschland errichtet. In diesem Fall wurde eine Wasserstofftankstelle der Größenklasse „small“ umgesetzt, die mit einem ionischen Verdichter IC90 ausgestattet ist. Die Tankstelle des Technologielieferanten Linde AG gibt den Wasserstoff in Form von Gas mit einem Druck in Höhe von 700 bar ab, wobei das Befüllprotokoll „SAE J2601 (2010) – CEP angepasst“ zur Anwendung kommt. Die Anlieferung des gasförmigen Wasserstoffes an die Tankstelle erfolgt per Trailer.

22.1.1 Aufgabenstellung

Die Herauslösung der Investmentmaßnahmen aus dem durch das NIP geförderte Vorhaben reduzierte die Aufgabenstellung auf den Betrieb der Wasserstofftankstelle. Die wesentlichen verbleibenden Ziele waren:

• die marktnahe Bereitstellung von Wasserstoff (CGH2 700 bar, optional 350 bar) für die in Phase III der CEP zu betreibenden Pkw,

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• der Betrieb der neuesten verfügbaren Technologie und den Regelbetrieb eines standardisierten Anlagen-Technologiekonzepts der H2MOBILITY-Initiative für die Größenklasse „small“,

• die Untersuchung genereller Fragestellungen, um über eine Validierung, Verbesserung und Standardisierung der Wasserstoff-Betankungstechnologie zur Erhöhung der allgemeinen Analgenverfügbarkeit und zu deren Effizienzsteigerung beizutragen sowie mittelfristig den kostengünstigen Aufbau einer deutschlandweiten Wasserstoff-Infrastruktur realisieren zu können,

Im Einzelnen war die Bearbeitung der Aufgaben wie in der folgenden Tabelle dargestellt auf die Projektpartner TOTAL Deutschland und Linde verteilt.

Tab. 2: Verantwortlichkeiten im Vorhaben

TOTAL Deutschland GmbH Linde AG

Arbeitspaket 2:

Bau Anlagenperipherie

Arbeitspaket 1:

Anlagenbetrieb - Betrieb der Anlage

- Tankkartenverwaltung

- Betrieb Meldesystem

- Rückbau

- Steuerung Wartung CGH2-

Schiene

- Betreiberschulungen

Arbeitspaket 2:

Koordinierung und

Management

- Koordinierung mit

Unterauftragnehmern

- Berichtswesen

- Sonstige koordinative Aufgaben

22.2 Projektverlauf


Im Dezember 2011 wurde der Aufbau der im Rahmen des KoPa-II-geförderten Wasserstofftankstelle an der Heidestraße endgültig fertiggestellt. Die zentralen Aktivitäten des NIP geförderten Vorhabens konnten in der Folge ab Januar 2012 gestartet werden. Die Tankstelle wurde nach zweimaliger Verlängerung (Änderungsbescheide vom 01.07.2016 und 08.11.2016 (SIC)) im Rahmen des Vorhabens bis zum 31. Dezember 2016 betrieben.

Die Aktivitäten von TOTAL Deutschland, die folgend detailliert beschrieben werden, umfassten den Probebetrieb, die Abnahemetests zur Freigabe der Anlagen für die Kunden, den regulären Betrieb, das Anlagenmonitoring, die Abstimmung mit dem Projektpartner zu Service und Wartung, die widerkehrenden TÜV-Prüfungen, die Gewährleistung der Sicherheit für die Gesamtanlage, die Tankkartenverwaltung und das Fahrermeldesystem sowie die Organisation und Duchführung vielzähliger Begehungen der Anlage.

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Abb. 1: Wasserstoffzapfsäule (gekennzeichnet mit rotem Pfeil) an der TOTAL Multi-Energie-Tankstelle Heidestraße

Inbetriebnahme

Nach der Abnahme der Wasserstofftankstelle am 23.01.2012 durch den TÜV Rheinland begann ab Januar 2012 der Probebetrieb, der mit einer Reihe von Feinabstimmungen der Anlage einherging.

Ein erster CEP-Abnahmetest erfolgte in der Zeit vom 26. bis 29.03.2012. Der Test ist Voraussetzung für die Freigabe der Anlage für Kundenbetankungen. Da der erste Test nicht erfolgreich verlaufen war, wurden Nachbesserungen an der Anlage durchgeführt.

Der zweite CEP-Abnahmetest erfolgte am 25. und 26.04.2012. Im Rahmen dieses Tests wurden zwar die geforderten SAE-Druckrampen realisiert, allerdings konnte neuerlich die vorgeschriebene Vorkühltemperatur nicht wie gefordert innerhalb von 15 Sekunden erreicht werden – ein Problem, das auch an anderen CEP-Standorten diagnostiziert wurde. Ziel der vorgeschriebenen Vorkühlzeit ist es, eine Überhitzung von Fahrzeugtanks zu verhindern. Für die Realisierung der geforderten Temperaturkurve und unter Berücksichtigung der niedrigen Nutzungsfrequenz wären enorme Kühlleistungen zu installieren gewesen – ein Aufwand, der unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten nicht sinnvoll zu rechtfertigen gewesen wäre. Nach Durchführung des zweiten Abnahmetests erfolgte daher zunächst nur eine Freigabe für Betankungen mit Infrarotkommunikation zwischen Fahrzeug und Tankstelle.

Im nächsten Schritt erfolgte die Kalkulation alternativer SAE-Tabellen für 700 bar-Pkw-Betankungen mit längerer Vorkühlzeit um den Preis einer geringfügig längeren Betankungszeit. Im Herbst 2012 wurden die Tabellen sowohl am Standort Heidestraße als auch an anderen CEP-Standorten implementiert. Hiermit war die Tankstelle Heidestraße per 07.09.2012 endgültig auch für die Betankung von Fahrzeugen ohne Infrarotkommunikation ertüchtigt.

Auf der Basis der Betriebserfahrungen, unter anderem an der Heidestraße, überarbeitete das SAE-Gremium den Standard, der im Juli 2014 als SAE J2601 (2014) veröffentlicht wurde. Der überarbeitete Standard wird durch die Anlagenbauer Linde, Air Liquide, Air Products und andere erfolgreich angewandt. Durch das neue SAE-Betankungsprotokoll ist die ökonomische und technische Realisierbarkeit nun für alle beteiligten Unternehmen vereinfacht.

Betrieb

Ab Mai 2012 wurden – wie auch an anderen CEP-Stationen - Undichtigkeiten im Bereich der Betankungskupplung festgestellt. In der Folge widmete sich diesem Thema ein eigens dafür geschaffener Arbeitskreis Füllkupplungstest (AKFT) im Rahmen der CEP. Der Arbeitskreis beauftragte beim Auftragnehmer HyEnTec / Powertech eine Dichtheitsprüfung zum Nachweis der Eignung der

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aktuell eingesetzten Befüllkomponenten (Betankungskupplung, Befüllschlauch, Abreißkupplung), der auf Grund notwendiger Nachtests erst 2014 abgeschlossen werden konnte. Im Ergebnis wird weiterhin eine Eignung der aktuell eingesetzten Komponenten für die SAE-Betankung mit einer Gastemperatur von -40°C angenommen. Im Rahmen der Tests festgestellte Undichtigkeiten an der Abreißkupplung waren nach Einschätzung des Herstellers unkritisch, bedurften aber nach Ansicht der CEP einer weiteren Beobachtung. Entsprechend wurde im Rahmen der CEP-Phase III.2 eine weitere Testkampagne mit einer überarbeiteten Abreißkupplung durchgeführt. Im Ergebnis der zweiten von HyEnTec durchgeführten Testkampagne am 14.08.2014 wurden keine relevanten Leckagen mehr festgestellt.

In der zweiten Hälfte 2013 sank die Verfügbarkeit der Anlage aufgrund multipler technischer Probleme und Ausfälle. Hervorzuheben sind dabei die Probleme mit dem Verdichter, die oft zu mehrtägigen Ausfällen der Anlagen führte. Umfassende Wartungsarbeiten im ersten Halbjahr 2014 führten dazu, dass sich die Situation im Jahresdurchschnitt verbesserte. Trotzdem erreichte die Verfügbarkeit der Wasserstofftankstelle in der Folge noch kein für die Markteinführung geeignetes Niveau. Nach wie vor war kein zuverlässiger Betrieb möglich; punktuell wurden Verfügbarkeiten von unter 50% ermittelt. Ursächlich hierfür waren 2014 unterschiedliche technische Probleme u.a. eine Störung der Temperatursensorik in der Zapfsäule, die nicht sofort behoben werden konnte. Weiter kam es wegen eines schweren Schadens an der Verdichterhydraulik zu einem Ausfall der Anlage, der vom 07.09.2015 bis zum 06.11.2015 dauerte. Die Hydraulikeinheit musste ausgetauscht werden.

Die von Linde Wien durchgeführten Reparatur- und Optimierungsmaßnahmen zeigten schließlich Wirkung. Die Verfügbarkeit stieg deutlich und verblieb bis Ende Projektlaufzeit auf vergleichsweise hohem Niveau. Im Jahr 2016 konnte in 7 von 12 Monaten das für die Markteinführung angestrebte Verfügbarkeitsniveau von mindesten 95% erreicht werden. Über das ganze Jahr 2016 betrug die durchschnittliche Verfügbarkeit 94%.

Ab dem Jahr 2013 wurden immer wieder Betankungen aufgrund unzureichender Kühlleistung abgebrochen und auch die von Linde an der Anlage vorgenommenen Maßnahmen konnten die Probleme vorerst nicht beheben. Nachdem bereits verschiedene Konzepte für die Verbesserung der Anlagenperformance durch technische Optimierung der Kühlaggregate erarbeitet worden waren, brachte schließlich die Nachrüstung einer zusätzlichen Vorkühleinheit (TCU Temperature Compensation Unit) eine substantielle Verbesserung, die sich auch in den von der CEP ausgewiesenen Performance-Werte für 2016 niederschlugen.

Abschließend ist festzuhalten, dass bis 2015 an der Heidestraße viele neue Lösungen für verschiedene Komponenten (z.B. Vorkühlkonzept (Kreislauf), neuartige Innenbeschichtungen von Rohrleitungen) von dem Technologielieferanten getestet wurden (für mehr Informationen siehe dazu den Schlussbericht der Linde AG). Dies hat sich auf die Verfügbarkeit, aber insbesondere auf die Performance der Anlage ausgewirkt und verschiedene technische Ertüchtigungen notwendig gemacht. Für den Betreiber bedeutete dies, dass er in den ersten Jahren mit vergleichsweise vielen Störungsmeldungen und entsprechenden Reaktionen der Nutzer umzugehen hatte. TOTAL Deutschland war bestrebt, die Betriebssicht in die Entwicklung und Forschung einzubringen. Der Erfolg technischer Optimierungmaßnahmen zeigte sich enweder dirket im Betrieb oder inderekt über die begleitende Forschung der CEP und des 50-Tankstellen-Programms.

Die abgegebenen Betankungsmengen waren über die gesamte Projektlaufzeit gering. Dies hing zum Teil mit der beeinträchtigen Verfügbarkeit der Anlage zusammen, lag aber primär an der grundsätzlich geringen Nachfrage nach Wasserstoff für Pkws im Raum Berlin.

Eine Partikelmessungsanalyse wurde am 18.02.2015 am Tankstellenstandort durchgeführt, um umfassende Erkenntnisse über die allgemeine Abgabequalität des Wasserstoffs an CEP-Standorten zu erlangen. Sämtliche Verunreinigungen lagen unterhalb der zulässigen Grenzwerte, wenngleich vergleichsweise große Partikel im Wasserstoff nachgewiesen werden konnten.

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Anlagemonitoring

Die Anlage an der Heidestraße wurde mit einem Plant Monitoring ausgestattet. Dieses gibt dem Betreiber die Möglichkeit, die Anlage aus der Zentrale heraus zu überwachen. Im Alltagsbetrieb bedeutete dies, dass TOTAL Deutschland täglich und nach Meldung durch das Tankstellenverfügbarkeitssystem der CEP am Plant Monitoring den Zustand der Anlage überprüfte und gegebenenfalls entsprechende Maßnahmen bei Linde einleitete.

Das Plant Monitoring wird grundsätzlich als anwenderfreundlich wahrgenommen. Als Optimierungspotenzial wurde jedoch durch die Betreiber einerseits die automatische Alarmierung durch das Plant Monitoring bei Auffälligkeiten identifiziert, anderseits die automatische Meldung bei der Unterschreitung eines festgesetzten Wasserstoffstandes, um die Wasserstoffmeldung auszulösen. Mit Blick auf eine perspektivisch größere Zahl von Anlagen in einer Hand eines Betreibers und steigender Nachfrage, würde eine solche Automatisierung die Verfügbarkeit von Wasserstoff in ausreichender Menge zusätzlich absichern. Weiteres Optimierungspotenzial bietet die aktuell eingeschränkte Systemstabilität des Plant Monitoring.

Abstimmung Service und Wartung

TOTAL Deutschland war neben dem Überwachen der Anlage zuständig für die Abstimmung zwischen Betreiber, Pächter und Technologielieferanten für Service und Wartung der Anlage. Während des Betriebes zeigte sich, dass aufgrund dessen, dass an der Heidestraße viel Neues ausprobiert wurde, der Aufwand für die Abstimmung deutlich höher war als an anderen Anlagen.


In den halbjährlich wiederkehrenden Prüfungen wird eine Dokumentenprüfung und eine technische Prüfung durchgeführt, in der die Übereinstimmung zwischen Explosionsschutzdokument und Ist-Zustand Explosionsschutz und außerdem der Einsatz der Geräte gemäß der Explosionsschutzdokumentation geprüft werden. Die Prüfung erfolgt nach den anzuwendenden Regeln für die Prüfung von Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen, den festgelegten Prüfarten und -umfängen sowie mit den zur Verfügung gestellten Dokumenten. Weiterhin werden die Prüfvorschriften für überwachungsbedürftige Anlagen (Explosionsgefährdung) berücksichtigt. Während der Projektlaufzeit wurden alle wiederkehrenden Prüfungen der Anlage an der Heidestraße bestanden.

Bei der gemeinsam Festlegung der Prüfungsmatrix durch den TÜV Rheinland und TOTAL Deutschland wurde ein möglichst geringer Einfluss auf die Anlageverfügbarkeit angestrebt.

Sicherheit

TOTAL Deutschland war sicherheitsverantwortlich für die Gesamtanlage. Für die kontinuierliche Überwachung des ordnungsmäßigen Zustands der Betankungsanlage im Betrieb erstellte TOTAL Deutschland eine Begehungsmatrix. Die Matrix listet auf in welchem Rhythmus welche Aufgaben/Kontrollen an der Zapfsäule, dem Kartenleser und der Wasserstoffanlage vorzunehmen sind, was in Fällen von Schäden und für die technische Unterstützung bei der Anlagebetreuung zu tun ist sowie die Schulungen und die Aufgaben zur Unterstützung des Belieferungsprozesses.

Die von Linde verantworteten Betreiberschulungen waren im Rhythmus von 6 Monaten vorgesehen. Daran nahmen der Tankstellenleiter und seine Mitarbeiter sowie neue Mitarbeiter der TOTAL Deutschland mit Aufgaben im Wasserstoffthema teil. Schulungsinhalte waren unter anderem Sicherheitshinweise zum und Verhaltensregeln beim Umgang mit Wasserstoff, zu Maßnahmen bei Störungen und Gefahrfall sowie dem Not-Aus-Konzept. Darüber hinaus wurde die Bedienung des Befüllsystems, die Begehungsmatrix und das Vorgehen bei Besuchergruppen vermittelt.

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Die Tankkartenverwaltung erfolgte zentral über die CEP, die Kundenabrechnung durch TOTAL Deutschland. Darüber hinaus fanden aufgrund der zentralen Lage an der Tankstelle Heidestraße ein großer Teil der Betankungsschulungen in Berlin statt. In den Betankungsschulungen wurden die Kunden vom Betreiber in die Bedienung des Befüllsystems eingewiesen und ihnen anschließend die Tankkarten ausgehändigt.

Betrieb Meldesystem

Über den Kundenbereich der CEP-Website (http://www.cleanenergypartnership.de/kundenbereich/) sind für Kunden in Echtzeit Informationen zum Anlagenstatus der öffentlichen Wasserstofftankstellen abrufbar, um bei Bedarf an eine andere Tankstelle ausweichen zu können. Darüber hinaus erhalten Betreiber und Techniker, Störmeldungen per Email, wenn die Anlagen nicht verfügbar sind. Für die Wasserstofftankstelle an der Heidestraße ist für die Betreuung des Systems am Standort TOTAL Deutschland verantwortlich. Linde stellt alle erforderlichen Anlagensignale an das Meldesystem bereit.

Das Meldesystem wurde an der Heidestraße ab Januar 2012 kontinuierlich betrieben, wobei zum 1. März 2016, wie an allen anderen CEP-Standorten, in einer konzertierten Aktion auf ein neues zuver-lässigeres und kostengünstigeres (Reduktion Invest und Betriebskosten) System gewechselt wurde.


TOTAL Deutschland engagiert sich regelmäßg bei den Bemühungen die Öffentlichkeit, die nach wie vor wenig über die Wasserstoffmobilitätstechnologie weiß, zu informieren. Dabei übernahm TOTAL Deutschland einerseits kontinuierlich Verantwortung als Mitglied der CEP PR Task Force und bei Veranstaltungsreihen, wie der Lernwerkstatt im Rahmen des vom BMVI beauftragten HyTrustPlus-Projektes. Andererseits stellt TOTAL Deutschland auch die von ihnen betriebenen Wasserstofftankstellen für interessierte Besucher/-gruppen zur Verfügung.

An der Heidestraße hat sich eine große Zahl von Interessierten aus Politik und Öffentlichkeit über die Wasserstoffmobilität und die entsprechende Infrastruktur informieren lassen. Beispiele ranghoher Besuche in der Vorhabenslaufzeit waren der Bundesminister für Wirtschaft und Energie, Sigmar Gabriel, mit seinem französischen Kollegen Emmanuel Macron, die vom Geschäftsführerer der TOTAL Deutschland Hans-Christian Gützkow am 31.03.2015 begrüsst wurden. Außerdem wurde die französische Umweltministerin Delphine Batho von Patrick Schnell, Leiter Nachhaltige Entwicklung/ Neue Energien bei TOTAL Deutschland und CEP-Vorsitzender, am 01.06.2013 willkommen geheissen.

Abb. 2: Ranghohe Besuche an der Heidestraße. Links: Minister Gabriel und Minister Macron. Rechts: Ministerin Batho


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22.2.2 Koordinierung und Management

Das Vorhaben an der Heidestraße war in die Koordinierung des Gesamtvorhaben CEP eingebunden und Teil des 50-Tankstellen-Programms. Die Leistungen im Rahmen dieses Arbeitspaketes umfassten darum vor allem:

• die technische und kaufmännische Koordinierung der Aktivitäten für den Betrieb der Heidestraße (unternehmensintern sowie gegenüber Servicepartner und Technologielieferanten);

• die Abstimmung mit Fördermittelgeber und seinem Projektträger;

• die Sicherstellung der Lieferung von Daten und Informationen an die CEP, deren Analyse, Aufbereitung und Diskussion, die im Rahmen des übergeordneten Moduls stattfand;

• die Sicherstellung der Lieferung von Daten und Informationen, die ihm Rahmen der Begleitforschung des 50-Tankstellen-Programms analysiert und in der CEP diskutiert wurden.



Im Rahmen des Vorhabens konnten alle Ziele erreicht werden: Die 700 bar-Anlage, umgesetzt nach der H2Mobility-Spezifikation „small“, wurde betrieben und trug auf mannigfaltige Weise zur Untersuchung genereller Fragestellungen in den begleitentenden Forschungsvorhaben der CEP und des 50-Tankstellen-Programms bei.

Aufbauend auf den Analysen konnten Optimierungspotenziale insbesondere in den Bereichen Verfügbarkeit, Performance und Energieeffizienz erschlossen werden. Trotzdem ist festzuhalten, dass die Leistung der Anlage, die Validierung der Technologie und die Wirtschaftlichkeit des Betriebs nur mit Einschränkungen analysiert werden konnten, da die Nachfrage nach Wasserstoff über die gesamte Projektlaufzeit unerwartet gering blieb.

Tab. 3: Übersicht Zielerreichung

Ziele gemäß Projektantrag für den im NIP-geförderten Betrieb

Zielerreichung

Die marktnahe Bereitstellung von Wasserstoff (CGH2 700 bar) für die in Phase III der CEP in Berlin betriebenen Pkw

Die Wasserstofftankstelle an der Heidestraße in Berlin-Mitte nahm im Januar 2012 den Probebetrieb auf und ist seit September 2012 uneingeschränkt für alle 700 bar-Pkw von der CEP freigegeben. Insgesamt wurden in der Projektlaufzeit 2622kg Wasserstoff an Brennstoffzellen-Pkw abgegeben.

Betrieb einer Anlage mit H2MOBILITY-Spezifikation „Small“

An der Heidestraße wurde seit dem Jahr 2012 eine Wasserstofftankstelle betrieben, die unter Anwendung des im Rahmen der H2MOBILITY-Initiative erarbeitete Pflichtenheft „Hydrogen Refuelling Station Standardization“ zur Errichtung von standardisierten Wasserstofftankstellen in Deutschland (Größenklasse Small) errichtet wurde.

Alle definierten Leistungscharakteristika des Pflichtenheftes wurden im Betrieb erfüllt mit einer Ausnahme: Die Anforderung der Back-to-back-Befüllung war aufgrund der auf 70kW reduzierten Leistungsaufnahme nicht möglich.

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Ziele gemäß Projektantrag für den im NIP-geförderten Betrieb

Zielerreichung

Betrieb der neusten verfügbaren Technologie im Regelbetrieb

Linde nutzte den Betrieb der Anlage intensiv zur Generierung von Erkenntnissen über die neuste Technologiegeneration und leitet kontinuierlich Verbesserungen ab.

Untersuchung genereller Fragestellungen, um über eine Validierung, Verbesserung und Standardisierung der Wasserstoff-Betankungstechnologie zur Erhöhung der allgemeinen Analgenverfügbarkeit und zu deren Effizienzsteigerung beizutragen sowie mittelfristig den kostengünstigen Aufbau einer deutschlandweiten Wasserstoff-Infrastruktur realisieren zu können

Daten und Informationen aus dem Betrieb der Anlage wurden im Rahmen der CEP und Begleitforschung des 50-Tankstellen-Programms evaluiert, gemeinsam mit dem Technologielieferanten und den CEP-Partnern Handlungsschritte diskutiert und Maßnahmen angeregt.

Im Ergebnis konnte die Verfügbarkeit und Performance und die Energieeffizienz gesteigert, Potenziale zur Kostenreduktion bei den Wasserstoffverlusten identifiziert, Optimierung des Plantmonitorings und eine Überarbeitung der SAE-Befüllprotokolle angeregt werden.

Aus Sicht der TOTAL Deutschland haben die im Rahmen der H2MOBILITY-Initiative entwickelten standardisierten Technologiekonzepte zur Erhöhung der Transparenz zwischen Betreiber und Technologielieferant beigetragen. Die definierten Leistungscharakteristika, welche in die Bestellung der Technologie aufgenommen wurden, halten grundsätzlich klar fest, was von der Anlage an Leistung zu erwarten ist und sind darüber hinaus durch Betreiber auch überprüfbar.

Wie die Leistungscharakteristika umgesetzt werden, ist nicht Gegenstand der Spezifikation. Die Erfahrungen mit den ersten nach der Spezifikation realisierten CEP-Tankstellen machen deutlich, dass es sich bei der Umsetzung noch eher um Unikate als um standardisierte Lösungen handelt. Ein deutlich höheren Standardisierungsgrad konnte mit der sich anschließenden 20-Tankstellen-Initiative von Linde und Daimler erreicht werden.

Die Leistungscharakteristika für die Größenklasse „Small“ wurden alle erfüllt, mit einer Ausnahme: Die Befüllung zweier unmittelbar aufeinander folgender Autos war bei entsprechenden Tests nicht möglich. Der Grund dafür, dass die Anlagen die Ziele in diesem Bereich nicht erfüllen, war die Reduzierung der Anschlussleistung auf 70 kW zwecks Kostenoptimierung. Die Auswirkung der Kosteneinsparung auf die Leistung der Anlage, trat für TOTAL Deutschland unerwartet ein.

Verfügbarkeit, Performance und Umsatz

Zur monatlichen Evaluation der Tankstellen wurde in der CEP eine Key-Performance-Indicators (KPI)-Darstellung entwickelt, die drei relevante Kenngrößen der 700-bar-Betankung abbildet: die kunden-relevante Verfügbarkeit, die abgetankte Wasserstoffmenge sowie, seit 2014, die Performance der Stationen. Während zur Ermittlung der kundenrelevanten Anlagenverfügbarkeit einzig die Zeiten berücksichtigt werden, in denen Kunden tanken können, bewertet die Anlagenperformance darüber hinaus den Erfolg der Betankung. Bewertet wird hierbei insbesondere, ob die Betankung erfolgreich gestartet werden konnte, ob es zu Betankungsabbrüchen kam und ob der gewünschte Füllgrad erreicht wurde. Konkret wird die Performance über die Anzahl der Kartenleserautorisierungen ermittelt. Eine Autorisierung bedeutet erfolgreiche Betankung, zwei Autorisierungen mit der gleichen Karte innerhalb von zehn Minuten wird als nicht erfolgreiche Betankung gewertet (Betankungen nicht gestartet oder abgebrochen bzw. Auto nicht voll geworden).

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Im Zeitraum des Vorhabens wurde an der Heidestraße eine Wasserstoffmenge von insgesamt 2.622kg Wasserstoff abgetankt. Verglichen mit den in der Spezifikation vorgesehen durchschnittlichen Abgabemengen verbleiben die tatsächlich abgegebenen Mengen über die 5 Jahre Laufzeit hinweg wie an allen anderen Tankstellen Norddeutschlands auf niedrigem Niveau. Nach einer von 2013 (717 kg) bis 2015 (299 kg) kontinuierlich rückläufigen Nachfrage ist jedoch die Abgabemenge an der Heidestraße 2016 (457 kg) erstmals wieder leicht gestiegen.

Die Verfügbarkeit der Tankstelle Heidestraße hat sich nach einer Vielzahl von Optimierungsmaß-nahmen ab 2015 deutlich verbessert. Während 2014 die Verfügbarkeit im Durschnitt noch bei 72 % lag, ist sie im Jahr 2016 auf 94 % angestiegen. Damit hat man sich in den letzten zwei Jahren dem Ziel einer dauerhaften Verfügbarkeit von über 95% genähert und lag über dem Durchschnitt aller CEP-Tankstellen.

Die Performance der Tankstelle Heidestraße war bis 2016 verglichen mit andern CEP-Tankstellen unterdurchschnittlich. Nach der Nachrüstung der Anlage mit einer zusätzlichen Vorkühleinheit (TCU) stieg im Jahr 2016 die Performance der Tankstelle Heidestraße deutlich, so dass die Performance im Jahr 2016 sogar leicht überdurchschnittlich war.

Die Erfahrungen an der Heidestraße und anderen Wasserstofftankstellen des 50-Tankstellen-Programms bestätigen als eine wesentliche Ursache für die Betankungsabbrüche das nicht ausreichend stabil funktionierende Thermomanagement der Anlagen – und zwar unabhängig von der in Anwendung gebrachten Technologie der Anlagenbauer. Dieses Thermomanagement regelt die Temperatur des gasförmigen Wasserstoffs bei der Betankung und verletzt oftmals die in der SAE J-2601 erlaubten Temperaturfenster und Druckrampenkorridore, woraufhin die Anlagen die Betankungen abbrechen oder sich in besonders schwerwiegenden Fällen auch abschalten. Eine Verbesserung des Betankungsprozesses kann zwar mit der Umsetzung des Betankungsprotokolls SAE J-2601 [2014] erreicht werden, das einen Wechsel der Druckrampe bei nicht ausreichender Kühlperformance vorsieht und damit das Risiko eines Betankungsabbruchs minimiert (die KPI-Auswertung der HRS Schnackenburgallee, die als erste Tankstelle nach der SAE J-2601 [2014] betankt, verdeutlicht diese Minimierung der Betankungsabbrüche auf eine Quote von 14 %). Bei zu starker Kühlung schaltet die Anlage allerdings auch bei einer Betankung nach SAE J-2601 [2014] ab, weshalb eine technische Lösung in der Stabilisierung des Temperaturmanagements durch intensivere Forschung herbeigeführt werden muss.

Massenbilanz

In der Begleitforschung des 50-Tankstellen-Programms wurden die Betankungsmengen (dispensed) exemplarisch für ausgewählte Stationen mit der angelieferten (trucked-in) und gespeicherten Wasserstoffmenge (stored) bilanziert und die daraus resultierenden Verluste (losses) bestimmt. Die Heidestraße war eine der analysierten Tankstellen.

Die Ermittlung der gelieferten Wasserstoffmenge wird im Geschäftsalltag dadurch erschwert, dass bei der Anlieferung des Wasserstoffs kein eichfähiges Mengenmesssystem eingebunden ist. Das bedeutet, dass die angelieferte Wasserstoffmenge über den im Speichersystem vorhandenen Druck ohne Temperaturkompensation berechnet wird. Entsprechend ungenau sind daher die Werte und die Rechnungen, die dem Betreiber gestellt werden. Zeitgleich zu diesen Erkenntnissen wurde erstmals auch die Forderung nach einem eichfähigen Mengenmesssystem durch die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) erhoben.

Selbst ohne Berücksichtigung der Anlieferungsverluste sind die Verluste der Wasserstoffmengen nicht akzeptabel. Aus Sicht von TOTAL Deutschland müssten diese auf maximal 5% beschränkt werden, um eine breite Einführung der Wasserstoffmobilität aus wirtschaftlichen Überlegungen befürworten zu können. Vor diesem Hintergrund besteht weiterhin Forschungsbedarf, um die Verluste der Wasserstoffmengen substanziell zu senken.

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Energieverbrauch

Die Energieverbräuche von Verdichtung und Vorkühlung waren vor den Umbaumaßnahmen im Herbst 2015 sehr hoch. Bei der ursprünglichen Vorkühllösung zirkulierte der vorgekühlte Wasserstoff permanent durch das Leitungssystem, um ad hoc gekühltes Gas für die Betankung bereitstellen zu können. Über das Leitungssystem entstanden stetige Wärmeverluste. Der Verdichter erhielt die permanente Zirkulation aufrecht, was den erhöhten Stromverbrauch des Verdichters erklärt. Der große Unterschied beim neuen von Linde entwickelten Einkreislaufsystem (TCU) ist, dass dank des geschlossenen Kältemittelkreislaufs den beiden Wärmetauschern die Energie nur punktuell zugefügt werden muss, im Anlagencontainer und am Dispenser. Entsprechend wird der Kreislauf nicht wie im ursprünglichen Konzept permanent gekühlt, weshalb Energie eingespart werden kann.

Einkreislaufsystem

(TCU)

Abb. 6: Schematische Darstellungen des Vorkühlkonzeptes Ein-Kreislaufsystems (TCU)

Mit dem Wechsel zum Einkreislaufsystem sind die Betriebsverbräuche an der Heidestraße […] in 2016 stark gesunken und damit auf dem Niveau von neuen IC90-Linde-Anlagen angelangt. […]

Nutzerakzeptanz

Im Rahmen der Begleitforschung des 50-Tankstellen-Programms wurde letztmals im Frühjahr 2016 die Akzeptanz der Wasserstofftankstellen bei den Nutzern erhoben. An der Onlinebefragung nahmen 100 Personen teil. Davon nutzten 18 Personen eine der TOTAL-Tankstellen an der Heidestraße (Berlin), Heerstraße (Berlin), Detmoldstraße (München) oder Autohof (Geiselwind) am häufigsten, um Wasserstoff für ihren Pkw zu tanken. Für die Tankstelle an der Heidestraße trifft das auf 3 Personen zu. Durch die geringe Fallzahl ist eine Auswertung auf Ebene der Tankstellen wenig belastbar.

Betreiberakzeptanz

Im Rahmen der Begleitforschung des 50-Tankstellen-Programms wurden Akzeptanz, Erfahrungen und Optimierungspotenzial der Wasserstoffinfrastruktur aus Sicht der der Betreiber der Wasserstofftankstelle prozessbegleitend in zwei Interviewrunden im Frühjahr 2015 und Herbst 2016 untersucht. Dafür wurden Interviews auf Strategie- und Umsetzungsebene sowie bei den betroffenen Pächtern durchgeführt. TOTAL Deutschland stellte Gesprächspartner auf allen drei Ebenen zur Verfügung. Ergänzt wurden die Betreiberinterviews um die ebenfalls in Interviews ermittelte Perspektive von Vertretern aus der Automobilindustrie und der Politik auf die Wasserstoffmobilität. Insgesamt wurden 51 Interviews realisiert. Die hieraus abgeleiteten Erkenntnisse wurden den beteiligten Industriepartnern der Clean Energy Partnership (CEP) vorgestellt und mit diesen diskutiert.


Die Wasserstofftankstelle an der Heidestraße wird voraussichtlich ab Q3 2017 durch die H2MOBILITY Deutschland weiter betrieben werden. Durch das Teilen von Informationen und das gemeinsame Analysieren der Daten im Rahmen der CEP wurde sichergestellt, dass die Erkenntnisse aus dem Betrieb der ersten Wasserstofftankstelle mit H2MOBILITY-Spezifikation „Small“ über Unternehmensgrenzen hinweg bei den nachfolgend geplanten Anlagen berücksichtigt werden konnte/kann.

S e i t e | 281

Die Erkenntnisse, die durch den Betrieb der Anlage und der begleitenden Forschung im Rahmen der CEP und des 50-Tankstellen-Programms erzielt werden konnten, waren wertvoll. Die (gemeinsame) Analyse der Anlagendaten hat insbesondere beim Thermomanagement und der Speicherung wirtschaftliche und technologische Potenziale sichtbar gemacht, die teilweise bereits während der Projektlaufzeit durch die Projekt- bzw. CEP-Partner adressiert werden konnten und teilweise jenseits der Laufzeit weiterverfolgt werden müssen. Das Vorhaben hat zur Erhöhung der Marktfähigkeit für Kunden und Betreiber durch die Steigerung der Verfügbarkeit, Performance und Energieeffizienz der Wasserstofftankstellen beigetragen.

Die im Rahmen des Vorhabens erzielten Erkenntnisse zu Leistungsfähigkeit der Anlage (Verfügbarkeit, B-t-B-Betankung), Massenbilanzen und Energieverbräuchen machen jedoch deutlich, dass anlagenbauerseitig noch Anstrengungen erforderlich sind, um die Anlagentechnologie zur endgültigen Marktreife weiterzuentwickeln. Weiter bedarf es Anstrengungen der Technologielieferanten, um einen Standardisierungsgrad der Technologie und Teilkomponenten zu erreichen, der allgemein als Serienreife verstanden wird und kosten- und zeitrelevant ist.

Die Erkenntnisse aus dem Betrieb der Wasserstofftankstelle an der Heidestraße und anderen Anlagen führten zu dem überarbeiteten Standard SAE J2601 (2014), der an Anlagen neuer Generation zur Anwendung kommt. Nach Kenntnisnahme der Ergebnisse aus der Analyse der Massenbilanzen im Rahmen der Begleitforschung betonte PTB die Forderung nach einem eichfähigen Mengenmesssystem (Relevanz: Kosten für Gase, Steuern).

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23 PROJEKTMODUL: Forschungsbetrieb Wasserstofftankstelle Sachsendamm

Projekttitel: Forschungsbetrieb Wasserstofftankstelle Sachsendamm

Verbundpartner im Projektmodul: Shell Deutschland Oil GmbH


01.06.2016 – 31.12.2016

Förderquote 48%




23.1 Kurzfassung

Im Rahmen des Vorhabens erforschte und evaluierte Shell das im vorhergehenden Vorhaben (Förderkennzeichen: 03BV104) entwickelte skalierbare H2-Tankstellenkonzept unter den Bedingungen der Minderauslastung unter veränderten Auslastungsbedingungen der Anlage aufgrund der Außerbetriebsstellung der Berliner Wasserstoffbusse zum 31.12.2014 und unter besonderer Berücksichtigung der Betriebsdauer der Anlagenteile.


Im Zentrum der Forschungsaktivitäten des Vorhabens standen der Weiterbetrieb der Anlage Forschungstankstelle Sachsendamm zum Zwecke der Versorgung der Berliner Brennstoffzellen-Pkw-Flotte und zur CEP-internen Ermittlung sämtlicher relevanter Betriebsdaten des hier erprobten Anlagenkonzepts inklusiv der zentralen Zusammenführung der Daten innerhalb der CEP und der vergleichenden Evaluierung mit anderen in der CEP erprobten Tankstellenkonzepten. Im Fokus dieses Vorhabens stand dabei vor allem die Anlagentechnik: Erstmals erprobten der Anlagenbauer Linde und der Betreiber Shell an diesem Standort gemeinsam ein innovatives und zugleich zukunftsfähiges skalierbares Wasserstofftankstellenkonzept, welches auf die LH2-Anlieferung anstelle der sonst üblichen CGH2-Anlieferung und den Einsatz einer 900-bar-Kryopumpe setzt und gerade aufgrund seiner Skalierbarkeit und damit seiner Reaktionsfähigkeit auf den sich erst schrittweise entwickelnden Markt als wichtiger Meilenstein für die Kommerzialisierbarkeit von Wasserstoff als Kraftstoff gilt.

Aufgrund der Eigenständigkeit der eingesetzten Technologie war das Vorhaben von herausragender Relevanz für das Begleitforschungsprogramm, da die Leistungsfähigkeit des hier realisierten Anlagenkonzepts außerhalb idealer Betriebsbedingungen, sowie seine Adaptierbarkeit an veränderte Betriebsbedingungen untersucht werden konnte. Unmittelbare Ziele des Forschungsvorhabens waren:

• die Erprobung des Technologiekonzepts bei Minderauslastung,

• die Untersuchung des Verschleiß- und Alterungsverhaltens der Anlage,

• die Entwicklung eines TÜV-Prüfverfahrens,

• eine Kosten- und Wirtschaftlichkeitsanalyse des Wasserstoffs als Betriebsmittel und

• die Einführung und Validierung des neuen SAE-Betankungsprotokolls SAE J2601:2014

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23.3 Planung und Ablauf des Vorhabens

Im Fokus des Vorhabens stand die Untersuchung der Wasserstofftankstelle im Hinblick auf die Dauerhaftigkeit und Alterungsbeständigkeit der Anlagenkomponenten unter den Bedingungen der Minderauslastung und im Vergleich zur herkömmlichen Druckgastechnik. Während beispielsweise vor Projektbeginn zum Verschleiß- und Alterungsverhalten herkömmlicher Verdichtertechnik bereits umfassende Erfahrungen gesammelt worden waren, war der am Sachsendamm eingesetzten Kryopumpentechnik eine wesentlich bessere Standfestigkeit bei dauerhaft hoher Verfügbarkeit zugetraut worden, die bislang aber in der Praxis nicht belegt werden konnte. Im Jahr 2016 war die Tankstelle 5 Jahre im Betrieb, so dass ein Schwerpunkt auf die Sicherstellung der Betriebsbereitschaft gelegt werden wurde. Erprobt wurde dabei insbesondere das Technologiekonzept hinsichtlich der Anfälligkeit der Gesamtanlage bei Unterauslastung. Das Technologiekonzept der Tankstelle Sachsendamm war dabei zu Beginn der Installation einzigartig in Deutschland: Durch die Verwendung von flüssigem Wasserstoff (LH2) und seiner Verdichtung durch eine 900-bar-Kryopumpe setzt, konnte auf den Einsatz von Kompressoren verzichtet werden, die in der Regel eine besondere Schwachstelle anderer Konzepte bilden und maßgeblich zu langen, nicht marktgerechten Ausfallzeiten beitragen. Im Rahmen des Vorhabens erfolgte eine großtechnische Validierung des Konzepts insbesondere im Hinblick auf die Betriebs- und Servicekosten, die Anlageneffizienz, die Betriebszuverlässigkeit der Komponenten und ihre Servicefreundlichkeit, die durch eine umfassende Datenerhebung und -auswertung innerhalb der Arbeitsgruppen der CEP (insbesondere AG „Infrastruktur und Produktion“ sowie AG „Mobilität und Infrastruktur“) gestützt wurde. Wesentliche innovative Teilkomponenten der Anlage sind die Kryopumpe, das am Standort realisierte Temperaturmanagement, welches auf eine Vorkühlung des abzugebenden Wasserstoffs mittels tiefkaltem LH2 setzt, sowie die unterirdische Aufstellung der Anlagentechnologie zur Reduzierung des Flächenbedarfs. Das Alter der Anlage machte zudem die Überprüfung durch den TÜV Rheinland notwendig. Da die Tests zerstörungsfrei durchgeführt werden mussten, entwickelte Shell in Zusammenarbeit mit dem Anlagenhersteller Linde und dem TÜV Rheinland ein eigenes Prüfverfahren für die Untersuchung der Anlagenkomponenten.

Ein weiterer Forschungsschwerpunkt lag in der Validierung des neuen SAE-Betankungsprotokolls SAE J 2601 (2014), das als Standard für den Einstieg in den kommerziellen Vertrieb von Wasserstoff in der ersten Phase des Markteintritts gilt. Zum Zeitpunkt der Antragstellung war jedoch nicht bekannt, dass für die Umstellung der Release A- auf die SAE-Betankung das Steuerungsprozessleitsystem (SPS) komplett neu installiert hätte werden müssen, da eine Umprogrammierung mit der eingebauten SPS nicht möglich gewesen ist. Von der Umstellung des Betankungsprotokolls wurde daher Abstand genommen.

Die wissenschaftlichen und technischen Arbeitsziele des Vorhabens strukturierten sich mit ihren Inhalten entlang dieser Forschungsthemen und mit Blick auf die Fragstellungen der Begleitforschung dabei wie folgt:

- Erprobung des Technologiekonzepts bei Minderauslastung

o Fortlaufende Erhebung und Analyse von Betriebsdaten zur Ermittlung der

Energieverbräuche einzelner Anlagenkomponenten, Anliefer- und

Abgabemengen, Störungen, Ausfallzeiten sowie Auswertung der Daten im CEP-

Verbund und Bereitstellung von Informationen für das

Begleitforschungsprogramm zum 50-Tankstellen-Programm

o Systematische Erforschung von unterschiedlichen Betriebsmodi und

Wartungsstrategien für die Anlagen in der Betriebsphase

- Untersuchung des Verschleiß- und Alterungsverhaltens der Anlage

o Entwicklung von Service- und Wartungskonzepten unter besonderer

Berücksichtigung der Minderauslastung

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o Abstimmung mit dem Technologielieferanten

o Disposition und Durchführung von Service und Wartung

o Bewertung des Aufwands der Instandhaltung

- Entwicklung eines TÜV-Prüfverfahrens

o Abstimmung mit dem TÜV Rheinland

o Entwicklung der Prüfplanung

o Auswahl Geräte und Sensoren gemäß den Anforderungen zur zerstörungsfreien

Prüfung

o Überprüfung der Prüfanweisung auf Grundlage von international geltenden

Standards

o Schulung, Qualifizierung und Zertifizierung von Personal

o Qualitätssicherung und Qualitätskontrolle.

- Kosten- und Wirtschaftlichkeitsanalyse

o Fortlaufende Erhebung und Analyse von Betriebsdaten

o Wirtschaftlichkeitsanalyse im Vergleich zu den Betriebsdaten der Tankstelle

Bramfelder Chaussee

23.3.1 Erforschung und Evaluierung des Tankstellenkonzepts unter den Bedingungen

der Minderauslastung sowie Untersuchung des Verschleiß- und

Alterungsverhaltens der Anlage

In der Forschungstankstelle Sachsendamm ist ein innovatives und skalierbares H2-Tankstellenkonzept umgesetzt, das auf die Verwendung von LH2 in Verbindung mit einer Kryopumpe setzt. Die LH2-Kryopumpentechnologie ist auf einem angrenzenden Gelände untergebracht, während die öffentlich zugängliche 700-bar-H2-Abgabeeinrichtung in die bestehende Tankstelle integriert wurde.

Im Juli 2011 startete der Dauerbetrieb der H2-Tankstelle. Die Kryopumpentechnologie stellte sicher, dass die Forschungstankstelle zu Beginn ihrer Inbetriebnahme mit bis zu 150 kg/h bei 700 bar Dauerleistung die weltweit leistungsstärkste Wasserstofftankstelle war. Bis zu 250 Fahrzeuge pro Tag (bei einer Betankungszeit von unter 3 Minuten für Pkw und 6-15 Minuten für Busse) hätten mit 350 bar bzw. 700 bar betankt werden können. Damit war die Auslegung der H2-Tankstelle in ihrer Kapazität vergleichbar zum prognostizierten Bedarf zukünftiger Wasserstofftankstellen an Autobahnen. Da ein Großteil der Anlagenkomponenten (LH2-Tank, 2 Kryopumpen, Temperaturmanagement, Thermoblock) unterirdisch platziert worden war, konnte der benötigte Platzbedarf im Vergleich zu vorangegangenen Wasserstofftankstellen stark minimiert werden. Am Standort Sachsendamm wurde zu 100 % grüner Wasserstoff abgegeben, so dass Shell bereits während der Projektphase das durch die CEP-Partnerschaft gesteckte Ziel der Zurverfügungstellung von 50 % grünem Wasserstoff bis Ende 2016 bei weitem übertraf.

Die technische und wirtschaftliche Analyse des Betriebs und umfassende Auswertung der Betriebsergebnisse wurde in enger Kooperation mit dem Begleitforschungsprogramm zum 50-Tankstellen-Programm und in den Arbeitsgruppen der CEP durchgeführt. Im Vergleich zu den HRS-Standorten der CEP, aber auch im Vergleich zu weiteren Shell-Standorten wie Bramfelder Chaussee und Schnackenburgallee verfügte die Forschungstankstelle Sachsendamm trotz ihres Technologiealters über eine sehr hohe Verfügbarkeit (der statistische Einbruch im Juli/August 2016 war unmittelbar mit dem TÜV-Überprüfung verbunden und entsprechend geplant). Zwar kam es nach 6 Jahren im Betrieb bei der HRS Sachsendamm zu ersten Alterungserscheinungen bei Sensoren und Ventilen, jedoch bewegten sich diese im erwartbaren Rahmen und wurden im Zuge der TÜV-

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Prüfung ausgetauscht. Entsprechend kann konstatiert werden, dass die Technologie Sachsendamm über eine hohe Systemstabilität verfügt.

Abbildung 31: Verfügbarkeit der HRS Sachsendamm im Vergleich zur CEP und den Standorten Bramfelder Chaussee und Schnackenburgallee

Die größten Herausforderungen im Betrieb ergaben sich durch die relativ geringe Auslastung der Anlage aus Mangel an verfügbaren Fahrzeugen. Durch die geringe Anlagenauslastung kam es zeitweise zu einer langen Vorkühlzeit von 5-7 Minuten. Die Erkenntnisse aus dem Minderbetrieb wurden an die CEP berichtet und werden beim Design zukünftiger Anlagen Berücksichtigung finden. Hinsichtlich der Bewertung technischer Schwachstellen müssen zwei Komponenten der Anlage hervorgehoben werden, einerseits das Kartenlesegerät, andererseits der Boil-off Kompressor.

Ursprünglich diente an der HRS Sachsendamm ein BICA-Kartenleser der Verifizierung der Kunden gegenüber der Anlage. Da das BICA-System jedoch fehleranfällig war und nicht dem CEP-Standard entsprach, wurde dieses im Zuge des Forschungsvorhabens gegen ein Kartenlesegerät von Tokheim ausgetauscht, das wesentlich zuverlässiger funktionierte. Zwar kam es in der Anfangsphase auch beim Tokheim-Leser zu unterschiedlichen Fehlern, jedoch waren diese nicht systemisch. Ein Fehler konnte jedoch auch beim Tokheim-Lesegerät identifiziert werden: Dieses führte nachts um 3.00 Uhr eine Selbstdiagnose durch, woraufhin sich das Gerät nicht mehr selbstständig wieder hochfahren konnte und die Mitarbeiter von Tokheim händisch die Startroutine veranlassen mussten. Dies erklärt u.a. die hohe Anzahl gescheiterter Betankungsversuche im September 2016 (siehe folgende Grafik). Darüber hinaus ist die Diskrepanz zwischen Betankungsversuch und Betankungserfolg nicht zuletzt Handhabungsfehlern (siehe AP 4) geschuldet.

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Abbildung 32: Verhältnis von Betankungsversuchen im Vergleich zu erfolgreichen Betankungen

Der Boil-off Kompressor war bereits im vorangegangen Forschungsvorhaben durch seine Anfälligkeit und durch einen hohen Reparaturbedarf aufgefallen. Zwar führte der Ausfall des Kompressors nicht zum Stillstand der Anlage, jedoch erhöhte dies die Wasserstoffverluste insgesamt: Da der Wasserstoff nun nicht mehr wie geplant dem Betriebsablauf der Anlage zur Verfügung stand, musste er an die Umwelt abgegeben werden. Dass es beim Boil-off Kompressor grundsätzlichen Forschungsbedarf gibt, verdeutlicht u.a., dass der Kopf des Verdichters teilweise schon nach 30-50 Stunden Laufzeit ausgetauscht werden musste, obwohl das Wartungsintervall bei 500 Stunden lag. Die Austauschzeit lag bei 1500 Stunden, wobei der Verdichter max. 150 Stunden in Betrieb war. Weder das Wartungsintervall noch die Austauschzeit wurden in der gesamten Laufzeit erreicht. Der Hersteller Greenfield nannte den umgebungswarmen Wasserstoff, die Kolbendichtung und die Kreuzgelenke als Fehlerquellen, konnte eine finale Ursache jedoch nicht identifizieren.

Abbildung 33: Verhältnis von Anliefermengen zu abgetanktem Wasserstoff

Für den Betrieb unter Minderauslastung selbst war der Ausfall des Boil-off Kompressors jedoch unproblematisch, da mit dem Wegfall der Busbetankung seit 2015 die Absatzmenge drastisch gesunken war und somit ein Großteil des Boil-off-Gases an die Umgebung abgegeben werden musste. Gerade mit Blick auf den Vergleich von Anliefer- und Abgabemengen zeigt sich drastisch der Verlust der BVG-Busflotte für die Wasserstoffabnahme. Bis Ende 2014 waren 4 Busse der BVG regelmäßig an der HRS Sachsendamm und haben entsprechend Wasserstoff abgenommen. Wären noch mehr Busse in Berlin unterwegs, gäbe es eine Option die Tankstelle unter marktwirtschaftlichen Bedingungen gewinnbringend zu betreiben, konnten doch zum Teil die Verluste auf unter 25% begrenzt werden. Die geringe Anzahl an Brennstoffzellen-PKW in der Stadt reicht jedoch nicht aus, die Menge an Wasserstoff abzutanken, die die Tankstelle zur Verfügung stellt.

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Abbildung 34: Boil-off-Gas Verluste

Konnte im Rahmen des Vorgängerprojekts hinsichtlich der Energieverbräuche der Anlage in Abhängigkeit zur abgegebenen Wasserstoffmenge bereits gezeigt werden, dass für die Minimierung von Boil-off-Verlusten und für das optimale Zusammenspiel aus Wasserstoffabgabe und Energieverbrauch wenigstens eine tägliche Abgabemenge zwischen 20 kg und 30 kg erreicht werden muss, wie sie im Zuge der wesentlich stärkeren Auslastung der Tankstelle durch die Betankung der BVG-Busse teilweise realisiert war. Konnte im Zuge des aktuellen Forschungsprojekts nachgewiesen werden, dass dieses Boil-off-Gas in der Größenordnung von 25 kg/t (750kg/Monat) strukturell entsteht – und zwar unabhängig von Jahreszeiten und der damit verbundenen Umgebungstemperatur. Diese Erkenntnis wurde intensiv mit dem Anlagenhersteller Linde analysiert und besprochen, so dass die Erkenntnisse in die Neuentwicklung neuer Tanksysteme für Flüssiggas mit einfließen konnten. Der aktuelle Entwicklungsstand bei Linde ist, dass die Aussicht besteht in neueren Tanks nur noch eine Entstehung von 8 kg-10 kg am Tag Boil-off-Gas zu haben.

Abbildung 35: Entstehung von Boil-off-Gas in Höhe von 750 kg im Monat, der Mehrbedarf ist von der Anlage angefordert worden

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Grundsätzlich ist das entstehende Boil-off-Gas angesichts des Anlagendesigns unproblematisch, da die Anlage so konzipiert ist, dass das Gas zur Kühlung der Anlage genutzt wird und der Vorkühlbedarf der Anlage insgesamt größer als das eigentlich Boil-off-Gas ist. Der Nachweis konnte im Zuge der TÜV-Untersuchung erbracht werden, da während der TÜV-Phase den Tank komplett isoliert worden ist. In dieser Zeit entstand Boil-Off-Gas in der Größenordnung von 5 kg am Tag. Der Mehrbedarf 20 kg/t-25kg/t wurde entsprechend vom Thermomanagement zur Kühlung der Anlage angefordert. Möglich wird dies durch im Tank sind eingebaute Drucktransmitter, die das Öffnen von Ventilen bei 3 bar veranlassen bis der Druck auf 2,3 bar gesenkt wird. Sollte die Anlage mehr kalten Wasserstoff benötigen wird die warmes Gas in den Tank hinzugefügt, so wird das Boil-off-Blubbern anregt und die für die Kühlung notwendige Menge Boil-off-Gas wird entsprechend produziert. Der Vorteil dieser Art der Vorkühlung besteht darin, dass entsprechend wenig elektrische Energie für die Vorkühlung benötigt wird. Zwar ist diese Art der Kühlung in Zeiten der Minderauslastung sehr teuer, jedoch bei hoher Auslastung ist die Anlage entsprechend wirtschaftlich besser zu betreiben, da das zur Kühlung genutzte Boil-off-Gas dann auch vertankt wird. Vor diesem Hintergrund ist insgesamt zu konstatieren, dass die Anlage unter Minderauslastung wirtschaftlich nicht zu betreiben ist.

Die HRS Sachsendamm nahm zudem an den Testkampagnen zur Wasserstoffqualität seitens der CEP als auch von SINTEF (Stiftelsen for industriell og teknisk forskning) teil, die von Juli bis September 2016 durchgeführt worden sind. Ziel dieser Testkampagnen war es, die Kontaminierung von Wasserstoff in den Wasserstoffsystemen der Tankstellen zu untersuchen. Während die norwegische Forschungsorganisation SINTEF europaweit die Tankstellen nach deren H2-Qualität untersuchte, konzentrierten sich ZSW (Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg) und ZBT (Zentrum für BrennstoffzellenTechnik GmbH) im Auftrag der CEP auf die Tankstellen in Deutschland. Analysiert wurden die Proben nach den Gehalten an H2O, CH4, O2, He, N2, CO2, CO im Wasserstoff gemäß den derzeitigen technischen

Möglichkeiten und entsprechend folgenden Mindestanforderungen an die H2-Qualität.

Neben der HRS Sachsendamm wurden auch an folgenden Tankstellen Proben entnommen: OMV Stuttgart Flughafen, OMV Metzingen, Total München Detmoldstraße, Total Geiselwind, Total Ulm, Total Heerstraße, Total Heidestraße, Total Holzmarkstraße, Shell Schnackenburgallee, Shell Bramfelder Chaussee, H2M Wuppertal, Infraserv Frankfurt Höchst, ISE Freiburg, AL Düsseldorf und Vattenfall Oberbaumbrücke.

Entnommen wurde jeweils eine Probe, die dann einer GC Analyse (7-8 Messläufe) sowie eine Mikro GC Analyse (jeweils 15 Messläufe) unterzogen wurden.

Abbildung 36: Darstellung der Grenzwerte in der Wasserstoffqualität nach Vorgaben der CEP

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Abbildung 37: Ergebnis der Analyse zur Wasserstoffqualität an der HRS Sachsendamm

Der erhöhte Stickstoffanteil (der nur in der Mikro GC Analyse nachgewiesen werden konnte), war einer Spülung geschuldet, die im Zuge der Inbetriebnahme nach der erfolgreichen TÜV-Untersuchung durchgeführt worden war.

Sämtliche Betriebsdaten sowie die Forschungsergebnisse hinsichtlich des wirtschaftlichen Anlagenbetriebs und der Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit wurden mit den CEP-Gremien, dem Begleitforschungsprogramm sowie auf dem internationalen Workshop der NOW geteilt, so dass die Forschungsergebnisse in die Entwicklung verbesserter Tankstellensysteme einfließen konnte.

Folgende Ziele konnten während der Betriebs- und Forschungsphase erfolgreich umgesetzt werden:

• Durch die Überprüfung von Service- und Wartungskonzepten unter besonderer Berücksichtigung der Kosteneffizienz der Maßnahmen und der Zuverlässigkeit des Anlagenbetriebs konnten Anpassungen durchgeführt werden, die die Präsenz des Anlagenbauers vor Ort massiv reduzierte. Aufgrund der Zuverlässigkeit der Anlage konnte zudem die sehr hohe Wartungspräsenz und entsprechend die Kosten reduziert werden.

• Durch die Untersuchung einzelner Anlagenkomponenten in Bezug auf ihre Alterungserscheinungen wurden im Zuge der TÜV-Überprüfung Ventile, Sensoren und (bereits vor Förderbeginn) die Kryopumpe ausgetauscht. Auch das Safety critical Equipment wurde nach Betriebssicherheitsverordnung im Zuge des TÜV ausgetauscht.

• Die Untersuchung des Gesamtsystems in Bezug auf lange Standzeiten ohne Nutzung konnte gezeigt werden, dass zwar sehr hohe Kosten aufgrund der Mindernutzung entstehen. Jedoch das System grundsätzlich sehr stabil ist, sich nicht kaputt steht und durch das Boil-off-Gas das System weiterlebt.

• Die Versorgung der Tankstelle mit Wasserstoff, Energie, Ersatzteilen und sonstigen Verbrauchsmaterialien wurde während der gesamten Betriebszeit sichergestellt.

• Zudem wurden die in der Region betriebenen CEP-PKW und Fahrzeugen im Korridorbetrieb (z.B. HyFive) erfolgreich mit Wasserstoff versorgt.

23.3.2 Kosten- und Wirtschaftlichkeitsanalyse: Betriebskosten einer

Kryopumpentankstelle im Vergleich zur 700-bar H2-Tankstelle mit aktiver

Kühlung

Shell hat als Betreiber mehrerer Wasserstofftankstellen in Deutschland den Vorteil, dass gleichzeitig verschiedene Wasserstoffbetankungssysteme auf ihre Zuverlässigkeit im Alltag und auf ihre Wirtschaftlichkeit hin untersucht werden können. Das Arbeitspaket diente dazu, die Wirtschaftlichkeit des kryopumpenbasierten Systems ins Verhältnis zu 700-bar-H2-Tankstellen, die

MessmethodeGrenzwert ISO

14687-2

Analyse-

ergebnis

Standard-

unsicherheit*

Bestandteile in ppmv in ppmv +/- ppmv

H2O kapazitiv 5 2,0 0,8

CH4 GC 2 < 0,2 -

O2 Micro GC 5 < 1 -

He Micro GC 300 < 1 -

N2 Micro GC 100 401 8

CO2 GC 2 < 0,9 -

CO GC 0,2 < 0,2 -

Probennahme mit Spülen

Die Probenflasche CEP_019 wurde mit einem Fülldruck von 120 bar(ü) angeliefert.

Der N2-Gehalt überstieg den Messbereich des GC, deshalb hier das Ergebnis der Nachanalyse mit Micro GC.

Anmerkung:

Der Einfluss der Grundfüllung mit H2 6.0 von 1 bar(ü) wird als vernachlässigbar angenommen.

* Fehler von Prüfgas, Gerät und Messreihe mit Erweiterungsfaktor k =2 berücksichtigt

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gasförmigen Wasserstoff mittels Verdichter (konventionell bzw. mit ionischer Flüssigkeit) komprimieren, zu setzen und die Betriebskosten der LH2-Kühlung im Verhältnis zur elektrischen Kühlung zu analysieren.

Die Hypothese des Forschungsantrags, dass die Komprimierung des Wasserstoffs mit Kryopumpen vergleichsweise wirtschaftlich und kostengünstig zu sein scheint, da für die Komprimierung lediglich eine geringe Kompressionsarbeit zu leisten ist, konnte angesichts der Minderauslastung nur rechnerisch nachgewiesen werden. Diesen Berechnungen zufolge wird nur ca. 10 % der spezifischen Leistung eines konventionellen Kompressorsystems für die Förderung identischer Massenströme mittels einer Kryopumpe bei einem Druck von 900 bar benötigt. Auch eine aufwendige Kühlung des mittels einer Kryopumpe verdichteten Wasserstoffstromes ist nicht mehr erforderlich, da die Temperatur am Ausgang der Kryopumpe mit ca. -223°C vergleichsweise niedrig ist. Allerdings muss der auf einen Druck von 700 bar verdichtete Wasserstoff unmittelbar vor der Zuführung in den Fahrzeugtank auf eine Temperatur von -40°C bis -26°C angewärmt werden, um eine Beschädigung des Fahrzeugtanks zu vermeiden. Aufgrund der Fahrzeugtankspezifikationen, die eine Betankung bei weniger als -40°C nicht zulassen, steht für den zuzuführenden Wasserstoffstrom insgesamt nur ein vergleichsweise enger Temperaturbereich von -30°C bis -40°C zur Verfügung. Dieses Temperaturfenster wird in der Tankstelle Sachsendamm durch die Nutzung des Boil-off-Gases realisiert, das durch die Lagerung des Wasserstoffs und aufgrund des unvermeidbaren Wärmeeinfalles in den LH2-Speicher sowie bei den Betankungsvorgängen selbst entsteht.

Da bei diesem Anlagenkonzept sowohl warmer Wasserstoff aus den Pufferbänken vorliegt aber auch kryogener kalter Wasserstoff direkt von der Pumpe, hebt sich bei idealen Bedingungen die Wärmebilanz auf, da ein Temperaturausgleich nur über den gesamten Betankungsprozess erfolgen muss. Dies wird mit Hilfe eines Thermoblocks geleistet, der als thermische Kapazität dient und permanent auf -40 °C gehalten wird (wofür das Thermomanagement das Boil-Off-Gas anfordert wie in AP1 dargestellt wurde. Bei der Betankung strömt dann zunächst umgebungswarmes Gas aus den Pufferbänken durch den Block und wird auf -40°C gekühlt, dabei wärmt sich der Block leicht um etwa 0,5 °C bis 1 °C an. Danach strömt Gas mit Temperaturen von etwa -200 °C direkt aus der Pumpenverdichtung über den Block, dieses wird in dem Block auf -40 °C angewärmt, dabei kühlt sich der Block wieder um die etwa 0,5 °C bis 1 °C ab.

Ein Vergleich zur Tankstelle Hamburg Schnackenburgallee wird der Unterschied in der notwendigen Energieaufnahme deutlich. Die Station ist die erste öffentliche Wasserstofftankstelle, die von H2-Logic in Deutschland errichtet wurde. Wie die Anlagen von Linde mit Verdichter werden auch bei H2-Logic-Anlagen die für die Betankung nach SAE erforderliche Prozesskälte durch Kühlmaschinen erzeugt und mittels Wärmetauscher auf das Wasserstoffgas übertragen. Um die Anlagen spontan nach langen Befüllpausen betreiben zu können, müssen die Kältemaschinen permanent laufen und die Wärmetauscher kalt halten. Bei geringer Anlagenauslastung führt das zu hohen spezifischen Energieverbräuchen.

Zur Energiedatenerfassung wurden Technologien nachgerüstet, die eine detaillierte Auswertung von Verbrauchsdaten der Tankstelle ermöglichten. Der Vergleich der gerätspezifischen Stromaufnahme im Alltagsbetrieb der Tankstelle zeigt eine erwartungsgemäße Abhängigkeit des Stromverbrauchs des Verdichters von der Betankungsmenge, da gemäß Betriebskonzept der Verdichter nach Betankungen den Hochdruckspeicher mit gleicher Menge wieder aufpuffert. Der Stromverbrauch für die Vorkühlung hingegen ist von der Abtankmenge nur geringfügig abhängig und entspricht eher einem konstanten Grundlastverbrauch. Anders als beim Stromverbrauch des Verdichters sinkt mit zunehmender Abtankmenge der spezifische Verbrauch kWh/kg/d daher proportional: Während der spezifische Stromverbrauch für Verdichtung und Vorkühlung bei 5 kg H2/Tag bei ca. 20 kWh/kg lag, reduzierte sich dieser bei den Belastungstests bei 20 kg H2/Tag auf ca. 10 kWh/kg.

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Test Tankmenge [kg]

Vorkühlung [kWh/d]

Verdichter [kWh/d]

Vorkühlung [kWh/kg]

Verdichter [kWh/kg]

optimal 22,4 117,6 110,9 5,3 5,0 maximal 10,3 106,3 36,6 10,4 3,6

Abbildung 38: Auflösung der Ergebnisse der Energiedatenerfassung für die HRS Schnackenburgallee

Insgesamt wird deutlich, dass das Vorkühlkonzept bei geringer Auslastung der Anlagen bei der HRS Sachsendamm insgesamt zu teuer ist, da das zur Kühlung verwendete Boil-Off-Gas nicht zur Betankung genutzt werden kann und entsprechend abgeblasen werden muss. Hier sind Vorkühlkonzepte wie bei der Schnackenburgallee deutlich preiswerter. Bei hohen Auslastungen hingegen ist das Vorkühlkonzept der HRS Sachsendamm auch wirtschaftlich zu betreiben. Betont werden muss in diesem Zusammenhang jedoch, dass der Energieaufwand für die Verflüssigung des Wasserstoffs nicht in die Berechnung mit eingeflossen ist.

Auch hinsichtlich der aktuellen Liefersituation von Wasserstoff ist die HRS Sachsendamm nicht wirtschaftlich zu betreiben, da ein Markt für grünen Wasserstoff nicht existiert, auch existieren innerhalb in EU nur drei Bezugsquellen für flüssigen Wasserstoff, was die Preissituation zusätzlich verschärft.

Eine umfassende technische Analyse des Betriebs und Abgleich der technischen Daten der Anlage Sachsendamm mit den Daten der Anlage Bramfelder Chaussee konnten aufgrund des späten Beginns des Fördervorhabens nicht durchgeführt werden, da die HRS Bramfelder Chaussee schon im Abbau war. Auch die technisch-ökonomischen Analyse unter Berücksichtigung unterschiedlicher Nutzungsprofile konnte nicht realisiert werden, weil aufgrund des Einbruchs an Kunden (Pkw wie Busse) keine unterschiedlichen Nutzungsanforderungen gestellt wurden.

23.3.3 Entwicklung eines TÜV-Prüfverfahrens

Ziel des Arbeitspakets war es, in Zusammenarbeit mit dem TÜV Rheinland ein zerstörungsfreies Prüfverfahren für Wasserstofftankstellen mit Kryopumpentechnologie zu entwickeln, da es aufgrund des Alters der Anlage notwendig war, zum sicheren Weiterbetrieb eine umfassende TÜV-Prüfung durchzuführen. Da die Tankstelle Sachsendamm mit dem Kryopumpensystem in ihrer Bauweise aber einzigartig ist, gab es bisher noch kein TÜV-Verfahren, um die Anlagensicherheit zerstörungsfrei zu überprüfen.

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Zur Entwicklung dieses Prüfverfahrens wurde eine Arbeitsgruppe beim TÜV ins Leben gerufen, in der ausführliche Diskussionen stattfanden und Vorüberlegungen angestellt wurden. Da der für das Temperaturmanagement notwendige massive Aluminiumblock nicht ausgetauscht werden konnte, wurde zuerst eine Druckprüfung avisiert. Aufgrund struktureller Schwäche, die es ja zu untersuchen galt, wurde sowohl von der Untersuchung mit Gas als auch mit Flüssigkeiten Abstand genommen. Das kleine Leck hätte zu Explosionsgefahr und entsprechender Druckwellenerzeugung führen können zudem sollte die Kondensatbildung verhindert werden. Daher wurde sich für das Röntgen des Blocks entschieden, das über die Schwächung von Gamma- oder Röntgenstrahlen im Prüfgegenstand innere Fehlstellen und sonstige inneren Abweichungen von Materialeigenschaften nachweist. Dabei dient die hohe Durchdringungsfähigkeit kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung dem Auffinden innerer voluminöser Fehlstellen wie Poren, Einschlüsse und Schlacken aber auch von Rissen und Bindefehlern. Im Zuge des Vorhabens konnte entsprechend nachgewiesen werden, dass dieses Verfahren für die zerstörungsfreie Prüfung eingesetzt werden kann.

Darüber hinaus wurde bei der Prüfung der Anlage die sicherheitstechnische Ausführung der Anlage überprüft und entsprechende Ventile und Sensoren ausgetauscht. Die gesamte Anlage wurde entsprechend einmal auseinandergenommen und wieder zusammengesetzt. Die Anlage wurde schließlich vom TÜV abgenommen und kann für die nächsten 5 Jahre genutzt werden.

Die Ergebnisse der Untersuchung sind intensiv mit Linde ausgetauscht und analysiert worden, so dass hieraus Konzepte entwickelt worden sind, um zukünftige Anlagen wirtschaftlicher zu gestalten. So ist etwa die Hydraulikansteuerung der Kryopumpe in ihrer neuen Version deutlich verschleißfreier.

23.3.4 Erforschung der Kundenakzeptanz und Einführung des Betankungsprotokolls

SAE J2601:2014

Das Vorhaben war strukturell und organisatorisch in die Koordinierung des Gesamtvorhabens CEP eingebunden („Übergeordnetes Modul“). Der fachliche Austausch und die übergeordneten Diskussionen zur Anlagenevaluierung fanden vorwiegend in den CEP-Gremien statt. Die Inhalte sowie personellen und finanziellen Aufwände zur Gremienteilnahme sind daher dem Projektvorhaben „Übergeordnetes Modul“ zuzuordnen und werden dort berichtet.

Die Untersuchung und Analyse des Bedienkonzepts und der Anlagenkommunikation (Schnittstelle Mensch / Maschine) im Alltagsbetrieb ging wesentlich in die Shell Design-Studie zum Dispenser ein, die in Frühjahr dieses Jahr auf der CEBIT vorgestellt wurde. Grundlage dafür war u.a. eine Untersuchung, die an der HRS Sachsendamm mit Kunden unternommen wurden, die deren Erfahrung im Umgang mit der Technologie erfragte. Hier äußerten sich die NutzerInnen durchaus ambivalent, da die Betankungsvorgänge am Sachsendamm nur in ca. der Hälfte der Fälle reibungslos funktionierten. Vor allem im Umgang mit dem BICA-Kartenleser war es wiederholt zu Störungen oder es waren mehrere Anläufe für eine Betankung notwendig. In Zeiten der Minderauslastung war auch die Vorkonditionierung der Tankstelle ein Problem, da diese viel Zeit kostete, so dass längere Wartezeiten entstanden.

An der Verbesserung der Kundenakzeptanz wurde vor Ort gearbeitet, in dem gezielt der Austausch mit Kunden gesucht wurde. Aber auch die Umsetzung der Standardisierungen innerhalb der CEP (wie etwa der Wechsel zum Tokheim-Kartenleser) sowie kontinuierliche Betankungsschulungen waren wesentliche Maßnahmen, die Kundenakzeptanz zu verbessern. Ziel der CEP ist es allerdings, den Kartenleser als Barriere für den diskriminierungsfreien Zugang abzuschaffen. Dies ist auch notwendig, da die CEP-Karte singulär in Deutschland genutzt und entsprechend ausländischen Kunden der Zugang zur Betankung erschwert wird.

Zur weiteren Verankerung der Brennstoffzellen- und Wasserstofftechnologie in der öffentlichen Wahrnehmung auf regionaler Ebene wurden regelmäßig Führungen vor Ort durchgeführt. Darüber hinaus wurde aktiv an den Aktivitäten zur Akzeptanzforschung im Rahmen des 50-Tankstellen-Programms mitgewirkt.

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Wie oben schon dargestellt, war zum Zeitpunkt der Antragstellung nicht bekannt, dass für die Umstellung der Release A- auf die SAE-Betankung das Steuerungsprozessleitsystem (SPS) komplett neu installiert hätte werden müssen, da eine Umprogrammierung mit der eingebauten SPS nicht möglich gewesen ist. Von der Umstellung des Betankungsprotokolls wurde daher Abstand genommen.



Tabelle 2: Übersicht der Zielerreichung




Innerhalb des 50-Tankstellenprogramms ist die Tankstelle Sachsendamm ein wichtiger Standort in Berlin.

Wissenschaftlich-technische Ziele

Erprobung des Technologiekonzepts bei Minderauslastung

Die Betriebsdaten einzelner Anlagenkomponenten, Anliefer- und Abgabemengen, Störungen, Ausfallzeiten wurden fortlaufend erhoben sowie zur Auswertung dem CEP-Verbund sowie dem Begleitforschungsprogramm zum 50-Tankstellen-Programm zur Verfügung gestellt.

Die geplante systematische Erforschung von unterschiedlichen Betriebsmodi und Wartungsstrategien für die Anlagen in der Betriebsphase konnte aufgrund der Kürze der Projektlaufzeit und aufgrund fehlender Wasserstoff-PKW nicht durchgeführt werden.

Untersuchung des Verschleiß- und Alterungsverhaltens der Anlage

Die Analyse bisheriger Service- und Wartungskonzepte und deren Anpassung an die Bedingungen der Minderauslastung der Anlage führte dazu, dass die Präsenz des Anlagenbauers auf der Anlage wesentlich minimiert und entsprechend finanzielle Mittel eingespart werden konnten. Die Analyse und Anpassung des Aufwands der Instandhaltung wurde in enger Abstimmung mit dem Technologielieferanten durchgeführt.

Entwicklung eines TÜV-Prüfverfahrens

In Abstimmung mit dem TÜV Rheinland wurde eine Prüfplanung für die Geräte und Sensoren gemäß den Anforderungen zur zerstörungsfreien Prüfung auf Grundlage international geltender Standards entwickelt.

Kosten- und Wirtschaftlichkeitsanalyse

Die Wirtschaftlichkeitsanalyse wurde nicht wie geplant im Vergleich zu den Betriebsdaten der Tankstelle Bramfelder Chaussee durchgeführt, da diese zum Zeitpunkt des Förderzeitraums bereits abgebaut worden war. Stattdessen wurden Vergleichswerte der HRS Schnackenburgallee für die Analyse herangezogen. Hier

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wurde deutlich, dass die HRS Sachsendamm unter den Bedingungen der Minderauslastung wirtschaftlich nicht zu betreiben ist. Im Vergleich zu den Umsätzen mit den Bussen der BVG im vorangegangenen Projektzeitraum wurde aber auch deutlich, dass bei entsprechender Auslastung der Anlage, diese sehr wohl das Potenzial hat, wirtschaftlich betrieben zu werden.

Validierung des SAE-Betankungsprotokolls

Auf die Umstellung des Systems auf den neuen Standard SAE J2601 wurde verzichtet, da das Steuerungsprozessleitsystem komplett hätte ausgetauscht werden müssen, was wirtschaftlich nicht abbildbar war.

Verankerung der Brennstoffzellen- und Wasserstofftechnologie in der öffentlichen Wahrnehmung

Über den gesamten Projektzeitraum war die H2-Tankstelle Anlaufpunkt für an der Technologie Interessierte, so dass zumeist einmal pro Woche eine Führung durch die Anlage organisiert wurde. Darüber hinaus wurde die Tankstelle insbesondere für die Studie zur Kundenzufriedenheit der Begleitforschung zum 50 Tankstellenbegleitprogramm genutzt.


Die im Projektvorhaben erzielten Ergebnisse haben wertvolle Hinweise für das Systemdesign und die Anlagenauslegung für mögliche Folgevorhabens ergeben. Im Ergebnis der Zusammenarbeit mit der Linde AG und dem TÜV-Rheinland wurde erstmals ein zerstörungsfreies TÜV-Prüfverfahren entwickelt. Von besonderer Bedeutung für die weitere Entwicklung und Markteinführung von Wasserstoff als Kraftstoff sind die im Rahmen dieses Projekts erzielten Erkenntnisse über die Wirtschaftlichkeit der Anlage Sachsendamm. Die im Rahmen des Vorhabens erzielten Ergebnisse sind von großer Relevanz für die Weiterentwicklung der Wasserstofftechnologie und die Erlangung der Maturität zentraler Komponenten. So wurde beispielsweise der Nachweis erbracht, dass das auf Grundlage Forschungsergebnisse an der der Forschungstankstelle Sachsendamm entwickelte Konzept eine Grundlage für größere Standardtankstellen (700 bis 1.000 kg/Tag) darstellen und die Kryopumpen-Technologie dem Aufbau des Tankstellennetzwerks in Deutschland dienen kann. Darüber hinaus ist eine Verwertung der im Rahmen des Vorhabens erzielten Ergebnisse ist bereits in die Konzipierung weiterer Standorte für Shell-Tankstellen eingeflossen, wie etwa beim Projekt Shell5Hy.

Insbesondere durch den weiteren Austausch innerhalb der CEP leistet Shell einen weiteren wesentlichen Anteil an der Vorbereitung und Umsetzung des zu erwartenden Markthochlaufs von Wasserstoff. Damit sichert Shell langfristig die wirtschaftliche Perspektive für das Geschäftsmodell Tankstelle zum Zeitpunkt des rückläufigen Absatzes fossiler Kraftstoffe.

Vor dem Hintergrund der bisher erreichten Ergebnisse geht Shell daher weiter uneingeschränkt von herausragenden Marktchancen für Wasserstoff als Kraftstoff aus. Entsprechend stark ist Shell daran interessiert, weiterhin eigenes Know-how aufzubauen und ihr Engagement im Bereich Wasserstoff zu intensivieren. Der Betrieb der Tankstelle Sachsendamm über die Projektlaufzeit hinaus wird sichergestellt sein, da die H2 Mobility & Co. KG nach dem Ende der Projektlaufzeit die Tankstellen Sachsendamm übernehmen wird.

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24 PROJEKTMODUL: Shell5Hy - Integration von 5 HRS in bestehende Mineralöltankstellen

Projekttitel: Shell5Hy: Integration von 5 HRS in bestehende Mineralöltankstellen



01.07.2016 – 30.06.2017

Förderquote 48%




24.1 Kurzfassung

Im Rahmen dieses Vorhabens errichtete Shell die folgenden Wasserstofftankstellen:

• Bremen (Osterholzer Heerstraße 222)

• Hamburg (Bramfelder Chaussee 370)

• Pforzheim (Im Buchbusch 12)

• Sindelfingen (Neckarstraße 10)

• Wiesbaden (Borsigstraße 1)


Im Rahmen des Vorhabens wollte die Shell Deutschland Oil GmbH (Shell) die bestehenden Standorte Bremen, Hamburg, Pforzheim, Sindelfingen und Wiesbaden jeweils um eine H2-Tankstelle für Pkw und unter Berücksichtigung der spezifischen technischen Anforderungen der Clean Energy Partnership (CEP) erweitern. Dazu sollte in die bestehenden Mineralöltankstellen die neueste Generation des IC-90 Wasserstoffbetankungssystems von Linde integriert und mit einer Zapfsäule für Pkw (700 bar) bestückt werden. Wesentliches Ziel des Forschungsvorhabens war die baubegleitende Forschung bei der Entwicklung sowie die Umsetzung und Optimierung unterschiedlicher HRS-Aufstellungskonzepte. Zielsetzung des Forschungsvorhabens war es, den Grad der Standardisierung und Prozessoptimierung für die Errichtung künftiger Wasserstofftankstellen wesentlich zu erhöhen sowie die Grundlage für den zukünftigen Forschungsbetrieb an den Anlagen zu legen. Zudem diente das Forschungsvorhaben der Entwicklung von Betriebskonzepten, um den Wasserstoff als Kraftstoff in das Angebotsportfolio von Shell besser einbinden zu können.

24.3 Projektverlauf

Das Vorhaben wurde zum 01.07.2016 bewilligt und endete am 30.06.2017. Im Rahmen des Vorhabens erfolgte der Ausbau der bestehenden Mineralöltankstellen an den Standorten Bremen, Hamburg, Pforzheim, Sindelfingen und Wiesbaden für die Wasserstofftechnologie. Daimler ist Eigentümer und Shell Betreiber der H2-Tankstellen, die Linde AG lieferte die wesentliche Ausrüstung der Tankstellen bestehend aus:

• Verdichtercontainer mit IC-90-Kompressor

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• H2-Speicherung: GH2-Druckspeicher 200 bar, geregeltem Überströmen aus HD-Banken, Temperaturregelung durch Vorkühlen mittels Kältemaschine, Wärmeträgermedium und Wärmetauscher

• Zapfsäule 700 bar

• Kartenlesegerät von Tokheim.

Das Ziel von Shell war es, in der präkommerziellen Phase weiter wesentliches Know-how in der Integration von Wasserstofftankstellen in Mineralöltankstellen aufzubauen – bis dato waren von Shell die Standorte Berlin Sachsendamm, Wuppertal, Hamburg Schnackenburgallee und Hamburg Bramfelder Chaussee projektiert und betrieben worden, die unterschiedliche Grade der Entwicklung von Wasserstofftankstellen widerspiegelten. Mit den IC-90-Systemen von Linde wurde erstmals an Standorten von Shell die H2-Serientankstelle von Linde integriert. Über die gleichzeitige Projektierung unterschiedlicher Standorte konnten Abläufe in der Projektumsetzung optimiert und akkumuliertes Wissen verdichtet werden. Forschungsperspektive war es, für alle relevanten Prozesse in der späteren Betriebsphase möglichst Standardlösungen zu etablieren, die es erlauben, nachfolgende H2-Tankstellen wesentlich schneller, effizienter und kostengünstiger zu errichten und zu betreiben.

24.3.1 Entwicklung von Konzepten und Materialien zur Vereinheitlichung des

Genehmigungsverfahrens innerhalb mehrerer Bundesländer

Im Vorfeld des Vorhabens fand eine Grobplanung statt, die in einer detaillierten funktionalen Beschreibung der zu errichtenden standardisierten Wasserstoff-Tankstellen (HRS) mündete. Die Aktivitäten in diesem Arbeitspaket umfassten die Detailplanung für die technischen Anlagen sowie die Durchführung der Genehmigungsverfahren.

Die Grobplanung wurde dazu genutzt, alternative Systemdesignvorschläge für die unterschiedlichen Standorte zu entwickeln. Nach Beginn des Vorhabens konnten somit alle Ausschreibungs-, Vergabe- und Verhandlungsprozesse für die Bautätigkeiten zeitnah abgeschlossen werden.

Im Rahmen der internen technischen Abstimmung wurden neben der Auswertung der Standortanalysen und der Prüfung der örtlichen Gegebenheiten das Design und die Spezifikationen der Technologiesysteme definiert sowie die Bewertung und Anpassung der vorhandenen Konzepte im Hinblick auf die Zielgrößen vorgenommen. Als Ergebnis entstand ein gemeinsamer Leistungskatalog mit den Anforderungen an die Technologie-, Betriebs- und Qualifizierungskonzepte. Für die weitere technische Abstimmung verständigte sich Shell im Rahmen des Vorhabens bspw. mit Energie- und anderen Versorgern sowie Behörden und Trägern öffentlicher Belange (TÖB), um die Genehmigungsprozesse und -verfahren vorzubereiten. Dafür wurden zunächst vorhandene Infrastrukturen analysiert und zudem technologische und genehmigungsrechtliche Risiken identifiziert, alle notwendigen Dokumente und Nachweise erstellt und bei den zuständigen Behörden alle erforderlichen Genehmigungen für die Errichtung und den Betrieb der Anlagen beantragt.

Vor dem Hintergrund, dass es für die Beantragung von Wasserstofftankstellen in den Bundesländern noch keine etablierten Genehmigungsroutinen gab, war der zeitliche Aufwand für die jeweiligen Genehmigungsverfahren zur Implementierung der Wasserstofftankstellen in die bestehenden Mineralöltankstellen unterschiedlich groß. Entsprechend verschieden war der Verlauf des Genehmigungsprozesses. Deutlich erkennbar war, dass in Genehmigungsbezirken mit bereits vorhandenen HRS das gesamte Genehmigungsverfahren wesentlich kürzer und einfacher durchgeführt werden konnte. Dies traf insbesondere auf das Regierungspräsidium Darmstadt zu, das vor dem in diesem Vorhaben projektierten Standort Wiesbaden bereits bei der Genehmigung der Standorte Frankfurt Offenbach und Frankfurt Hanauer Landstraße eingebunden war. In Bremen jedoch, wo es noch keine Erfahrungen in der Genehmigung von Wasserstofftankstellen gab, war der zeitliche Aufwand bis zur Genehmigung wesentlich höher, da die Behörde für den Genehmigungsprozess eigens Expertisen aufbauen musste. Aufgrund der Erfahrungen in der CEP

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konnte im Vergleich zu früheren Genehmigungen aber auch in Bremen wesentlich Zeit eingespart werden, da die Beantragung durch Shell entsprechend sensibel und intensiv begleitet worden war.

Die Erkenntnisse aus den unterschiedlichen Genehmigungsprozessen wurden im Zuge des Arbeitspakets systematisch analysiert und die Ergebnisse in den Arbeitsgruppen der CEP (AGIP und AGMI) diskutiert, so dass diese Analysen innerhalb der CEP auf ein breites Erkenntnisfundament gestellt werden konnten. Zudem wurden pragmatische und effiziente Vorgehensweisen entwickelt, die als Muster für zukünftige Bauvorhaben verwendet werden können und bereits in die Projektierung neuer Standorte der H2 Mobility (deren Shareholder Shell ist) einfließen. Shell unterstützte somit die CEP und in Zukunft die H2 Mobility in ihrem Ziel, für den weiteren Netzausbau das Genehmigungsverfahren möglichst weitreichend zu vereinheitlichen und zu vereinfachen, um perspektivisch beim Genehmigungsprozess wesentliche Ressourcen einsparen zu können. Folgende Arbeitsinhalte wurden im AP vorangetrieben:

• systematische Analyse der genehmigungsrechtlichen Rahmenbedingungen

• Standortanalysen, Entwicklung von Konzepten im Hinblick auf die Zielgrößen, Prüfung der örtlichen Gegebenheiten, Bestimmung des optimalen Standorts unter Berücksichtigung sämtlicher Rahmenbedingungen

• Abstimmung mit Nachbarn und sonstigen Betroffenen

• Analyse der vorhandenen Infrastruktur

• Risikoanalyse: Identifizierung der technologischen Restrisiken, Identifizierung von Umwelt-, Genehmigungs- und Akzeptanzrisiken

• Klärung der Aufgabenverteilung und Festlegung von Verantwortlichkeiten für Einzelkomponenten und Schnittstellen

• Terminplanung des weiteren Entwicklungsprozesses

• Erstellung von Checklisten, Musterschreiben, Dokumentationen


• Reporting der Ergebnisse an die Arbeitsgruppen in der CEP

• Abstimmung mit Dritten (Energieversorger, Behörden, TÖB)

• Klärung der genehmigungsrechtlichen Situation mit den zuständigen Behörden

• Abstimmung mit Versorgern

24.3.2 Entwicklung und Umsetzung von standardisierten HRS-Aufstellungskonzepten

Aufgrund der unterschiedlichen Standortbedingungen der ausgewählten Shell-Tankstellen stand die erfolgreiche Integration der HRS in die bestehenden Mineralöltankstellen vor verschiedenen Herausforderungen: Vor allem hinsichtlich des Alters und der Herkunft der Tankstellen mussten unterschiedliche Aufstellungskonzepte erarbeitet werden, die für einen späteren planerischen Zugriff möglichst standardisiert sein sollten, um bei zukünftigen Standortentscheidungen berücksichtigt werden zu können. Die unterschiedlichen Bedingungen durften dabei nicht zu einem Sonderstatus der einzelnen Tankstellen führen, weshalb Shell vor der Herausforderung der Vereinheitlichung der Aufstellungskonzepte unter Berücksichtigung eines minimalen Flächenbedarfs stand.

Im AP wurden vor allem mit Blick auf die Unterschiedlichkeit der vorhandenen Mineralöltankstellen hinsichtlich des Alters und der Herkunft der Tankstellen unterschiedliche Aufstellungskonzepte erarbeitet. Ziel war es, insbesondere die Flächeneffizienz für innerstädtische Projekte zu erhöhen und die Nachrüstbarkeit von Wasserstoffbetankungsoptionen an bestehenden Standorten zu verbessern. Bei der Konstruktion und beim Design der Wasserstofftankstellen stand daher wesentlich das Anlagengesamtkonzept im Fokus, und sämtliche Baugruppen der Tankstelle wurden hinsichtlich einer Optimierung der Gesamtanlage ausgelegt. Erwartet wird, dass die Energieeffizienz und Förderleistung der Wasserstofftankstellen bei gleichzeitiger Minimierung des benötigten Platzbedarfs für die Anlagenkomponenten wesentlich gesteigert werden konnten – überprüft wird dies dann im laufenden Betrieb der Anlagen, der nicht Teil des Forschungsvorhabens war.

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Ein weiterer Schwerpunkt bei der technischen Auslegung der Anlage war der Bereich Service- und Wartung. Entsprechend wurden die Module Wasserstoffverdichter, Hochdruckpufferspeicher und Wasserstoffvorkühleinheit in einen Container mit 2,7 m x 4,3 m Grundfläche integriert und die 700-bar-Zapfsäule ist als eigenständige Einheit konzipiert, die unabhängig von der Anlage im Tankfeld platziert werden kann. Das separate Mitteldruck-Speichersystem umfasst mehrere Großflaschen, die separat und liegend installiert sind.

Die Aufstellungskonzepte wurden zudem hinsichtlich des Erscheinungsbilds soweit vereinheitlicht, dass sie bei zukünftigen Standortentscheidungen von Shell berücksichtigt werden können. Aufgrund der unterschiedlichen Standortbedingungen wurden entsprechend unterschiedliche Aufstellungskonzepte für die Tanks (als Standtank oder mit Tubes) realisiert.

Abbildung 39: Anlieferung von H2-Tubes an der HRS Sindelfingen

Alle bauvorbereitenden Maßnahmen (Abtragung des Erdreichs, Entwässerung der Fläche, Errichtung einer Zaunanlage, Erweiterung des Tankdachs, Gießen der Fundamente, Erweiterung der Beleuchtung, Elektroanschluss) sowie die infrastrukturelle Erschließung wurden im Rahmen des Arbeitspakets umgesetzt. Die vorhandenen Erfahrungen anderer CEP-Standorte wurden dabei genutzt, um die Positionierung der Zapfsäule und der Vorkühlung, sowie die Lage und Länge der Leitungsstränge zwischen den Anlagenkomponenten zu prüfen. Ziel dieser Maßnahmen war es, die Kosten (CAPEX, OPEX) und die resultierenden Energieverluste im späteren Betrieb gering zu halten. Eine Vorplanung zum Aufstellungskonzept für die jeweiligen Standorte, aus der die notwendigen Fundamente (für Zwischenspeicher, Steuerungscontainer und Kälteanlage), die Sicherheitsabstände, die Position der Rohrleitungen, der Schallschutz, die Einzäunungen und der Weg der Anlieferung ersichtlich waren, war bereits vor Antragstellung erstellt worden.

Die Tankstellen in Bremen, Wiesbaden und Hamburg Bramfelder Chaussee wurden in Q4/2016 bauseitig fertiggestellt. Die Anlagen in Bremen und Wiesbaden wurden im Dezember aufgebaut und die Prüfungen vor Inbetriebnahme (Druckgeräte-TÜV und Elektro-TÜV) durchgeführt. Am Standort Hamburg Bramfelder Chaussee wurde die Anlage in Q1/2017 geliefert und montiert. Auch die Tankstellen an den Standorten Pforzheim und Sindelfingen waren bauseitig zum Jahresende – und damit zum ursprünglich geplanten Projektende – fertiggestellt. Allerdings konnten die Anlagen aufgrund von Lieferverzögerungen seitens des Anlagenherstellers erst im April 2017 montiert werden. Diese Verzögerungen waren insofern mit Mehrkosten verbunden, da die Baustellen weiter aufrechterhalten werden mussten.

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Abbildung 40: Aufstellungskonzepte an den Standorten

Das Arbeitspaket umfasste den Aufbau der Anlagen und die Erbringung aller sonstigen Bauleistungen wie Bereitstellung, Ver- und Entsorgungsinfrastruktur, Tiefbauarbeiten und Außenanlagen. Insbesondere wurden folgende Arbeitspunkte umgesetzt:

• Planung der HRS-Integration in die konventionelle Tankstelle

• Erstellung eines Aufstellungskonzepts für Speicher, Verdichter, Vorkühlung und Dispenser

• Entwicklung eines Standardkonzepts für die Integration der Wasserstoffkomponenten für zukünftige Tankstellenneubauten der SHELL

• Entwicklung eines Sicherheitskonzepts

• Entwicklung eines Leitungskonzepts


• Tiefbauarbeiten / Fundamente

• Bauarbeiten für Speicher

• Leitungsarbeiten Medienanschlüsse

• Abstimmung der Anlagenmontage mit dem Lieferanten

• Begleitung der Aufstellung vor Ort

• Installation der H2-Anlage am Standort

• Anschluss an Stromversorgung, Wasser, Anlagensteuerung, Wasserstoffleitungen, Kommunikationsverbindungen

• Installation und Anbindung Kartenleser und Verfügbarkeitssystem

• Abnahme und Inbetriebnahme

Obwohl die Standorte in Q1/2017 fertiggestellt und die meisten Anlagen implementiert waren, waren dennoch weitere Bautätigkeiten notwendig, weil etwa das Tankdach bzw. das Schutzdach angepasst oder das Optik-Branding abgeschlossen werden mussten.

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Eine weitere nicht unwesentliche Verzögerung lag in den Abweichungen von den SHELL-Sicherheitskriterien begründet. In eigens von Shell initiierten Pre-Startup-Safety-Reviews überprüfte Shell die neuen Anlagen, mit dem Ziel ein sogenanntes Statement of Fitness zu erreichen. Der damit verbundene Prozess, den jede Shell-Anlage durchlaufen muss und in dem die Sicherheitstechnik und der Arbeitssicherheit getestet und mit dem vereinbarten Liefer- und Leistungsumfang verglichen wird, ist unabhängig vom Energieträger Wasserstoff. Dabei werden nicht nur die Sicherheitskriterien der Anlagenbauer überprüft, darüber hinaus kommen auch die weltweit gültigen Shell-Anlagensicherheitskriterien zum Ansatz, die um einiges höher als bei anderen Betreibern sind.

In den Pre-Startup-Safety-Reviews der Anlagen, die zwischen März und April durchgeführt wurden, wurde seitens Shell die Notwendigkeit von sicherheitstechnischen Nachbesserungen festgestellt. Die unterschiedlichen Sicherheitsvorstellungen zwischen Shell und Linde wurden als Grundlage genommen, um ein Vendor Package für Wasserstoffanlagen zu entwickeln, die an Shell-Standorte integriert werden sollen. Diese Vendor Packages werden zusammen mit den Anlagenlieferanten entworfen, und dient der Definition des spezifischen Anlagendesigns, das dann auch nicht mehr verändert werden darf. Jede Änderung der Anlagen über dieses Vendor Package hinaus muss dann über ein Management-Of-Change (MOC) System mit Shell abgeklärt werden.

Damit hat Shell erstmals ein standardisiertes Procedere für die Integration von Wasserstofftankstellen entwickelt, das für die Integration zukünftiger Anlagen Verwendung finden und den Integrationsprozess vereinfachen und beschleunigen wird. Dieses Procedere sieht vor, dass zuerst ein Safety Review auf Grundlage des Angebots der Anlagenbauer durchgeführt und Änderungen besprochen werden. In einem nächsten Schritt wird nach dem Aufbau der Anlage durch das Changemanagement überprüft, ob die Anlage dem besprochenen Design entspricht. Im Prinzip wird mit dem Vendor Package ein Baumuster für die Komplettanlage festgelegt, um zu verhindern, dass eigenständig Änderungen am Anlagendesign vorgenommen und oder einzelne Bauteile ausgetauscht werden, da entsprechende Änderungen angezeigt werden müssen. Da die Anlagenhersteller diese Art „Baumuster“ aus Wettbewerbsgründen nicht teilen wollen, wird dieser Prozess zukünftig auch für die Anlagen von Air Liquide, NEL oder Air Products durchgeführt.

Als Ergebnis kann somit konstatiert werden, dass das Projekt Shell5Hy dazu diente, die neue Technologie in die Sicherheitsarchitektur von Shell einzubinden und ist damit als Meilenstein in der Integration von Wasserstoff in das Angebotsportfolio von Shell anzusehen.

Abbildung 41: Shell-Sicherheitspyramide

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Zur Einbindung der Anlagen in die CEP-Prozesse wurden an den Standorten Kartenleser installiert, die die Betankungsfreigabe an geschulte Kunden ermöglichen und zusätzlich zur Datenerfassung der Betankungsdaten (Zeitpunkt, Menge, Störungen) dienen. Zudem wurden die Anlagen in das CEP-Tankstellenverfügbarkeitssystem eingebunden, so dass sie nach Inbetriebnahme die Verfügbarkeit der Tankstelle für die Tankkunden in Echtzeit über das Internetportal der CEP sowie in den einschlägigen Apps anzeigen.

Abbildung 42: Die Verfügbarkeit der Standorte in Wiesbaden und Pforzheim (grün angezeigt)

Die jeweiligen Standorte wurden nach Freigabe durch den TÜV und die CEP wie folgt eröffnet:

Wiesbaden: 14. Juni 2017 Sindelfingen: 31. Juli 2017 Pforzheim: 31. Juli 2017 Bremen: 13. Oktober 2017 Hamburg: 16. Oktober 2017

Aufgrund der vielen gleichzeitigen Inbetriebnahmen von Tankstellenstandorten innerhalb der CEP kam es zu Engpässen bei Linde in der Erstellung der CEP-Abnahmeberichte, weshalb sich die Eröffnungen verzögerten, obwohl die entsprechenden Abnahmen bereits im Mai durchgeführt worden waren.

24.3.3 Entwicklung eines Betriebs- und H2-Versorgungskonzepts

Die Integration von Wasserstoff als Kraftstoff in die Betriebsabläufe einer Mineralöltankstelle ist mit verschiedenen Herausforderungen verbunden: Neben Abrechnungssystemen, die sich möglichst nicht von denen der anderen Kraftstoffe unterscheiden, stellt auch die Wasserstoffanlieferung eine Herausforderung für die Betriebsabläufe dar:

Da die zusätzlichen H2-Lieferungen die sonstigen Abläufe an den Tankstellen nicht über das übliche Maß hinaus beeinträchtigen dürfen, müssen die Mengen der Speicherung von Wasserstoff auf Vorrat an den Standorten und die Frequenz der Anlieferungen möglichst wirtschaftlich gestaltet werden. Ziel des Arbeitspakts war daher die Entwicklung eines wirtschaftlichen Versorgungs- und Betriebskonzepts zur vollständigen Integration von Wasserstoff in die Tankstelle, das die Versorgung der Tankstelle mit Wasserstoff wirtschaftlich und zuverlässig gestaltet und den Wasserstoff als Kraftstoff soweit in die Abläufe der konventionellen Mineralöltankstelle einbindet, damit Wasserstoff als „normaler“ Kraftstoff für Tankstellenbetreiber und Kunden wahrgenommen und etabliert werden kann.

Neben Mängeln an der Anlage selbst (siehe AP 2) wurden seitens des Shell Safety Reviews auch Nachbesserungen an Abbildung 43: Anlieferung Hochtank

HRS Pforzheim

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den Zapfsäulen und dem Anfahrschutz angemahnt. Da Zapfsäulen trotz des Anfahrschutzes von Kunden angefahren und entsprechend beschädigt werden können, hat Shell an den Standorten in den Zapfsäulen weitere Sensoren implementieren lassen. So sind alle Zapfsäulen mit einem Crashsensor zur Feststellung von Erschütterungen und einem Beschleunigungssensor zur Registrierung von Neigungen ausgestatten worden, die dazu dienen, in Folge eines Unfalls den Grad der Schädigung abbilden zu können. Bisher war es so, dass Schädigungen der Zapfsäule der Anlage nicht angezeigt wurden. Des Weiteren wurde ein Abscherventil verbaut, wie es bei Benzin- und Dieselzapfsäulen bereits Standard ist. Dieses Ventil schließt sich zu dem Zeitpunkt des Abreißens der Zapfsäule, so dass das Ausströmen von Wasserstoff verhindert wird. Ein weiterer Diskussionspunkt war schließlich, dass bei den Füllschränken keine automatischen Absperrventile zwischen LKW und Füllschrank verbaut waren (bei den Tubes gab es dieses Absperrventil standardmäßig). Linde musste dieses Absperrventil nachrüsten, da es sonst möglich gewesen wäre, dass bei Beschädigung oder Manipulationen von Befülleitungen der Hochtank leerläuft. Auch diese Änderungen wurden in das Vendor Package integriert. Die mit diesen Änderungen verbundenen Mehrkosten wurden zwischen den Vertragspartnern geteilt.

Abbildung 44: Tankstelle Sindelfingen mit dem neuen Mercedes GLC

Die Gesamtanlagen sind zudem so konzeptioniert, dass der Anlagensteuerung ein benutzerspezifisches Lastprofil vorgegeben werden kann, so dass sich das IC-90-Betankungssystem auf das Beste dafür eignet, Daten zur Leistungsfähigkeit und Effizienz der Anlagen unter sich wesentlich voneinander unterscheidenden Betriebsbedingungen zu erheben. Die Tankstellen sind entsprechend für die weitere Erforschung von Tankstellen unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen bereits ertüchtigt. Die Betriebsphase wird nach Ende des Forschungsvorhabens beginnen, nachdem die Anlagen an die H2 Mobility übergeben worden sind, die diese betreiben wird.

Folgende Forschungen wurden entsprechend der Vorhabenbeschreibung im AP durchgeführt:

• Forschungen am Anfahrschutz

• Entwicklung und Erprobung eines Konzepts zur Fernüberwachung der Anlagen

• Integration von wasserstoffspezifischen Prozessen in die internen QM-Systeme

• Technisch-ökonomische Analyse der Umsetzbarkeit der Standards SAE J-2601 zur Betankung von 700-bar-Fahrzeugen und SAE J2719 zur Wasserstoffqualität für den Einsatz in Brennstoffzellenfahrzeugen

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• Partizipation an den Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkten der CEP wie z.B. H2-Mengenmessung und einheitliche Abnahmetests

• Abstimmung mit dem Technologiepartner, den CEP-Gremien und Nutzern

• Internationaler Austausch mit dem EU-Vorhaben HyFIVE

24.3.4 Erforschung der nutzerfreundlichen Auslegung der Anlagen für Betreiber

Das Vorhaben war strukturell und organisatorisch in die Koordinierung des Gesamtvorhabens CEP eingebunden („Übergeordnetes Modul“). Der fachliche Austausch und die übergeordneten Diskussionen zur Anlagenevaluierung fanden vorwiegend in den CEP-Gremien statt. Die Inhalte sowie personellen und finanziellen Aufwände zur Gremienteilnahme sind daher bis zum Ende der CEP Phase III dem Projektvorhaben „Übergeordnetes Modul“ zuzuordnen und wurden dort bereits berichtet. Alle Geräte für eine zukünftige Begleitforschung wurden implementiert.

Aktuelle Studien haben gezeigt, dass die öffentliche Wahrnehmung der H2-Technologie und ihrer Potenziale noch gering ist und deutlich gesteigert werden kann. Die Integration neuer Technologien und Kraftstoffe in bestehende Infrastrukturen, die täglich durch Millionen Kunden frequentiert werden, bildet hier einen idealen Ausgangspunkt zur Kommunikation der Innovation. Aus diesem Grund verfolgt Shell das Konzept einer integrierten Wasserstofftankstelle, die den Kunden neben Wasserstoff das gesamte Portfolio heutiger Kraftstoffe anbietet. Mit Blick auf die Nutzer von Wasserstoff ist es Ziel von Shell, dass H2-Kunden als Premiumkunden behandelt werden, d.h. dass es kurze Wege zum Shop gibt und die Kunden bevorzugt behandelt werden. Hintergrund ist, dass Shell diese Kunden als first movers würdigen möchte, die zur Extra-Meile bereit sind, um emissionsfrei mobil zu sein. An den Standorten, an denen es aus Platzgründen möglich ist, sollen die Wasserstofftankstellen daher auch im Forecourt der Tankstellen integriert werden, um Wasserstoff auch als gleichwertig zu den konventionellen Kraftstoffen zu präsentieren und nicht als Sonderlösung.

Im Vorhaben wurden zudem Schulungskonzepte entwickelt und die Betreiber vor Ort intensiv geschult. Die besondere Herausforderung dabei bestand in der Einbindung der Schulungskonzepte in den Alarm- und Gefahrenabwehrplan der Tankstellen. Die nutzerfreundliche Auslegung der Anlagen für Betreiber zielte von allem in Richtung Standardisierung, da zum Beispiel standardisierte Bauelemente, Kanäle und Leitungen einen schnelleren Aufbau ermöglichen, die dann wiederum die Fahrbahnsperrungen verkürzen und vor allem ermöglichen, dass auch unter Baubedingungen der Betrieb fortgesetzt werden kann. Auch wenn das „Bauen unter Betrieb“ immer mit besonderen Anforderungen verbunden ist (Fahrzeugverkehr, Erdhaufen, Anlieferung, Baubesprechungscontainer, erhöhter Abstimmungsaufwand), muss es das Ziel sein, dies zu ermöglichen, da bei einer Schließung Kunden wieder zurückgewonnen werden müssen. Alle Tankstellen in diesem Vorhaben wurden unter Betrieb gebaut.



Im Rahmen des Vorhabens konnten bis auf die Inbetriebnahme der Standorte Sindelfingen, Pforzheim, Hamburg und Bremen alle gesetzten Ziele erreicht werden. Die Eröffnung der Tankstellen in Sindelfingen und Pforzheim wurde einen Monat nach Projektende am 31. Juli durchgeführt, die Standorte Hamburg und Bremen sind im Oktober 2017 in Betrieb genommen worden. Im Zusammenhang mit dem Projekt konnten diverse Standardisierungen entwickelt werden, die für zukünftige Vorhaben zur Integration von Wasserstoffanlagen in bestehende Mineralöltankstellen maßgeblich sein werden. Neben standardisierten Aufstellungskonzepten für Speicher, Verdichter, Vorkühlung und Dispenser wurde auch ein Prozess zur Entwicklung eines Vendor Package entwickelt, der für Shell Standorte weltweit Berücksichtigung finden wird.

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Analyse der genehmigungsrechtlichen Rahmenbedingungen und Optimierung der Aufstellungsplanung nach genehmigungsrechtlichen Kriterien

Die Analyse der genehmigungs-rechtlichen Kriterien ist beendet worden. Ziel der Untersuchung war es, die Ursachen für die große zeitliche Verzögerung zu identifizieren und so perspektivisch kürzere Genehmigungszeiträume zu ermöglichen. Die Ergebnisse sind in die Arbeitsgruppen der CEP eingeflossen. Für kommende Verfahren ist davon auszugehen, dass den Behörden die Herausforderungen in der Genehmigung bekannt sind, weshalb mit kürzeren Genehmigungszeiten zu rechnen ist.

Entwicklung von wirtschaftlichen Versorgungskonzepten für die Tankstellen mit Wasserstoff

Das Versorgungskonzept für die Anlieferung von Wasserstoff ist erstellt und wird nach Inbetriebnahme der Tankstelle umgesetzt und im Betrieb erprobt.

Integration der Wasserstoffversorgung der Tankstellen in die normalen Betriebsabläufe der Tankstelle

Noch keine Ergebnisse aufgrund fehlender Betriebserfahrungen.


Innerhalb des 50-Tankstellenprogramms sind die Standorte Hamburg, Bremen, Wiesbaden, Pforzheim und Sindelfingen wichtige Standorte, die die Versorgung in den H2-Clustern sowie deren Verbindung untereinander sicherstellen werden.

Wissenschaftlich-technische Ziele Ergebnisse im Projekt

Entwicklung von Standardkonzepten zur Einbindung der Wasserstoffkomponenten in bestehende Tankstellen (Aufstellungskonzept für Speicher, Verdichter, Vorkühlung und Dispenser)

Die Konzepte wurden erfolgreich in Zusammenarbeit mit der Fa. Linde entwickelt und umgesetzt.

Entwicklung eines Sicherheitskonzepts Ein Sicherheitskonzept wurde entwickelt und floss in das Betriebshandbuch der Tankstelle mit ein.

Systematische Analyse der genehmigungsrechtlichen Rahmenbedingungen und Optimierung der Aufstellungsplanung nach genehmigungsrechtlichen Kriterien

Aus den unterschiedlichen Prozessen der Genehmigungsverfahren wurden entsprechendes Wissen akkumuliert, weshalb bei zukünftigen H2-Tankstellen von einem kürzen Genehmigungsprozess ausgegangen werden kann.

Erstellung von Checklisten, Musterschreiben, Dokumentationen für den Genehmigungsprozess

Für den Genehmigungsprozess zukünftiger Shell-Wasserstofftankstellen wurden die entsprechenden Checklisten, Musterschreiben, Dokumentationen erstellt.

Entwicklung von Leitungskonzepten Leitungskonzepte wurde erstellt und gingen in die Betriebshandbücher der Tankstellen ein.

Erstellung von Brandschutz- und Sicherheitskonzepten

Die Brandschutz- und Sicherheitskonzepte wurden erstellt und gingen in das jeweilige Betriebshandbuch der Tankstelle ein.

Inbetriebnahme der H2-Tankstellen Die Tankstelle Wiesbaden ging im Juni in Betrieb, die anderen Standorte wurden nach dem Ende des Berichtszeitraums in Betrieb genommen.

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Entwicklung von Service- und Wartungskonzepten unter besonderer Berücksichtigung der Kosteneffizienz der Maßnahmen und der Zuverlässigkeit des Anlagenbetriebs

Ein Service- und Wartungskonzept wurde zusammen mit der Fa. Linde erstellt.

Entwicklung von Schulungskonzepten Entsprechende Schulungskonzepte für die Mitarbeiter von Shell wurden erstellt und Schulungen vor Ort durchgeführt.


Die Wasserstofftankstellen werden durch die H2 MOBILITY Deutschland GmbH & Co. KG weiterbetrieben. Die im Projektvorhaben erzielten Ergebnisse haben wertvolle Hinweise für das Systemdesign und die Anlagenauslegung für weitere Projekte gegeben und fließen in die Planungen der H2 MOBILITY für deren Integration von Wasserstofftankstellen auf Shell-Standorten mit ein. Im Resultat des ausführlichen Abstimmungsprozesses mit der Linde AG liegt der weltweit erste standardisierte Prozess für Shell-Standorte zur Bestimmung eines Vendor Package vor. Darüber hinaus sind die Anlagen für die weitere Forschung vorbereitet, so dass diese für eine mögliche Fortsetzung der Begleitforschung zur Verfügung stehen.

Abbildung 45: Shell-Strategie zur Verbesserung der Sicherheit an Anlagen

Insbesondere durch den weiteren Austausch innerhalb der CEP wird Shell einen weiteren wesentlichen Anteil an der Vorbereitung und Umsetzung des zu erwartenden Markthochlaufs von Wasserstoff haben. Damit sichert Shell langfristig die wirtschaftliche Perspektive für das Geschäftsmodell Tankstelle zum Zeitpunkt des rückläufigen Absatzes fossiler Kraftstoffe.

Vor dem Hintergrund der bisher erreichten Ergebnisse geht Shell daher weiter uneingeschränkt von herausragenden Marktchancen für Wasserstoff als Kraftstoff aus. Entsprechend stark ist Shell daran interessiert, weiterhin eigenes Know-how aufzubauen und das Engagement im Bereich Wasserstoff zu intensivieren.

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25 PROJEKTMODUL: Errichtung einer voll integrierten öffentlichen Wasserstofftankstelle an der Schnackenburgallee in Hamburg

Projekttitel: Errichtung einer voll integrierten öffentlichen Wasserstofftankstelle an der Schnackenburgallee in Hamburg



15.10.2013 – 30.06.2017

Förderquote 48%




25.1 Kurzfassung

Im Projektvorhaben Schnackenburgallee wurde eine neue 700 bar-Wasserstofftankstelle mit einem Zapfpunkt für gasförmigen Wasserstoff in eine bestehende öffentliche Shell-Tankstelle integriert mit dem Ziel einer Betriebszeit von mindestens 12 Monaten zur Bedienung der wachsenden Fahrzeugflotte am Standort Hamburg.


Mit der Tankstelle wurde das in der H2Mobility-Initiative entwickelte Standardkonzept für „sehr kleine“ Tankstellen (80kg/Tag Betankungsvolumen) mit On-site-Elektrolyse und Option zur Anlieferung von gasförmigem Wasserstoff verwirklicht. Die Erzeugung des Wasserstoffs erfolgte vor Ort durch eine an den Regelenergiemarkt gekoppelte Elektrolyseanlage. Die Leistungen der Shell umfassten die Planung, Errichtung, Inbetriebnahme und den Betrieb sowie die technische und betriebliche Evaluation der kompletten Anlage.

Wesentliche Ziele des Vorhabens im Bereich der Wasserstoffbereitstellung waren:

• die Bereitstellung von Wasserstoff (CGH2, 700bar, max. 80 kg/d) für die in Phase III der in der CEP betriebenen Pkw;

• die Unterstützung der im Rahmen des 50-Tankstellenprogramms geforderten lokalen Flächendeckung in Kernregionen (Standort Hamburg);

• die Bereitstellung von mindestens 50 % regenerativem Wasserstoff aus Vor-Ort-Elektrolyse;

• eine deutliche Erhöhung der Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der Betankungsanlage im Vergleich zu Vorgängeranlagen;

• eine maßgebliche Steigerung der Effizienz der Speicherungs- und Verdichtungseinrichtungen gegenüber früheren Generationen durch systematische Optimierung der Betriebsführung;

• die systematische Erforschung von unterschiedlichen Betriebsmodi und Wartungsstrategien für die Anlage in der Betriebsphase;

• die Partizipation an den Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkten der CEP wie z.B. H2-Mengenmessung, H2-Qualität und einheitliche Abnahmetests.

Wesentliche Ziele des Vorhabens im Bereich der elektrolytischen Wasserstofferzeugung waren:

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• die Teilnahme am Regelenergiemarkt durch Integration des Elektrolyseurs als flexible Last ins Stromnetz und schrittweiser Aufbau von Know-how in diesem Bereich;

• die Erforschung der bedarfsorientierten Steuerung des Elektrolyseurs im Rahmen des virtuellen Kraftwerks von Vattenfall in Abhängigkeit von Stromangebot und Wasserstoffnachfrage als Teil eines komplexen Systems in variierenden Betriebsmodi;

• die Mitwirkung bei der Weiterentwicklung der innovativen Anlagentechnik und Erforschung von Betriebskonzepten unter Berücksichtigung der spezifischen Regelungen und Anforderungen des Energiemarkts und der Stromnetze hinsichtlich Planung, Überwachung und Steuerung.

25.3 Projektverlauf

25.3.1 Vorarbeiten

Im Vorfeld des Vorhabens fand eine Grobplanung statt, die in einer detaillierten funktionalen Beschreibung der zu errichtenden standardisierten Wasserstoff-Tankstelle (HRS) und des geplanten Elektrolyseurs mündete.

Die Grobplanung wurde dazu genutzt, alternative Systemdesignvorschläge von Technologielieferanten einzuholen. Nach Beginn des Vorhabens konnten somit alle Ausschreibungs-, Vergabe- und Verhandlungsprozesse für die Anlagetechnik zeitnah abgeschlossen werden. Den Zuschlag für die integrierte Elektrolyse-Tankstelle (Entwicklung, Fertigung und Installation) erhielt die Firma H2 Logic A/S. Die Einbindung des Elektrolyseurs wurde durch den Unterauftragnehmer Clens (CLEAN ENERGY SOURCING AG) aus Leipzig realisiert.

25.3.2 Planung, Anlagendesign, Ausschreibung, Genehmigungsverfahren

Die Aktivitäten in diesem Arbeitspaket umfassten zum einen die Detailplanung für die technischen Anlagen, die Leitungsführung und die Bauausführung. Zum anderen wurden die Anlagenkomponenten (u.a. Elektrolyseur, Speicher, Verdichter, Dispenser, Leitungen, Steuerung) ausgeschrieben und beschafft. Die begleitende Unterstützung des Genehmigungsverfahrens der Anlagen nach BImSchG war ebenfalls Bestandteil dieses Arbeitspakets.

Die Detailplanung der Wasserstofftankstelle verzögerte sich aufgrund von Abstimmungsarbeiten, die zur erstmaligen Umsetzung eines Betankungsprozesses nach der SAE J2601 (Version 2014) erforderlich waren. Am Standort Schnackenburgallee wurde die neue Funktion der Flexibilisierung des Betankungsprozesses erstmalig für Deutschland realisiert. Das Bewilligungsverfahren nach dem BImSchG startete zwar planmäßig, gestaltete sich aber aufgrund der Integration der Elektrolyse und den damit verbundenen höheren Genehmigungsanforderungen umfangreicher als zunächst angenommen. Nach Freigabe durch den TÜV erfolgte ab dem 24.12.2014 der begleitete Betrieb mit eingeschränktem Nutzerkreis. Die offizielle Freigabe der Wasserstoffanlage durch die CEP lag zum 12.3.2015 vor, die Verzögerungen basierten in diesem Fall insbesondere auf den noch nicht abgeschlossenen Abstimmungsprozessen zum neuen SAE J2601-Standard.

Die vorliegenden Erfahrungen anderer CEP-Standorte wurde genutzt, um die Positionierung der Zapfsäule und der Vorkühlung, sowie die Lage und Länge der Leitungsstränge zwischen den Anlagenkomponenten zu prüfen. Ziel dieser Maßnahme war es, die Kosten (CAPEX, OPEX) und die resultierenden Energieverluste im Betrieb gering zu halten.

Zu dem am Standort Schnackenburgallee deutschlandweit erstmalig implementierten neuen Standard für Betankungsprozesse SAE J2601 in der Version 2014 existierten zu Vorhabenbeginn noch keine Erfahrungen im Alltagsbetrieb an einer öffentlichen Tankstelle. Daher entschied sich das Shell-Management für eine vorgelagerte, standortspezifische Risikoanalyse (HAZOP-Studie). Insbesondere bestand Klärungsbedarf bezüglich der Sicherheit im theoretisch möglichen Fall einer Überfüllung des Fahrzeugtanks. Hierzu fanden zeitgleich umfassende Diskussionen in der CEP zur

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Vereinheitlichung der Lösung statt, die jedoch für die Realisierung des Vorhabens Schnackenburgallee zu spät finalisiert wurden. Die Ergebnisse der Risikoanalyse fanden Eingang in die Diskussionen der CEP und unterstützten die Ergebnisfindung.

Zusätzlich wurde im Rahmen dieses Arbeitspakets eine Sicherheitsstudie für die Gesamtanlage erarbeitet. Hierzu wurden systematisch alle Teile des Projekts analysiert, die Sicherheitsarchitektur zwischen den Beteiligten abgestimmt, Sollfunktionen für alle Anlagenteile und Prozesse definiert und die Auswirkungen möglicher Fehlfunktionen beschrieben.

Bei der Erstellung der Dokumente für das Genehmigungsverfahren erwies sich der Austausch mit Mitarbeitern des CEP-Partners Vattenfall hilfreich, die bei derselben Hamburger Behörde bereits das BImSchG-Verfahren für ihren Standort HafenCity (HRS mit Elektrolyse) durchlaufen hatten. Als nachteilig erwies sich hingegen, dass die Behörde und der TÜV die existierende Genehmigung als Vorlage verwendeten und somit die deutlich höheren genehmigungsrechtlichen Anforderungen eines innerstädtischen Standorts im Wohngebiet mit höheren Produktionskapazitäten Anwendung finden sollten. Diese konnten im Laufe des Genehmigungsverfahrens in kontinuierlichen Gesprächen mit der Behörde und dem TÜV auf ein angemessenes Maß reduziert werden, so dass letztendlich nun Erfahrungen für unterschiedliche Standorte und Anlagengrößen für HRS mit Vorort-Elektrolyse in Hamburg vorliegen.

Durch die Verzögerungen des aufwändigeren Genehmigungsverfahrens nach BImSchG verspäteten sich die Aktivitäten zur Lieferung und Integration der Anlagentechnik um ca. 6 Monate. Der Mehraufwand für die Erstellung der Unterlagen band personelle Ressourcen, die ursprünglich für die Planung und Konstruktion des Wasserstoffteils der Anlagetechnik eingeplant waren.

Des Weiteren wurde im Rahmen des Verfahrens deutlich, dass genehmigungsrechtliche Anforderungen an die Technologielieferanten rechtzeitig kommuniziert werden müssen, um nachträgliche Anpassungen, Missverständnisse und einhergehend höhere Kosten zu vermeiden. Perspektivisch könnten Tankstellenbetreiber hier eine wichtige Funktion in der Wissensvermittlung übernehmen und neuen Technologielieferanten den Markteintritt erleichtern. Als Lerneffekt aus dem Genehmigungsverfahren werden daher in zukünftigen Ausschreibungen die für eine Genehmigung nach BImSchG erforderlichen Informationen und technologischen Spezifikationen integriert.

Der für das Vorhaben beschaffte und am Standort eingesetzte Elektrolyseur wurde steuer- und regelungstechnisch an die Erfordernisse des Regelenergiemarkts angepasst und optimiert (u.a. Erhöhung der Startgeschwindigkeit). Nach Abschluss der Arbeiten wurde die Genehmigung für die Teilnahme am Regelenergiemarkt zum 1.9.2015 erteilt. Jedoch konnte der Elektrolyseur nicht von Beginn an zuverlässig genug für eine regelmäßige Teilnahme am Regelenergiemarkt betrieben werden. Kleinere Fehler und Probleme, wie z.B. ein fehlerhafter Betriebsstundenzähler, traten in der Betriebsphase (Arbeitspaket 3) auf und wurden jeweils zeitnah behoben.

25.3.3 Aufbau der Anlage

Das Arbeitspaket umfasste den Aufbau der in Arbeitspaket 1 geplanten und beauftragten Anlagen und die Erbringung aller sonstigen Bauleistungen wie Bauvorbereitung des Geländes, Bereitstellung, Ver- und Entsorgungsinfrastruktur, Tiefbauarbeiten und Außenanlagen.

Shell zeichnete sich verantwortlich für den Aufbau und die Inbetriebnahme der kompletten CGH2-Schiene. Die CGH2-Schiene umfasst die folgenden Module:

• • On-Site Elektrolyse

• • Wasserstoffanlieferung

• • On-site Wasserstoffspeicherung

• • Wasserstoffverdichtungssystem

• • Hochdruckspeicher

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• • Wasserstoff-Vorkühlung

• • Dispenser

• • Verrohrung und Verbindungen

Darüber hinaus wurde die Wasserstofftankstelle an das öffentliche Strom- und Telekommunikationsnetz angeschlossen, der Elektrolyseur steuerungstechnisch in die Gesamtanlage eingebunden, für die Teilnahme am Regelenergiemarkt konditioniert und präqualifiziert.

Zur Einbindung der Anlage in die CEP-Prozesse wurde ein Kartenleser installiert, der die Betankungsfreigabe an geschulte Kunden ermöglichte und zur Datenerfassung der Betankungsdaten (Zeitpunkt, Menge, Störungen) diente. Die Einbindung der Anlage in das CEP-Tankstellenverfügbarkeitssystem verlief wie geplant und zeigte projektbegleitend die Verfügbarkeit der Tankstelle für die Tankkunden in Echtzeit über das Internetportal der CEP bzw. einen separaten Emailverteiler an.


Wie weiter oben bereits ausgeführt, startete der Probebetrieb mit eingeschränktem Nutzerkreis am 24.12.2014 und der Regelbetrieb nach offizieller Freigabe der Wasserstoffanlage durch die CEP am 12.3.2015. Die verzögerte CEP-Abnahme resultierte aus einem aufwändigen Abstimmungsprozess der teilnehmenden Firmen über den Umfang und Inhalt der Abnahme. Im Resultat lag der weltweit erste für das Betankungsprotokoll J2601:2014 abgestimmte Abnahmeprozess vor. Dieser Abnahmeprozess fand auch Einzug in die zum derzeitigen Zeitpunkt in Entwicklung befindliche ISO 19880-1.

Abbildung 46: Lieferung der Tankanlage inkl. Elektrolyseur und des H2-Standtanks

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Der öffentliche Betrieb der Wasserstofftankstelle war gekennzeichnet durch eine sehr geringe Nachfrage nach Wasserstoff über den gesamten Projektzeitraum. Die in der Antragsphase getroffene Annahme einer zeitnahen Aufstockung der Fahrzeugflotten am Standort Hamburg durch den Markteintritt des Toyota Mirai und des Hyundai ix35 erwies sich als für den Betriebszeitraum nichtzutreffend. Nichtsdestotrotz zeigte sich die Tankstelle auch unter den erschwerten Bedingungen einer Minderauslastung als überdurchschnittlich zuverlässig und wies eine kontinuierlich hohe Verfügbarkeit auf.

Unter den gegebenen Rahmenbedingungen war eine umfassende technisch-wirtschaftliche Betrachtung des gewählten Anlagensystems der Wasserstofftankstelle sowie des Zusammenspiels mit einem am Regelenergiemarkt eingebundenen Elektrolyseurs nicht belastbar möglich. Grundsätzlich kann jedoch gesagt werden, dass ein Zielkonflikt zwischen einer energiemarktkonformen Betriebsweise des Elektrolyseurs und der elektrolytischen Wasserstoffproduktion zur Versorgung einer standortgebundenen Nachfrage aus dem Mobilitätssektor für kleinere Tankstellen existiert: Das Systemdesign und die konkurrierende Zielstellung von Einbindung des Elektrolyseurs in den Regelenergiemarkt und nachfrageorientierter Produktion von Wasserstoff zur Betankung der Brennstoffzellenfahrzeuge in Hamburg haben zu im Projektzeitraum nicht lösbaren Konflikten im Bereich der Wasserstoffbilanz geführt. Es wurde insgesamt deutlich mehr Wasserstoff am Standort Schnackenburgallee produziert als nachgefragt. Auch deutlich größere Speicherkapazitäten hätten keine Entlastung gebracht, da die Überproduktion kontinuierlich anfiel. Die aus der Teilnahme am Regelenergiemarkt resultierenden Mehreinnahmen bzw. Minderkosten für Energie scheinen sich aus betriebswirtschaftlicher Sicht nicht zu rentieren, so dass die Eignung von dezentral an Tankstellenstandorten platzierten Elektrolyseuren ohne Anbindung an weitere Abnehmer (Gasnetz, Gebäudeenergieversorgung, Abfüllanlage etc.) zu hinterfragen bzw. weiter zu erforschen ist. Dieser Zielkonflikt kann voraussichtlich auch bei steigender Nachfrage nach Wasserstoff aus dem Verkehrssektor nicht aufgelöst werden bzw. erfordert temporär zusätzliche regionale Abnehmer oder auch ein erweitertes Speicherkonzept.

Betriebsbegleitend erfolgte die jeweils jährliche Aktualisierung des zu Beginn erstellten Sicherheitskonzepts, das u.a. die aus den Betriebserfahrungen resultierenden angepassten Wartungsplänen und Servicekonzepten umfasste. Es gab im Projektzeitraum keine Vorfälle oder

Abbildung 47: Anlagentechnik am Standort Schnackenburgallee

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sicherheitsrelevanten Störungen, die eine grundlegende Überarbeitung des Sicherheitskonzepts erforderten.

In der Betriebsphase wurden darüber hinaus Schwachstellen des aktuellen Anlagendesigns bzw. der Anlagenkomponenten identifiziert, die Einfluss auf die Gestaltung und Planung zukünftiger Anlagen haben, jedoch nicht im Rahmen des aktuellen Vorhabens beseitigt werden konnten. So wurden beispielsweise die nachgeschalteten Sensoren der Elektrolyse zur Messung der Feuchtigkeit im Gasstrom als technologisch noch nicht ausreichend für die Verwendung im Tankstellenbetrieb identifiziert, da sie aktuell bis zu 5 Minuten benötigen, um einzulaufen. Die Teilnahme am Regelenergiemarkt erfolgt jedoch im Minutenmarkt. In Folge muss der Wasserstoff, der innerhalb der ersten Minuten ohne verlässliche Sensorik durch den Elektrolyseur produziert wird, aus Gründen einer nicht nachweisbaren Qualität abgeblasen werden. Im Falle eines häufigen An- und Abfahrens des Elektrolyseurs stehen so beträchtliche Mengen an Wasserstoff nicht mehr für die Anwendung in einem Brennstoffzellenfahrzeug zur Verfügung. Es besteht daher ein dringender F&E-Bedarf zur Entwicklung schneller anspringender Sensoren, sollte die Einbindung von Elektrolyseuren im

Regelenergiemarkt ähnlich stark diskontinuierlich erfolgen wie im Projektvorhaben beobachtet.

Die gemeinsam mit dem Hersteller Walther entwickelte und am Standort Schnackenburgallee erstmals eingesetzte Walther-Kupplung wurde im Rahmen des Füllkupplungstests der CEP durch Erstnutzer vergleichend zur an anderen Standorten eingesetzten WEH-Kupplung evaluiert. Jeder der 15 Testkunden führte im Winter 2016 (Januar/ Februar) je eine Testbetankung mit der WEH-Kupplung an der HRS Hafencity und mit der Walther-Kupplung an der HRS Schnackenburgallee durch. Die Testbetankungen wurden beobachtend erfasst (“objektive Evaluation”) und die Testkunden anschließend in Einzelinterviews zu ihren Erfahrungen qualitativ befragt (“subjektive Evaluation”).

Abbildung 48: Walther-Befüllkupplung

25.3.5 Koordinierung, Management und Evaluation

Das Vorhaben war strukturell und organisatorisch in die Koordinierung des Gesamtvorhabens CEP eingebunden („Übergeordnetes Modul“). Der fachliche Austausch und die übergeordneten Diskussionen zur Anlagenevaluierung fanden vorwiegend in den CEP-Gremien statt. Die Inhalte sowie personellen und finanziellen Aufwände zur Gremienteilnahme sind daher dem Projektvorhaben „Übergeordnetes Modul“ zuzuordnen und werden dort berichtet. Zusätzlich zur Gremienarbeit in der CEP wurden folgende Aktivitäten zur projektbegleitenden Betreuung des Vorhabens „HRS-Schnackenburgallee“ realisiert, die dem Arbeitspaket 4 zuzuordnen sind:

• die technische und kaufmännische Koordinierung der Aktivitäten (unternehmensintern und gegenüber den Unterauftragnehmern);

• die Abstimmungen mit dem Fördermittelgeber und seinem Projektträger;

• die unterstützende Zuarbeit und Sicherstellung der Lieferung von Daten und Informationen an die CEP und die 50HRS-Begleitforschung (u.a. Betriebs- und Anlagendaten, Erfahrungswissen des Beschaffungsprozesses und der Inbetriebnahme);

• interne Auswertungen zur technischen und wirtschaftlichen Evaluierung der Einbindung von kleinen dezentralen Wasserstofferzeugungsanlagen in den Regelenergiemarkt inklusive fachliche Unterstützung der angegliederten Masterarbeit der TU Hamburg-Harburg;

• unternehmensinterne Bewertung des Projekterfolgs durch technische und wirtschaftliche Analysen.

Im Projektzeitraum wurden die Anlagen am Standort Schnackenburgallee einer Vielzahl von nationalen und internationalen Besuchern aus Industrie, Politik und Forschung präsentiert.

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Im Rahmen des Vorhabens konnten fast alle gesetzten Ziele erreicht werden. Trotz der Verzögerungen bei der Genehmigungsplanung und der Freigabe durch die CEP war mit 18 Monaten ein ausreichend langer Betriebszeitraum der Betankungs- und Produktionsanlagen am Standort Schnackenburgallee gegeben, um eine valide Einschätzung der Anlagenleistung und Validierung des Systemdesigns unter den im Projektzeitraum vorliegenden Rahmenbedingungen einer unerwartet geringen Nachfrage nach Wasserstoff und resultierend geringen Anlagenauslastung zu ermöglichen.

Tabelle 2: Übersicht Zielerreichung


Partizipation am Regelenergiemarkt durch Integration des Elektrolyseurs als flexiblen Stromverbraucher ins Netz und schrittweiser Aufbau von Know-how in diesem Bereich

Die 180kW PEM-Elektrolyse wurde in den Regelenergiemarkt integriert und Erfahrungswissen Shell-intern aufgebaut. Ein wissenschaftlicher Know-How-Transfer fand in Kooperation mit der TU Hamburg-Harburg statt.

Bedarfsorientierte Steuerung des Elektrolyseurs im Rahmen des Virtuellen Kraftwerks von Vattenfall in Abhängigkeit von Stromangebot und Wasserstoffnachfrage

Eine bedarfsorientierte Steuerung konnte aufgrund des niedrigen Absatzes von Wasserstoff am Standort Schnackenburgallee entgegen der ursprünglichen Planung nicht erfolgen.

Bereitstellung von Wasserstoff (CGH2, 700bar, max. 80 kg/d) für die in Phase III der CEP betriebenen PKW

Es wurden insgesamt 1.091 kg Wasserstoff im Zeitraum Januar 2015 bis Juni 2016 durch eine Tankstelle der H2Mobility-Spezifikation „small“ an die in Hamburg fahrenden Pkw abgegeben.

Unterstützung des Aufbaus eines Infrastrukturnetzwerks mit lokaler Flächendeckung in Kernregionen (Ziel des 50 HRS-Programms)

Die Tankstelle Shell-Schnackenburgallee ergänzt das in der Kernregion Hamburg verfügbare Infrastrukturnetzwerk und deckt die Nachfrage im Zentrum bzw. nordwestlichen Bereich der Stadt ab.

Bereitstellung von mindestens 50 % regenerativ erzeugtem Wasserstoff, erzeugt durch die On-Site-Elektrolyse an der Station

70 % der am Standort Schnackenburgallee abgegebenen Mengen Wasserstoff entstammten der elektrolytischen Vor-Ort-Produktion. Da die Einbindung an den Regelenergiemarkt nicht über Grünstromzertifikate erfolgt, sondern über eine Anpassung der Produktionszeiten und -mengen an die Erfordernisse der Netzstabilisierung in Zeiten von Stromüberschussmengen im System, kann davon ausgegangen werden, dass die verwendeten Strommengen zu 100 % aus erneuerbaren Energien stammen. Die 30 % Lieferwasserstoff waren zur Sicherstellung der Wasserstoffqualität erforderlich, da aufgrund der späten Sensorreaktion beim elektrolytisch gewonnenen Wasserstoff mit für die Betankung zu feuchtem Wasserstoff gerechnet werden

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musste.

Verknüpfung von erneuerbaren Energien und innovativen Mobilitätsanwendungen durch die Erzeugung von Wasserstoff als Kraftstoff aus erneuerbaren Energien

Durch die elektrolytische Vor-Ort-Produktion von Wasserstoff und die Einbindung des Elektrolyseurs in den Regelenergiemarkt wurde im Vorhaben eine direkte Verknüpfung der Energie- und Verkehrswende realisiert.

Einsatz und Erprobung neuester verfügbarer Technologien für die Erzeugung, Aufbereitung, Speicherung und Abgabe von Wasserstoff als Kraftstoff

Im Rahmen des Vorhabens wurde erstmals die mit dem neuen Betankungsprotokoll der J2601 (2014) verbundene Flexibilisierung des Betankungsprozesses erfolgreich realisiert sowie die gemeinsam mit dem Unternehmen Walther entwickelte neue Betankungskupplung im Alltag erprobt.

Maßgebliche Steigerung der Effizienz der Speicherungs- und Verdichtungseinrichtungen gegenüber früheren Generationen

Eine abschließende Evaluierung der Effizienz von Speicherungs- und Verdichtungseinrichtungen gegenüber früheren Generationen konnte aufgrund der nur geringen Anlagenauslastung nicht belastbar erfolgen. Die Erfahrungen lassen jedoch vermuten, dass auch bei höherer Auslastung keine Steigerung in relevantem Ausmaß mit der vorhandenen Technologie erzielt werden können. Jedoch konnten an anderer Stelle durch ein geändertes Kühlkonzept deutliche Einsparungen im Vergleich zur Bramfelder Chaussee erzielt werden.

Einsatz eines hoch effektiven und weitgehend wartungsfreien PEM-Elektrolyseurs zur Erzeugung des Wasserstoffs

Der eingesetzte Elektrolyseur entsprach hardwaretechnisch den Erwartungen, die Softwareeinbindung gestaltete sich schwieriger und erforderte Nachbesserungen. Obwohl der Betrieb der PEM-Elektrolyse gegen Projektende immer stabiler lief, kann der Einsatz nicht als „weitgehend wartungsfrei“ eingestuft werden.

Deutliche Erhöhung der Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der Station im Vergleich zu Vorgängeranlagen durch entsprechende Lastenhefte, Vertragsvereinbarungen mit definierten Zuverlässigkeitsraten und Reaktionszeiten, Entwicklung von Wartungsplänen und systematische Fehleranalyse

Im Vorhaben konnte eine deutlich höhere Zuverlässigkeit im Vergleich zum Standort Bramfelder Chaussee erzielt werden. Das verwendete Lastenheft erwies sich als absolut geeignet, die Reaktionszeiten waren vertraglich vereinbart. Es wurden gemeinsame Wartungspläne und Fehleranalysen mit dem Anlagenlieferanten H2Logic/ NEL entwickelt. Da am Standort Bramfelder Chaussee ein anderer Unterauftragnehmer mit abweichenden Prozessen und Unternehmensstrategien beauftragt war, ist der Einfluss weiterer Rahmenbedingungen neben Lastenheft und Vertragsgestaltung auf die Zuverlässigkeit und Performance der Anlagen nur unvollständig zu

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quantifizieren.

Entwicklung von Anlagentechnik und Betriebskonzepten unter Berücksichtigung der spezifischen Regelungen und Anforderungen des Energiemarkts und der Stromnetze bei der Planung, Überwachung und Steuerung

Die technische und organisatorische Integration einer kleinen PEM-Elektrolyse in den Regelenergiemarkt ist möglich, macht jedoch aus betriebswirtschaftlichen Gründen keinen Sinn.


Die Analyse- und Forschungsaktivitäten fanden wie geplant in der Betriebsphase statt, führten jedoch mangels kontinuierliche bzw. zu geringer Auslastung der Anlagen zu keinen belastbaren Aussagen für den Tankstellentypus „Small“ mit integrierter elektrolytischer On-Site-Produktion.

Erweiterung der Versorgungsinfrastruktur für das Hamburger Stadtzentrum im Interesse einer Bindung der im Wesentlichen im Zentrum ansässigen Kunden und hiermit Sicherstellung eines hohen Nutzungsgrades der eingesetzten Fahrzeuge der Mobilitätspartner der CEP

Aufgrund der wenigen Fahrzeuge in der Region Hamburg konnte das Ziel zwar angebotsseitig erfüllt werden, stieß jedoch nicht auf die erwartete Nachfrage.

Die Betriebsphase der Wasserstofftankstelle war erfolgreich, jedoch wie oben berichtet gekennzeichnet durch eine geringe Nachfrage nach Wasserstoff aufgrund von unerwartet geringen Flottenstärken am Standort Hamburg.

Abbildung 49: Erfolgreiche Betankungen Shell-Schnackenburgallee (März 2015- November 2016)

Die Performance der Anlage (siehe Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden.), die das Verhältnis im ersten Versuch erfolgreichen Betankungen zur Gesamtanzahl an Betankungsversuchen beschreibt, konnte auf durchgehend hohem Niveau sichergestellt werden und war

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überdurchschnittlich für die H2-Tankstellen in der CEP. Die durchschnittliche Verfügbarkeit der Tankstelle lag im Jahr 2015 bei 92 % und konnte im Jahr 2016 auf 98 % gesteigert werden.

Der Betrieb der Tankstelle war gekennzeichnet durch eine Überproduktion von Wasserstoff aus Sicht des Tankstellenbetriebs, die jedoch zur Demonstration der Einbindung der Elektrolyse in den Regelenergiemarkt erforderlich war: Die im Projektzeitraum abgetankten Mengen Wasserstoff betrugen 1.091 kg (siehe Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden.) und standen einer am Standort Schnackenburgallee produzierten Wasserstoffmenge in Höhe von 3.791 kg gegenüber. Aufgrund der geringen Wasserstoffnachfrage konnten die im Vorhaben beabsichtigen Erfahrungen zur Optimierung der Wirtschaftlichkeit von Wasserstofftankstellen nicht im ursprünglich geplanten Umfang erfolgen.

Abbildung 50: Key performance indicators (KPI) der Tankstelle Schnackenburgallee im

Projektzeitraum

Die durchgängig hohe Verfügbarkeit der Tankstelle wurde nur im Juli 2015 nicht erreicht (81 %): diese Abweichung hatte im Wesentlichen die folgenden Ursachen:

• Ein H2-Sensor produzierte wiederholt Fehlalarme, die aus Sicherheitsgründen immer überprüft werden mussten. Der Sensor war auszutauschen.

• Es kam wiederholt zu fehlgeschlagenen Anlagenselbsttests während der Nacht.

• Durch LPG-Tankkunden, die die Nachbarzapfsäule nutzten, wurde wiederholt der Not-Aus betätigt. Ursächlich hierfür war die Gewohnheit der LPG-Kunden, zum Start der LPG-Betankung einen roten Knopf zu drücken. Die Beschriftung des Wasserstoff-Not-Aus wurde dabei nicht in ausreichendem Maß zur Kenntnis genommen. Entsprechend wurde der Not-Aus mit einer einzuschlagenden Glasabdeckung gesichert, um Fehlbedienungen zu unterbinden.

Eine im Rahmen des Vorhabens durchgeführte Testkampagne hat gezeigt, dass eine Versorgung auch höherer Nachfragemengen sicher und zuverlässig über die Speicherbündel erfolgen kann. Alle angeforderten Spezifikationen wurden unter den gegebenen Testbedingungen problemlos erfüllt. Jedoch können daraus keine Aussagen über die Anlagenperformance und Verfügbarkeit unter Dauerauslastung getroffen werden, da auch die Testkampagne nur kurzzeitige Peaks in der Nachfrage generierte und keine kontinuierliche Nachfrage bzw. Belastung der Anlage erfolgte.

Das originäre Ziel der in Zusammenarbeit mit dem 50 HRS-Begleitforschungsprogramm durchgeführten Belastungstestkampagne war die höhere Auslastung der Wasserstofftankstelle unter

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spezifischen Auslastungsbedingungen, um das Verhalten der Betriebsparameter der Anlage bei zukünftig erhöhter Tankstellenauslastung zu simulieren. Im Bereich der Energiedatenauswertungen wurden zu diesem Zweck Technologien zur Energiedatenerfassung am Standort Schnackenburgallee nachgerüstet, die eine detaillierte Auswertung von Verbrauchsdaten der Tankstelle ermöglichten. Die zu Beginn noch unzureichende Qualität der erfassten Daten für die Zwecke der Energieanalysen der Begleitforschung konnte im September 2015 durch eine Neu-Installation der Systeme behoben werden.

Der Vergleich der gerätspezifischen Stromaufnahme im Alltagsbetrieb der Tankstelle und während der Belastungstests zeigt eine erwartungsgemäße Abhängigkeit des Stromverbrauchs des Verdichters von der Betankungsmenge, da gemäß Betriebskonzept der Verdichter nach Betankungen den Hochdruckspeicher mit gleicher Menge wieder aufpuffert. Der Stromverbrauch für die Vorkühlung hingegen ist von der Abtankmenge nur geringfügig abhängig und entspricht eher einem konstanten Grundlastverbrauch. Anders als beim Stromverbrauch des Verdichters sinkt mit zunehmender Abtankmenge der spezifische Verbrauch kWh/kg/d daher proportional: Während der spezifische Stromverbrauch für Verdichtung und Vorkühlung bei 5 kg H2/Tag bei ca. 20 kWh/kg lag, reduzierte sich dieser bei den Belastungstests bei 20 kg H2/Tag auf ca. 10 kWh/kg.

Abbildung 3: Stromverbrauch der HRS Schnackenburgallee im Alltagsbetrieb und bei Belastungstests

Tabelle 4: Stromverbrauch am Standort Schnackenburgallee währen der Belastungstests

Test Tankmenge

[kg]

Vorkühlung

[kWh/d]

Verdichter

[kWh/d]

Vorkühlung

[kWh/kg]

Verdichter

[kWh/kg]

optimal 22,4 117,6 110,9 5,3 5,0

maximal 10,3 106,3 36,6 10,4 3,6

Die durchweg positiven Erfahrungen mit der Wasserstofftankstelle am Standort Schnackenburgallee wurden nur gelegentlich durch folgende Störungen und Vorfälle unterbrochen:

• Im Frühjahr 2016 musste aufgrund einer ungenügenden Sensorik zur Messung des Feuchtigkeitsgehalts des produzierten Wasserstoffs mit dem Ziel der Sicherstellung einer qualitativ hochwertigen Wasserstoffabgabe an die Brennstoffzellenfahrzeuge zusätzlich Lieferwasserstoff von in Summe 347 kg beschafft werden (neben der Betankung auch zum Spülen des reparierten Tanks bzw. der Leitungen verwendet);

!

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• Im März 2015 traten Undichtigkeiten an den Speichertanks auf, die ohne Auswirkungen auf den Betrieb blieben und aufgrund der sehr geringen Mengen nicht sicherheitsrelevant waren. Dennoch erfolgte eine umfassende Fehleranalyse zur Identifizierung der Ursachen. Es stellte sich heraus, dass aus nicht nachvollziehbaren Gründen Einschrauber mit ungeklärter Funktionalität in die Tankwand eingesetzt worden waren. Nach Entfernung dieser Einschrauber und Verschließen der Tanks traten keine weiteren Verluste an den Speichertanks auf. Die erneute TÜV-Abnahme der Tanks am 13.01.2016 war erfolgreich und sicherte die Betriebserlaubnis am Standort.

Der Betrieb der Elektrolyse erfolgte in Verantwortung des in Leipzig ansässigen Dienstleisters Clens, der als Experte im Bereich Netzdienstleistungen die Einbindung der Elektrolyse in den Regelenergiemarkt realisierte. Es stellte sich im Rahmen des Projektvorhabens heraus, dass die Einbindung des Elektrolyseurs in den Regelenergiemarkt nach anfänglichen kleineren Systemanpassungen technologisch problemlos möglich ist. Der bereits erwähnte Forschungsbedarf bei der Sensorik (Feuchtigkeitsmessung in den ersten Minuten nach Anlagenstart) ist aus Sicht von Shell lösbar und sollte kein Hindernis bei der zukünftigen Einbindung von PEM-Elektrolyseuren in das Stromverbundnetz darstellen.

Die am Standort Schnackenburgallee aufgrund des aktuellen Anlagendesigns (auf Nachfrage dimensionierte Speicherkapazitäten, fehlende Abfüllanlage für die standortferne Nutzung des Wasserstoffs, fehlende Anbindung an das Gasnetz) und der geringen Wasserstoffnachfrage aus dem Verkehrsbereich nicht abschließend quantifizierbare Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems hat doch im Betrieb wichtige Hinweise auf die zukünftigen Herausforderungen ergeben:

• Die Teilnahme am Regelenergiemarkt erfolgt heute über externe Dienstleister, deren Personalaufwand bezahlt werden muss und die potenziellen Mehreinnahmen aufgrund der günstigen Energiepreise an der Börse mindert. Es ist zu erforschen, wie die Teilnahme am Regelenergiemarkt zunehmend automatisiert werden kann und die Steuerung der Elektrolyse „smart“ erfolgt.

• Der Zielkonflikt zwischen Produktion (Lastmanagement Stromnetz) und Vertrieb (Betankung Fahrzeuge) muss konzeptionell gelöst werden. Es besteht Unklarheit, wie sich die Preise und der Bedarf für Regelenergie in Zukunft entwickeln werden. Die Analysen der begleitenden Masterarbeit lassen darauf schließen, dass bei steigender Nachfrage nach Wasserstoff die im Regelenergiemarkt verfügbaren Strommengen zu gering sein werden und perspektivisch mit regulären Strompreisen gerechnet werden muss. Es wird abgeraten, Geschäftsmodelle und Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen allein auf Sonderkonditionen des heutigen Regelenergiemarkts hin auszureichten.

• Die Anlage an der Schnackenburgallee war weder technologisch noch genehmigungsrechtlich auf eine Trailerabfüllung zur Versorgung weiterer HRS-Standorte oder auf die Einspeisung überschüssigen Wasserstoffs in das Gasnetz ausgelegt. Eine Vermarktung jenseits der standortbezogenen Nachfrage aus dem Verkehrsbereich zur Verbesserung der Wasserstoffbilanz konnte daher nicht erfolgen. Eine nachträgliche Anpassung des Systemdesigns wurde intern geprüft, jedoch aufgrund kostenintensiver und administrativ aufwändiger Prozesse zur Einhaltung der regulativen Rahmenbedingungen für das aktuelle Projektvorhaben verworfen (u.a. Verladen im Sinne der GGVS/ Gefahrgutverordnung Straße). Auch hätte bei Weitergabe des Wasserstoffs eine zusätzliche Qualitätssicherung erfolgen müssen.

• Die im Rahmen der begleitenden Masterarbeit erfolgte Modellierung der Anlage zur Evaluierung der Wirtschaftlichkeit hat ergeben, dass sich mit dem gegebenen Anlagendesign, unter Verwendung von Regelenergie und bei einer Produktionsmenge von durchschnittlichen 111 kg H2/ Tag Wasserstoffproduktionskosten von 4,92 €/ kg realisieren lassen. Im Idealfall können bei einer Produktion von 173kg H2/ Tag die Produktionskosten auf 2,73 €/ kg H2 reduziert werden.

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• Unter Verwendung von Stromkosten inklusive der gesamten Steuern- und Abgabenlast, die ein Endverbraucher aktuell zu zahlen hat, ergeben sich für das am Standort Schnackenburgallee realisierte Vorhaben gemäß den Analysen der Masterarbeit Produktionskosten in Höhe von 6,55 €/ kg H2.

Der Tankbetrieb der Anlage erfolgt zunehmend im automatisierten Modus (J2601 Betankungsprotokoll in der Version 2014), war jedoch mit einem höheren Personalaufwand im Bereich Service- und Wartung verbunden, als erwartet. Im Rahmen dieses Vorhabens wurde erstmals der Beweis erbracht, dass sich die neuen Betankungsprotokolle im Alltag positiv auf die Verfügbarkeit der Anlage sowie die Anlagenperformance auswirken. Im Ergebnis konnte die Anzahl der Betankungsabbrüche im Vergleich mit anderen HRS deutlich reduziert werden, was zu einer verbesserten Nutzerfreundlichkeit führte.

Begleitend zur erstmaligen Realisierung des neuen Betankungsprotokolls fand die CEP-interne Validierung des Betankungsprozesses statt, die mit der Freigabe der Anlage zur Betankung durch CEP-Kunden im März 2015 endete. Die Leitungsverantwortung der Shell für die zuständige Arbeitsgruppe 24 der ISO, die sich intensiv mit weiterführenden Fragen bezüglich der sicheren Betankung von GH700 beschäftigt, wurde genutzt, um alle Erfahrungen zeitnah in die Gremienarbeit einzuspeisen.

Die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung der Betankungsanlage sowie die Analysen zur Energieeffizienz konnten aufgrund der geringen Nachfrage nach Wasserstoff am Standort Hamburg - hervorgerufen nicht nur durch die hinter der ursprünglichen Planung zurückbleibende Anzahl der Pkw, sondern auch durch die rückläufigen Betankungsmengen je Fahrzeug - nur unvollständig und damit nicht belastbar erfolgen. Ebenso sind die Ergebnisse zur Anlageneffizienz nur unter Vorbehalt interpretierbar. Das Forschungsdesign für den Betrieb der Elektrolyse (Einbindung in den Regelenergiemarkt) stellte sich unter diesen Rahmenbedingungen als nicht zielführend heraus, da die Optimierung der Einbindung in den Regelenergiemarkt zu einer erheblichen Überproduktion von Wasserstoff am Standort führte. Die für die Betankungsvorgänge dimensionierten Speicherkapazitäten waren über große Zeiträume nicht in der Lage, die Mengen Wasserstoff aufzunehmen und zu speichern. Alternative Verwendungsmöglichkeiten von Wasserstoff am Standort (Abfüllanlage zum Abtransport, Einspeisung in das Gasnetz) wurden geprüft aber als unwirtschaftlich und technisch hochkomplex verworfen.

Im Ergebnis der Zusammenarbeit mit dem deutschen Füllkupplungshersteller Walther, der vor Projektbeginn eine Einstellung der Aktivitäten in Erwägung zog, konnten technologische sowie wirtschaftliche Optimierungspotentiale aufgedeckt, eine neue Befüllkupplung entwickelt und somit eine Beschaffungsalternative zum konkurrierenden Füllkupplungshersteller WEH gesichert werden. Insgesamt schnitt die Kupplung gut ab und kleine Änderungen am Design der Zapfpistole führten dazu, dass der Vorgang des Ankuppelns für den Kunden in Folge vereinfacht wurde.

Tabelle 5: Ergebnisse der Befüllkupplungstests (Walther-Kupplung)

Das Aufsetzen und Arretieren der Kupplung Die Entriegelung und Trennung der Kupplung

• war für gut die Hälfte der Testkunden mit Schwierigkeiten verbunden. Die ungewohnte Funktionsweise der Kupplung erschien ursächlich für diese Schwierigkeiten, sie wurde zum Teil eingehend angeschaut sowie das falsche Maß an Kraft aufgewendet. Zudem wurde die Kupplung/Hülse zu weit vorne angefasst;

• erforderte bei fast allen Testkunden mehrere Anläufe (zu viel Kraft angewendet);

• war mit einem nicht eindeutigen Entriegelungsmechanismus verbunden (es wurde nicht deutlich, wie die Hülse bzw. die Kupplung zu bewegen wäre);

• es wurde mehrfach versucht, die Hülse nach hinten zu ziehen.

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• war mit einem deutlich spür- und hörbaren Einrasten der Kupplungshülse verbunden, was als sehr positiv wahrgenommen wurde und sogar die Schwierigkeiten mit dem ungewohnten Mechanismus in der subjektiven Einschätzung der Kunden aufzuwiegen vermochte (vermittelte Sicherheit);

• ein visueller Hinweis zur Identifizierung des beweglichen Teils der Verriegelung am Griff hilfreich für die Benutzung der Kupplung durch Erstnutzer als hilfreich erachtet wurde.

Auch wenn die objektive Evaluation durch Beobachtung des Betankungsvorgangs bei beiden Tankkupplungen Probleme identifizierte, so war auffällig, dass in der subjektiven Wahrnehmung die Walther-Kupplung besser als die geläufigere WEH-Kupplung bewertet wurde. Sie vermittelte aufgrund des hörbaren Einrastens und der festen Verbindung mit dem Fahrzeug mehr Sicherheit für den Tankkunden.

Die Ergebnisse der Füllkupplungstests wurden mit dem Technologielieferanten Walther besprochen

und mündeten in einer Optimierung der Hülse zur erleichterten Bedienung durch den Tankkunden.


Die Wasserstofftankstelle am Standort Schnackenburgallee wird ab dem 1. Quartal 2017 durch die H2Mobility weiter betrieben. Die im Projektvorhaben erzielten Ergebnisse haben wertvolle Hinweise für das Systemdesign und die Anlagenauslegung des Folgevorhabens der Shell „5Hy“ gegeben. So wurde auf die Errichtung einer Kleinstelektrolyse an den Tankstellenstandorten verzichtet, da hier im Projektzeitraum keine Änderungen der technologischen und regulativen Rahmenbedingungen zu erwarten sind und die Wirtschaftlichkeit dieser Lösung nicht gegeben ist. Auch wurde das Thermomanagement angepasst, um die Erkenntnisse des Vorhabens Schnackenburgallee bzw. der CEP-Begleitforschung zur Steigerung der Gesamtenergieeffizienz umzusetzen.

Im Resultat des ausführlichen Abstimmungsprozesses mit den Hamburger Genehmigungsbehörden liegt der weltweit erste für das Betankungsprotokoll J2601:2014 abgestimmte Abnahmeprozess vor, der Einzug in die zum Projektzeitraum in Entwicklung befindliche ISO 19880-1 gefunden hat.

Im Ergebnis der Zusammenarbeit mit dem deutschen Füllkupplungshersteller Walther, der vor Projektbeginn eine Einstellung der Aktivitäten in Erwägung zog, konnten technologische sowie wirtschaftliche Optimierungspotentiale aufgedeckt, eine neue Befüllkupplung entwickelt und somit eine Beschaffungsalternative zum konkurrierenden Füllkupplungshersteller WEH gesichert werden.

Die Tatsache, dass die Sensorik (insbesondere Feuchtemessgerät) der Elektrolyse in den ersten 5 Betriebsminuten nicht zuverlässig misst, zeigt einen weiteren F&E-Bedarf, da der in diesem Zeitraum produzierte Wasserstoff aufgrund einer nicht nachweisbaren Wasserstoffqualität nicht für die Betankung in Brennstoffzellenfahrzeugen genutzt werden kann.

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26 PROJEKTMODUL: SmartFuel® für Hamburg – Entwicklung und Demonstration einer betriebsoptimierten Wasserstofftankstelle am Standort Hamburg

Projekttitel: SmartFuel® für Hamburg – Entwicklung und Demonstration einer betriebsoptimierten Wasserstofftankstelle am Standort Hamburg


Air Products GmbH


01.09.2014 – 30.06.2017

Förderquote 48%


Förderkennzeichen: 03BV239A / 03BV239B


26.1 Kurzfassung

Geplant war es, eine SmartFuel®-Tankstelle im Gewerbegebiet des Hamburger Stadtteils Moorfleet zu errichten. Dabei sollte eine integrierte Tankstelle nahe dem Autobahndreieck A1/A25, an der Andreas-Meyer-Straße, als modulares Konzept (Speicher, Kompressor, Betankungsanlage) entwickelt sowie erprobt werden und damit die Verfügbarkeit von HRS-Anlagen insgesamt gesteigert und Betriebskosten gesenkt werden.


Im Vorhaben „SmartFuel® für Hamburg (SFHH)“ sollte die Entwicklung und Demonstration einer betriebsoptimierten und öffentlich zugänglichen Wasserstofftankstelle in Hamburg umgesetzt werden. Es war geplant, dass die Wasserstofftankstelle über einen Zeitraum von bis zu 24 Monaten einen sicheren, zuverlässigen und alltagsgerechten Betrieb aufzeigen kann. Dabei sollte den Erwartungen und Anforderungen der Kunden – hohe Tankstellenverfügbarkeit, sichere Betankung und nutzerfreundliche Bedienung – sowie der Betreiber – niedrigere Betriebs- und Investitionskosten, Integrierbarkeit in vorhandene Strukturen und Prozesse von konventionellen Tankstellen,– entsprochen werden.

Das im Vorhaben hinzugezogene Technologiesystem SmartFuel® der Air Products GmbH sollte weiterentwickelt, angepasst und optimiert werden. Es wurde darauf abgezielt, dass

• die Komponenten- und Systemzuverlässigkeit erhöht wird,

• die Wartung- und Serviceaktivitäten erleichtert werden sowie

• die Betriebs- und Investitionskosten gesenkt werden.

Im Detail waren dafür folgende Aktivitäten vorgesehen:

• Entwicklung eines verbesserten Kompressorsystems in Kompaktbauweise zur Reduzierung der Betriebs- und Investitionskosten sowie zur Erhöhung der nutzerseitigen Verfügbarkeit

• Entwicklung eines gestuften Kühlblocks zur Energieverbrauchsreduktion bei der 700 bar-Vorkühlung gem. SAE J2601 (2014) H70 T40-Betankungsprozessvorgaben sowie zur Nutzung mit integrierter 350 bar-Betankung gem. SAE J2601 (2014) H35 T20 für 700 bar-Fahrzeuge als Back-up zur Erhöhung der kundenseitigen Verfügbarkeit

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• Integration der weiterentwickelten und angepassten Komponenten in eine Gesamtanlage, die für zukünftige Kapazitätserweiterungen, die technologischen Systemanforderungen einer 500 bar-Druckgasanlieferung erfüllt

• Betrieb der HRS-Tankstelle zur Identifizierung von Verbesserungspotentialen (Systemleistung und -verfügbarkeit) sowie Evaluierung der Potentiale zur Kosten- und Energiereduktion

• Entwicklung von Schulungsmodulen für die Durchführung ausgewählter Wartungs- und Serviceaktivitäten durch zu qualifizierende Dritte (lokale Servicefirmen)

Bei den Entwicklungsarbeiten wurde das Hauptaugenmerk auf die Vereinfachung der Installation bzw. Montage, Reparatur und Wartung sowie Demontage der Systemkomponenten und der Gesamtanlage gelegt, damit auch auf externe Dritte (Unternehmen des Anlagenbau) beim Aufbau eines flächendeckenden Netzes von Wasserstofftankstellen zurückgegriffen werden kann.

Neben der technologischen Entwicklungsarbeit und der Installation der innovativen Systemkomponenten (Kompressor und Kühlblock s. o.) war der Demonstrationsbetrieb dafür vorgesehen, dass wichtige Erkenntnisse bzgl. Analyse und Quantifizierung der wirtschaftlichen und technischen Verbesserungspotentiale geliefert sowie der verbleibende Forschungs- und Entwicklungsbedarf abgeleitet werden.

Über die Qualifizierung von externen Dienstleistern, die erstmalig befähigt werden sollten Reparaturen und Wartungen am SmartFuel®-System durchzuführen und in diesem Bereich die Wasserstofftankstelle zu betreuen, wurde ebenfalls eine betriebswirtschaftliche Optimierung angestrebt.

26.3 Projektverlauf

Im Verbundvorhaben war geplant, ein modulares Tankstellenkonzept (Speicher, Kompressor, Betankungsanlage) zu entwickeln und zu erproben, um die Verfügbarkeit von HRS Anlagen zu steigern und die Betriebskosten zu senken.

Das mit dem Vorhaben demonstrierte Technologiekonzept umfasst u. a.

• Design und Dimensionierung einer modularen Anlage zur bedarfsgerechten Kapazitätserweiterung von Wasserstofftankstellen bei konstantem Flächenbedarf. Die zunächst auf 100 kg/Tag (@200 bar Anlieferung) ausgelegte Anlage soll durch eine kostengünstige Erweiterung der Tankstellenkapazität auf 200 kg/Tag (@500bar Anlieferung, „Small“ gem. H2 Mobility-Spezifikationen) erweiterbar sein.

• ein optimiertes Kompressorkonzept in kompakter Bauweise zur Erhöhung der Verfügbarkeit sowie Reduzierung des Wartungsaufwands, Investitionskosten und Platzbedarfs

• ein Backup-Systemdesign mit integrierter 350bar-Betankung nach SAE J2601 H35 T20 für 700bar-Fahrzeuge zur Erhöhung der kundenseitigen Verfügbarkeit. Hierzu wird ein neuartiger, gestufter Kühlblock im Vorhaben entwickelt.

Das gesamte Stationskonzept wurde mit der Prämisse einer flexiblen Aufstellung und Betriebsweise sowie niedriger Betriebskosten konstruiert. Die SmartFuel®-Station kann aufgrund der Kompaktbauweise im 20 Fuß-Container in bestehende Tankstellen integriert werden. Das System in diesem Vorhaben besteht aus den räumlich getrennten Anlagenteilen Niedrigdruckspeicher, SmartFuel®-Station und Zapfsäule (s. Abbildung 1).

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Abbildung 51: Verfahrensfließbild Tankstellenkonzept (Quelle: Air Products)

Es ist vorgesehen, dass der angelieferte, gasförmige Wasserstoff mit 200 bar im Niedrigdruckspeicher gelagert wird und damit der SmartFuel®-Station mindestens 110 kg nutzbaren Wasserstoff bereitstellt. Der Niedrigdruckspeicher besteht aus einzelnen, in einem Stahlrahmen eingefassten 200 bar Druckzylinder, die separat durch automatische Hydraulikventile bzw. manuelle Ventile steuerbar sind.

Der 200-bar-Speicher soll durch einen 500-bar-Speicher ersetzbar sein, um damit auf eine mögliche erhöhte Tankstellenauslastung reagieren zu können. Somit ergibt sich außerdem die Möglichkeit im Falle der Nichtverfügbarkeit des Kompressors per Druckausgleich eine vorgekühlte 350-bar-Betankung nach SAE J2601 H35 T20 (Backup-Lösung) durchzuführen. Dadurch soll die kundenseitige Tankstellenverfügbarkeit erhöht werden.

Die SmartFuel®-Station enthält die folgenden Kernkomponenten:

• Kolbenverdichter

• Hochdruckspeicherzylinder (930 bar Arbeitsdruck) mit 343 l Volumen

• Kühlmittelwärmetauscher

• Ventilationseinheit

• Anlagensteuerung

Die Anlage ist in eine ungefährdete und eine Ex-Zone unterteilt. In der Ex-Zone befindliche Komponenten müssen den ATEX-Leitlinien bzw. ATEX-Produkt-Richtlinien (ATEX "Atmosphères Explosibles" = explosionsfähige Atmosphären) entsprechen. Darüber hinaus werden verschiedene sicherheitstechnische Maßnahmen umgesetzt, bspw. Ventilatoren zum stetigen Luftaustausch, UV/IR-Detektoren sowie konstruktive Maßnahmen der Komponentenaufstellung.

Die Kernkomponente in dem Container der SmartFuel®-Tankstelle ist eine zweistufige Hydropac-FX-Verdichtereinheit mit 30 kW Hydraulikantrieb, die mit einem minimalen Saugdruck von 60 bar bis auf einen Enddruck von 930 bar verdichtet und in den Hochdruckspeicher einlagert. Die Weiterentwicklung soll den Hydraulikantrieb des Kompressors (Ölspeicher und –pumpe, Ventile, weitere Instrumente) von der restlichen Verdichtereinheit separieren, um ihn in den gefahrlosen Bereich positionieren zu können. Die Vorteile dieser Entkoppelung sind:

• geringere Investitionskosten, da der Hydraulikantrieb nicht die ATEX-Leitlinien erfüllen muss und die Ex-Zonen kleiner dimensioniert werden können

• bessere Ergonomie bei Wartungen des Hydraulikantriebs im gefahrlosen Bereich

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• geringerer Wartungsaufwand durch die offene Anordnung und bessere Zugänglichkeit der Arbeitszylinder und deren Dichtungen

Die Zapfsäule wird von der SmartFuel®-Station mit Zuleitungen auf Umgebungstemperatur des verdichteten Wasserstoffs und eines Kältemittels versorgt. Direkt unter der Zapfsäule befindet sich ein innovativer Wärmeübertrager, vor dem das Kältemittel entspannt wird (Temperaturabfall auf -50 °C), und erst dort der Wasserstoff auf -40 °C herunter gekühlt wird. Dieser besteht aus einer Baugruppe von Aluminium-Wärmeüberträgern, die sich jeweils auf unterschiedlichen Temperaturniveaus befinden. Der gestufte Wärmeübertrager wird im Betrieb permanent gekühlt, um gem. SAE J2601 H70 T40 den Wasserstoff sofort mit -40 °C zur Verfügung zu stellen.

Der gestufte Wärmeübertrager unter der Zapfsäule soll nach folgenden Kriterien konstruiert werden: niedriger Energiebedarf, geringe Wärmeeinträge sowie hohe Kapazitäten, um das Vorkühlen und Isolieren von Wasserstoffzuleitungen zu vermeiden. Durch die konstruktive Umsetzung soll eine exaktere Wasserstofftemperatur gem. Betankungsprotokoll und der Betrieb im Bestpunkt des Kältemittels erreicht werden. Zudem soll durch die Vorkühlung direkt der Zapfsäule auf eine energetisch aufwendige Vorkühlung der Wasserstoff-Zuleitung verzichtet werden. So können bis zu 5 Autos in der ersten Stunde direkt hintereinander gem. SAE J2601 H70 T40 betankt werden und darauffolgend 2 pro Stunde.

26.3.1 Projektvorbereitende Maßnahmen

In diesem Arbeitspaket war geplant, die Anforderungen und Leistungsmerkmale des Technologiesystems in Hinblick auf die Standortintegration und die zu erwartenden Nachfragemuster zu definieren. Außerdem wurden die notwendigen Analysen und Konzepte für die Genehmigungsplanung im Arbeitspaket 2 vorbereitet. Dazu sollten folgenden Aktivitäten durchgeführt werden:

• Projektaufbau

• Interne technische Abstimmung

• Technische Abstimmung mit Dritten (Energieversorger, Behörden, TÖB)

• Vorbereitung der Genehmigungsprozesse

• Erarbeitung und projektinterne Abstimmung eines Wartungs- und Servicekonzepts

• Aufstellungskonzept und Ausführungsplanung

• Begleitende Forschung

Die Aktivitäten wurden damit eingeleitet, dass zunächst das Vorhaben in die unternehmensinternen Prozesse integriert wurde. Dazu gab es eine Abstimmung bzgl. der Aufgabenverteilung sowie Festlegung von Verantwortungsbereichen (Personal- und Ressourcenallokation) für Einzelkomponenten, Schnittstellen etc.

Im Rahmen der internen technischen Abstimmung wurden im November 2015 neben der Auswertung der Standortanalyse und der Prüfung der örtlichen Gegebenheiten das Design und die Spezifikationen des Technologiesystems definiert sowie die Bewertung und Anpassung der vorhandenen Konzepte im Hinblick auf die Zielgrößen vorgenommen. Dabei wurden die Unterlagen zur Installation der Anlagenteile und zur Durchführung der begleitenden Baumaßnahmen vorbereitet, erstellt und teilweise übersetzt, da es sich bzgl. der SmartFuel®-Tankstelle um ein US-basiertes Design mit dementsprechenden Unterlagen handelt. Als Ergebnis wurde ein gemeinsamer Leistungskatalog mit den Anforderungen an die Technologie-, Betriebs- und Qualifizierungskonzepte erarbeitet. Zudem wurde eine Kooperationsvereinbarung der Verbundpartner erstellt, deren Bestandteile u. a. auch ein Lastenheft und ein Leistungskonzept waren. Im Anschluss konnte die Detailplanung für den weiteren Entwicklungs-, und Umsetzungsprozess vorgenommen werden.

Für die weitere technische Abstimmung wurde sich im Rahmen des Vorhabens bspw. mit Energie- und anderen Versorgern sowie Behörden und Trägern öffentlicher Belange (TÖB) der Stadt Hamburg

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ins Vernehmen gesetzt, um die Genehmigungsprozesse und -verfahren vorzubereiten, die dann Eingang ins Arbeitspaket 2, die Standortvorbereitung, gefunden haben. Dafür wurden zunächst vorhandene Infrastrukturen analysiert und zudem technologische und genehmigungsrechtlichen Risiken identifiziert. Vorbereitet wurden u. a. die Genehmigungsverfahren inkl. TÜV-Gutachten für die 200 bar- und 500 bar-Konzepte zur Anlieferung, nebst Zusammenstellung aller erforderlichen Genehmigungsunterlagen, sowie die Bau-und Betriebsgenehmigungen für den Standort.

Für die Ausführungsplanung wurden folgende Aktivitäten durchgeführt:

• Konzeptionierung und Planung der Integration in die konventionelle Tankstelle

• Erstellung des Aufstellungskonzepts für Speicher, Verdichter, Vorkühlung und Dispenser

• Erstellung des Leitungskonzepts

• Erstellung des Brandschutz- und Sicherheitskonzepts

Aufgrund der rechtlich unklaren Standortsituation in Hamburg Moorfleet vereinbarten die Verbundpartner im Juni 2016, den Standort Europaallee in Bremen als Ausweichstandort zu projektieren. Diese Doppelstandortstrategie hatte zur Folge, dass die projektvorbereitenden Maßnahmen auch für den Standort in Bremen durchgeführt werden mussten. Air Products entwickelte in Zusammenarbeit mit Total einen neuen Ex-Zonenplan und ein neues Aufstellungskonzept für die HRS, das u. a. die Positionierung des Containers, die Platzierung der Befüllmöglichkeiten, die Positionierung der Zapfsäule, neue Leitungslängen und Anpassungen der Gesamtanlage an die neuen Standortbedingungen beinhaltete. Mit der Bauvorbereitungsplanung wurde begonnen und die Anträge auf Bau- und Betriebsgenehmigung der Anlage gestellt.

Im dritten Quartal 2016 ist der Vorgang des Widerspruchs zugunsten des Betreibers TOTAL ausgegangen. Dementsprechend wurde das Vorhaben am ursprünglich geplanten Standort in Hamburg fortgesetzt, da in Abstimmung mit der NOW und dem PtJ der Standort Moorfleet als Projektstandort final festgelegt und vom bereits projektierten Ausweichstandort Europaallee in Bremen wieder Abstand genommen wurde.

Unter dem Arbeitspunkt Optimierung des Service- und Wartungskonzepts wurde mit der Erarbeitung und projektinternen Abstimmung begonnen. Die Erstellung kann jedoch erst abgeschlossen werden, wenn der reguläre Betrieb aufgenommen wird, was sich aufgrund der Verzögerungen auf das dritte Quartal 2017 bzw. erste Quartal 2018 verschiebt. Mit dem Unternehmen Bohlen & Doyen konnte ein zukünftiger Service-Anbieter für Wartung und Reparatur qualifiziert werden (s. Arbeitspakete 3 „Systementwicklung und -aufbau“ und 6 „Qualifizierung“).

Für die Begleitforschung des 50-Tankstellen-Programms konnten in diesem Vorhaben keine Daten erhoben werden, die sich auf den Betrieb beziehen. Jedoch konnte der Betreiber TOTAL sich zu seinen gemachten Erfahrungen im Bereich des Genehmigungsprozesses äußern, was im Rahmen des nächsten Arbeitspakets beschrieben wird.

26.3.2 Standortvorbereitung

Ziel des Arbeitspakets war die Fertigstellung aller standortbezogenen Maßnahmen zur Vorbereitung der Installation der Wasserstofftechnologien. Dazu gehörten die

• vorbereitenden Installations- und Baumaßnahmen und

• die Genehmigungsplanung.

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Abbildung 52: Stationsdesign der Tankstelle

Mit den vorbereitenden Installations- und Baumaßnahmen wie z. B. Erschließung des Geländes und Tiefbauarbeiten, Bauarbeiten im Bereich der Standortsicherheit für Speicher, Leitungsarbeiten für verschiedene Medienanschlüsse, Telefonleitungen für Fernwartungssystem und Anbindung an das Stromnetz konnte während der Laufzeit des Vorhabens nicht begonnen werden.

Aufgrund eines eingelegten Widerspruchs gegen die Erteilung der Baugenehmigung im Zuge des Genehmigungsverfahrens konnte zunächst nicht mit den Arbeiten am Standort weitergemacht werden. Neben der Verzögerung durch das Widerspruchverfahrens, traten weitere Probleme bei der Anmietung des Grundstücks mit der für den Standort zuständigen Liegenschaftsbehörde auf. Es war zwar geplant, die Installation vor Ort noch innerhalb der Vorhabenlaufzeit realisieren zu können und deshalb eine Verlängerung bis zum 30.06.2017 beantragt. Jedoch zogen sich die Verhandlungen mit der Liegenschaftsbehörde soweit hinaus, dass trotz der im Januar 2017 bestätigten Verlängerung die vorbereitenden Installations- und Baumaßnahmen auf dem Grundstück innerhalb der Laufzeit nicht mehr durchgeführt werden konnten. Die Vorbereitungen der Planungsleistungen für die Errichtung der Anlage wurden jedoch soweit wie möglich erbracht.

Im Falle der Genehmigungsplanung wurden zunächst die notwendigen und zuständigen Genehmigungsbehörden und -einrichtungen identifiziert und eine Ablaufplanung für den Genehmigungsprozesse festgelegt. Insbesondere wurde mit dem TÜV, dem Hamburger Amt für Arbeitsschutz und den verschiedenen Landes- und Bezirksbehörden der Stadt Hamburg im Zuge der Erteilung der erforderlichen Genehmigungen kooperiert. Es wurden alle notwendigen Dokumente und Nachweise erstellt und bei den zuständigen Behörden alle erforderlichen Genehmigungen für die Errichtung und den Betrieb der Anlagen beantragt. So z. B. für das Genehmigungsverfahren inkl. TÜV-Gutachten für die 200 bar- und 500 bar-Konzepte zur Anlieferung. Die gutachterliche Stellungnahme und das entsprechende TÜV-Gutachten wurden im dritten Quartal 2016 beigebracht und der Antrag auf Bau- und Betriebserlaubnis gestellt.

Nach langwierigen Verhandlungen mit der zuständigen Liegenschaftsbehörde liegt inzwischen ein Mietvertrag für das Grundstück vor, auf dem die Tankstelle errichtet werden soll. Für die konventionelle Tankstelle des Betreibers TOTAL liegen sowohl Bau- als auch Betriebsgenehmigung vor. Die Bau- und Betriebsgenehmigungen für die zu integrierenden Gesamtanlage der

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Wasserstofftankstelle sind beantragt, befinden sich allerdings noch in der Bearbeitung bei den Behörden und stehen noch aus. Dadurch verschiebt sich die Installation der Anlage voraussichtlich auf das vierte Quartal 2017 bzw. erste Quartal 2018.

Durch den Informationsaustausch und mit den gesammelten Erkenntnissen und entstandenen Bedenken bzgl. der Anforderungen der im Genehmigungsprozess involvierten Verantwortlichen in Behörden und bei den TÖB wurde ab dem zweiten Halbjahr 2015 bis Anfang 2016 im Rahmen der Begleitforschung des 50-Tankstellen-Programms durch den TÜV Süd systematisch untersucht, wie das Vorgehen und die Erkenntnisse von Antragstellern, Zugelassenen Überwachungsstellen (ZÜS) und Behörden zur Genehmigung von Wasserstofftankstellen war. Damit sollten die Anwendung der bestehenden Regelwerke und Leitfäden im Genehmigungsprozess realistisch erfasst werden. Dazu wurden die Erlaubnis- und Genehmigungsprozesse exemplarisch an drei Fällen und mit dem Betreiber TOTAL evaluiert. Dabei kam ein Methodenmix von schriftlicher Befragung, Einzelinterviews und Dokumentanalyse zur Anwendung und TOTAL konnte seine Erfahrungen aus diesem Vorhaben mit einbringen.

Des Weiteren hat TOTAL zwecks Optimierung der Sicherheitskonzepte, basierend auf den Erfahrungen im Rahmen dieses und anderen Vorhaben, Standards für die Explosionsschutzdokumente und Gefährdungsbeurteilung erarbeitet und die gesammelten Erkenntnisse bzgl. Genehmigungsbeantragung auch aus diesem Vorhaben H2Mobility zugänglich gemacht, woraus. H2Mobility entsprechende Standards entwickelte.

26.3.3 Systementwicklung und -aufbau

Das Arbeitspaket 3 umfasste die Entwicklung und Anpassung der innovativen Einzelkomponenten (Kompressorsystem, gestufter Kühlblock und kombinierte 350/700-bar-Zapfsäule) an genehmigungsrechtliche und normative Anforderungen in Deutschland bzw. der EU, sowie deren Integration in das Gesamtsystem. Die Entwicklung zielte darüber hinaus auf die aus den Anpassungen resultierende Neukonzeption des Gesamtsystems und die für Wartungs- und Serviceprozesse optimierte Komponentenanordnung des Kompressors ab. Das Arbeitspaket sollte mit der Übergabe der in Betrieb genommenen SmartFuel®-Tankstelle an den Verbundpartner TOTAL abschließen. Dazu wurden folgende Aktivitäten eingeplant:

• Produktentwicklung,

• Engineering,

• Beschaffung aller Anlagenteile und Bau des SmartFuel®-Containers,

• Lieferung, Montage und Installation vor Ort sowie

• Inbetriebnahme, Probebetrieb und Übergabe an den Betreiber TOTAL.

Im Bereich der Produktentwicklung und Engineering wurde die U. S.-amerikanische Technologieplattform SmartFuel® an die europäischen und deutschen Norm- und Regelwerke angepasst und zugelassen. Dazu wurden zunächst Entwicklungs- und Anpassungskonzepte für die technologische Umsetzung erstellt und die technischen Vorarbeiten für die im Arbeitspaket 1 identifizierten Entwicklungen und Anpassungen der innovativen Einzelkomponenten an die genehmigungsrechtlichen Anforderungen für den europäischen und deutschen Markt sowie deren Integration in das Gesamtsystem geleistet.

Bei der Umsetzung wurde gem. der Detailplanung damit begonnen, das Gesamtsystem in Teilen neu zu konzipieren, optimieren und anzupassen. Bspw. wurden die zentralen Kompressorkomponenten in Kompaktbauweise in einen 20-Fuß-Container integriert und der gestufte Kühlblock (s. Abbildung 4) unter Berücksichtigung der lokalen Standortbedingungen und der Anforderungen an die 350 bar Back-up-Betankung nach SAE J2601 H35 T20 ausgelegt. Des Weiteren fand eine Systemintegration und Anpassung der Air Products Zapfsäule sowie der Anlagensteuerung zur Sicherstellung der Kompatibilität mit dem in der CEP verwendeten Tokheim-System (u. a. CEP-Tankstellenverfügbarkeitssystem) statt.

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Abbildung 53: Ansicht auf den gestuften Kühlblock

Anders als im Antrag vorgesehen war, wurde die Bohlen & Doyen GmbH noch nicht für die Servicearbeiten, Wartung und Reparatur qualifiziert, sondern sie unterstützte Air Products bei der Montage der Anlage und wird auch zum späteren gegebenen Zeitpunkt bei der Installation vor Ort mitwirken. Im Laufe der Ertüchtigung von Bohlen & Doyen fand ein intensiver gemeinsamer Entwicklungsprozess statt, bei dem Air Products für die Beschaffung aller Anlagenteile, die Sicherheitsbetrachtung, die Entwicklung und Erstellung der R&I-Fließschemata (Rohrleitungen und Instrumente) und Spezifikation der einzelnen Komponenten zuständig war, während Bohlen & Doyen für die Entwicklung des Detaildesigns der Anlage und für die Vorbereitung des Aufbaus des Containers, inkl. der Anordnung der einzelnen Komponenten der Anlage innerhalb des Containers, zuständig war. Der Auf- und Einbau der Komponenten ist in den Abbildungen 5 – 7 dargestellt.

Abbildung 54: Vorder- und Rückansicht der SmartFuel®-Tankstelle im Container (Quelle: Air Products)

Das Detaildesign wurde von Air Products begutachtet und genehmigt, so dass im Juli 2016 mit dem Containerzusammenbau begonnen und bis Dezember 2016 die SmartFuel®-Tankstelle von Bohlen & Doyen mit wesentlicher personeller Unterstützung von Air Products montiert wurde. Dabei wurden stets die neusten Erkenntnisse aus der U. S.-amerikanischen Produktentwicklung von Air Products berücksichtigt. Für die Anlage wurden die relevanten sicherheitstechnischen Prüfungen (gem.

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Brandschutz- und Sicherheitskonzept inkl. Erlangung der Betriebsgenehmigung nach § 13 Betriebssicherheitsverordnung) sowie eine Risikoanalyse – Hazard and Operability Study (HAZOP) – durchgeführt. Durch die Entwicklung des neuen Anlagendesigns und unter Berücksichtigung der Erkenntnisse von Bohlen & Doyen aus dem Erdgastankstellenbereich sowie der Implementierung der Komponenten in ein Gesamtsystem, das im Vergleich zur ursprünglichen Entwicklung nur halb so groß ist (Anpassung der Komponenten des für den U. S.-amerikanischen Markt entwickelten Containers von 40 Fuß auf 20 Fuß), war die Entwicklung und Durchführung von ergänzenden Sicherheitsbetrachtungen und -analysen notwendig. Dies war mit einem höheren personellen Aufwand verbunden als zu Beginn des Projekts zunächst avisiert.

Abbildung 55: Hydraulikantrieb im Container verbaut

Abbildung 56: Druckübersetzer im Container verbaut

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Im Vergleich zum neuen Anlagendesign ist – in Abbildung 8 zu sehen – die SmartFuel®-Tankstelle der 1. Generation in einem 40-Fuß-Container verbaut und die Komponenten noch anders angeordnet. Dabei handelt es sich um eine Standardanordnung des Kompressors von Hydropac (hier: Shell-Tankstelle in der Bramfelder Chaussee in Hamburg). Bei der alten Anordnung waren bspw. die Arbeitszylinder sehr viel schwerer zugänglich und mussten bei einer Demontage extra gesichert werden. Das neue Design bzw. die neue Anordnung hat die Stützen für die Aufhängung des Kompressorzylinderkopfes integriert (s. Abbildung 5: Aufhängepunkte am Dach). Diese Änderung sorgt dafür, dass Dichtungsringe besser zu erreichen sind und deshalb schneller und ergonomischer ausgetauscht werden können.

Für die Komponenten und die Gesamtanlage wurden alle notwendigen Basisfunktionen für die Werkabnahme getestet. Dazu gehörten u. a. pipeline pre-commissioning bzw. Leckageprüfung, Signaltest, Funktionstest etc. Ebenso erfolgte eine erfolgreiche Abnahme der Anlage durch den TÜV. Die Anlage konnte im Vorhabenzeitraum fertiggestellt und die Werksabnahme erfolgreich im Dezember 2016 durchgeführt werden, sodass die Anlage entsprechend aufgestellt werden kann, sobald der Standort in Hamburg-Moorfleet dafür ertüchtigt ist. Nach der Installation kann vor Ort die letzte Abnahme durch den TÜV vor der ersten Inbetriebnahme erfolgen und weitere Funktionen der Anlage getestet werden, so z. B. die Betankung etc.

Während der gesamten Vorhabenlaufzeit konnte auf die Expertise der Air Products UK sowie Air Products USA Kompetenzteams zurückgegriffen und diese integriert werden. So z. B. bei der Erstellung der notwendigen Betriebs-, Bedien- und Servicehandbücher. Insgesamt erfolgte damit ein Informationsaustausch zur Sicherstellung und Berücksichtigung des gesamten Wissens in eine globale bzw. internationale Technologieplattform für die Vorbereitung auf eine internationale Standardisierung von Technologien und Prozessen.

Aufgrund der ausgelösten zeitlichen Verzögerungen bzgl. des Standorts (Andreas-Meyer-Straße in Hamburg-Moorfleet), konnten bisher die Anlieferung und Installation vor Ort sowie die Inbetriebnahme, der Probebetrieb und die Übergabe an den Betreiber TOTAL noch nicht erfolgen. Entsprechend können folgende Aktivitäten des Arbeitspakets erst nach Ablauf der Vorhabenzeit umgesetzt werden:

• Abstimmung und Begleitung der Anlagenmontage und Aufstellung vor Ort

• Systemmontage und Integration der Komponenten (Zapfsäule, Kühlblock, SmartFuel®-Container, 200-bar- Speicher) am Standort

• Anschluss an unterschiedliche Infrastrukturen (Strom- und Wasserversorgung, Anlagensteuerung, Wasserstoffleitungen etc.)

• Installation und Anbindung des Kartenlesers sowie CEP-Tankstellenverfügbarkeitssystem

• Endabnahme durch den TÜV vor erstmaliger Inbetriebnahme

Abbildung 57: Smart-Fuel®-Tankstelle der 1. Generation (Innenansicht 40-Fuß-Container)

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• Füllen des Systems mit Betriebsmitteln

• Inbetriebnahme der Anlagensteuerung vor Ort

• Funktionsnachweis des Systems durch den Lieferanten vor Ort

• CEP-Abnahme der Anlage

In Abstimmung mit NOW und PtJ werden Air Products und TOTAL die Anlage bis zum 30.06.2019 betreiben, die Validierung der betriebsoptimierten Wasserstofftankstelle im Alltagsbetrieb sicherstellen und ihren Berichtspflichten bis dahin nachkommen (s. Arbeitspakete 4 „Anlagenbetrieb“ und 5 „Datenerfassung, Evaluierung und Optimierung“).


Im Rahmen dieses Arbeitspakets sollte die in Arbeitspaket 3 entwickelte Tankstellentechnologie im Alltagsbetrieb betrieben und validiert werden, um u. a. die Tankstellenverfügbarkeit (inkl. 350-bar Back-up-Betankungslösung) zu quantifizieren, sowie, in Kooperation mit einer lokal ansässigen Wartungs- und Servicefirma, das in Arbeitspaket 1 erarbeitete Wartungs- und Servicekonzept umgesetzt, erprobt und validiert werden. Dazu waren folgende Aktivitäten vorgesehen:

• Anlagenbetrieb

• Anpassung der erforderlichen Aktivitäten und Planungen an die Betriebserfahrungen

Aufgrund der Verzögerungen in diesem Vorhaben konnte am Standort nicht innerhalb der Vorhabenlaufzeit der reguläre Betrieb aufgenommen werden, womit innerhalb dieses Arbeitspaketes keinerlei Aktivitäten mehr durchgeführt werden konnten.

26.3.5 Datenerfassung, Evaluierung und Optimierung

Im Rahmen dieses Arbeitspakets sollten die während des Anlagenbetriebs im Arbeitspaket 4 automatisiert erfassten Rohdaten ausgewertet und mit weiteren Informationen und Erfahrungen des Anlagenbetriebs verknüpft werden, mit dem Ziel, die erwarteten Kostensenkungen im Betriebsablauf zu validieren oder Abweichungen zu analysieren und zu bewerten. Das sollte wie folgt umgesetzt werden:

• Betriebsbegleitende Datenerfassung und -analyse,

• Betriebsbegleitende Datenevaluierung und Optimierung von Betriebsabläufen,

• Mitwirkung an der übergeordneten Begleitforschung des 50-Tankstellen-Programms und

• Aufbereitung der Ergebnisse.

Mit folgenden Ergebnissen:

• Rohdaten zu Energieverbräuchen, Kosten, Komponenten- und Anlagenverfügbarkeit,

• Analysen zur Wirtschaftlichkeit und den Kostentreibern des Technologiesystems und

• Analyse zu den technologischen und organisatorischen Optimierungspotentialen der SmartFuel®-Betankungstechnologie.

Auch in diesem Arbeitspaket konnten aufgrund der Verzögerungen und der daraus resultierenden Nicht-Betriebsfähigkeit am Standort innerhalb der Vorhabenlaufzeit keinerlei Aktivitäten mehr durchgeführt werden. Unter den gegebenen Umständen war eine umfassende Datenerfassung und -analyse sowie technisch-wirtschaftliche Betrachtung des gewählten Anlagensystems der Wasserstofftankstelle nicht möglich.

26.3.6 Qualifizierung

Ziel dieses Arbeitspakets sollte die Qualifikation von Personal einer lokalen Service- und Wartungsfirma zur kosteneffizienten Betreuung der SmartFuel®-Betankungsanlage sein. Außerdem

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sollten die Erfahrungen und Inhalte des gemeinsam mit der externen Firma erarbeiteten Konzepts Eingang in die Erstellung internationaler Qualifizierungskonzepte zur SmartFuel®-Betankungstechnologie finden. Dazu sollte wie folgt vorgegangen werden:

• Schulung von Mitarbeitern des Betreibers,

• Qualifizierung von externem Wartungs- und Servicepersonal,

• Begleitende Betreuung des geschulten Wartungs- und Servicepersonals und

• Optimierung des im Arbeitspaket 1 definierten Service- und Wartungskonzepts.

Die Schulung und Qualifizierung der Tankstellenmitarbeiter bei dem Betreiber sowie von Bohlen & Doyen für den Bereich des Wartungs- und Reparaturservice konnte nicht mehr innerhalb der Vorhabenlaufzeit erfolgen, da diese Schulung während des Betriebs angedacht ist, der bisher noch nicht aufgenommen werden konnte. Ähnlich verhält es sich mit der Optimierung des im Arbeitspaket 1 definierten Service- und Wartungskonzepts. Mit der Erstellung des Konzepts wurde innerhalb der Vorhabenlaufzeit im Arbeitspaket 1 begonnen, jedoch fehlt die Erfassung der Erfahrungen im Betriebsalltag, die Auswertung von Hindernissen und -schwierigkeiten in der Umsetzung, die Analyse möglicher Optimierungspotentiale der Technologie bzw. der Qualifizierungsinhalte sowie schlussendlich die Anpassung der Schulungsunterlagen und -formate.

Als externes zu qualifizierendes Wartungs- Reparatur- und Serviceunternehmen wurde die Bohlen & Doyen GmbH identifiziert, da das vorhandene Leistungsportfolio bereits Bau- und Serviceleistungen im Bereich von Erdgas-, Flüssiggas-, Flüssigerdgastankstellen umfasste. Mit der Qualifizierung von Bohlen & Doyen für die Bauleistungen wurde im vierten Quartal 2015 begonnen. Um ein besseres Verständnis für die Anlagentechnik und -systeme zu bekommen, hat Bohlen & Doyen gemeinsam mit Air Products bereits die Montage der SmartFuel®-Anlage durchgeführt und wird auch später bei der Installation unterstützen (s. Beschreibung in Arbeitspaket 3: Systementwicklung und -aufbau). Dabei konnte Bohlen & Doyen nicht nur für diese Anlage qualifiziert werden, sondern auch insgesamt Kompetenzen im Bereich von Wasserstofftankstellen aufbauen.

Die Entwicklung von Schulungsinhalten und -formaten wurde im Rahmen des Vorhabens begonnen und teilweise abgeschlossen, allerdings kann die Wartungs- und Reparaturschulung von Bohlen & Doyen an der Anlage erst nach der Inbetriebnahme der Tankstelle durchgeführt werden. Ebenso wir die begleitende Betreuung des geschulten Wartungs- und Servicepersonals durch Air Products nach Ende der Vorhabenlaufzeit erfolgen.



Die technischen Arbeitsziele des Verbundvorhabens umfassten die Entwicklung, den Betrieb und die Validierung bzw. Evaluierung alternativer Lösungsansätzen in folgenden Bereichen:

• Verdichtung des Wasserstoffs auf 700 bar: Umsetzung eines innovativen Designs des Kompressors in Kompaktbauweise und Nachweis der spezifizierten Leistungsdaten (Förderdruck und Fördermenge);

• Vorkühlung des Wasserstoffs für 700-bar-Betankungsprozesse nach SAE TIR 2601 A70: Erhöhung der energetischen Effizienz (Elektrizitätsbedarf) um 20 % für die Vorkühlung des Wasserstoffs im Vergleich zur SmartFuel®-Tankstelle Bramfelder Chaussee (1. Generation);

• 500-bar-Hochdruckanlieferung von gasförmigem Wasserstoff: Vorbereitung der Tankstelle auf 500-bar-Anlieferung und Umsetzung eines integrierten Konzepts für einen 350- und 700-bar-Betankungsstrang unter Berücksichtigung der SAE J2601 A35 Betankungsprotokollvorgaben.

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Die wissenschaftlichen Arbeitsziele des Vorhabens waren teilweise analog zu den Zielen des 50-Tankstellen-Programms, ebenfalls umgesetzt im Nationalen Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NIP), und umfassten folgende Punkte:

• Entwicklung des Wasserstofftankstellennetzes: Ausbau des Netzes in Ballungsräumen durch Ergänzung um neue Standorte und Technologiekonzepte für eine zukünftige lokale Flächendeckung in Kernregionen und deren Verflechtung durch Erschließungskorridore;

• Hochdruckgasanlieferung von Wasserstoff (500 bar): Identifizierung der genehmigungstechnischen Zusatzanforderungen an ein Hochdruckanlieferungskonzept;

• Entwicklung von Betriebskonzepten und -prozessen: technische und organisatorische Maßnahmen für die Wartung und Instandhaltung von Betankungseinrichtungen mit dem Ziel der Kostensenkung, Minimierung der Ausfallzeiten, Optimierung von Service- und Wartungsstrukturen und Durchführung von Mitarbeiterschulungen.

Die wirtschaftlichen Arbeitsziele waren auf folgende Aspekte angelegt:

• Kostensenkung im Bereich der Investitionskosten in Höhe von bis zu 10 %: Entwicklung von Kostensenkungspotentialen durch z. B. Serienfertigung zentraler Komponenten und Anlagensysteme sowie Aus- und Aufbau von Wertschöpfungsketten (Wettbewerbersituation);

• Kostensenkung im Bereich der Betriebskosten in Höhe von bis zu 20 %: Entwicklung von Kostensenkungspotentialen durch z. B. Verbesserung und Erhöhung der Anlagenrobustheit, Komponentenverfügbarkeit sowie lokale Service- und Wartungskapazitäten.

Die Kompressortechnologie für die 700-bar-Verdichtung von gasförmigem Wasserstoff erforderte bei Vorhabenbeginn weiteren Optimierungsaufwand zur alltagsnahen Nutzung des Technologiesystems an Wasserstofftankstellen. Häufige Ausfallzeiten, geringe Verfügbarkeiten und kurze Wartungsintervalle führten zu hohen Betriebskosten und gefährdeten die Akzeptanz beim Kunden und Betreibern der Anlagen. Dieser Tatsache wurde bereits in der Vergangenheit durch Investition in ein redundantes Systemdesign entgegengewirkt, was perspektivisch aufgrund der hohen Investitionskosten jedoch keine dauerhaft akzeptable Lösung darstellte.

Im Rahmen des Verbundvorhabens wurde daher eine robustere Kompressortechnologie in Kompaktbauweise eingesetzt, die die nutzerseitige Anlagenverfügbarkeit erhöhen sollte. Als unzuverlässige Komponente von Kompressoren hatten sich die Kolbenringe erwiesen. Im Vorhaben kam daher erstmals in Deutschland das neue Kolbendesign von Air Products zum Einsatz, das aufgrund geringerer Verschleißerscheinungen die Zuverlässigkeit des Kompressors deutlich steigern sollte. Die Evaluierung des neuen Kolbendesigns erfolgte bisher nicht im Rahmen des Vorhabens, wird jedoch nachgeholt, sobald die Tankstelle am Standort in Betrieb geht.

Neben den durch die Standardisierung der Bauteile und Prozesse erzielbaren Kostensenkungen des Systems wurde im Rahmen des Vorhabens das Kompressorsystem physisch in ATEX (ATEX "Atmosphères Explosibles" = explosionsfähige Atmosphären) und nicht-ATEX Bereiche unterteilt, um eine bessere Zugänglichkeit wartungsintensiver Komponenten (z. B. Kolbenzylinder) zu ermöglichen. Durch die Zerlegung des Kompressorsystems und die Zuordnung von Hydraulik und Steuerung zum nicht-ATEX-Bereich sowie von Druckgaszylinder und -überwachung zum ATEX-Bereich der Anlage wurde die angestrebte Arbeitsteilung mit Bohlen & Doyen als lokales Wartungsunternehmen zusätzlich unterstützt und die sicherheitstechnischen Anforderungen an die Teilkomponenten reduziert.

Durch die Entwicklung des neuen Anlagendesigns und unter Berücksichtigung der Erkenntnisse von Bohlen & Doyen aus dem Erdgastankstellenbereich war für die Implementierung der Komponenten in das veränderte Gesamtsystem, das im Vergleich zur ursprünglichen Entwicklung nur halb so groß ist (Anpassung der Komponenten des für den U. S.-amerikanischen Markt entwickelten Containers von 40 Fuß auf 20 Fuß), die Entwicklung und Durchführung von ergänzenden Sicherheitsbetrachtungen und -analysen notwendig.

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Die dem Vorhaben zugrundeliegenden Entwicklungsziele für die Modifizierung des Kompressors wurden wie folgt erreicht:

Entwicklungsziele Ergebnisse im Vorhaben

Neuanordnung der Kompressorkomponenten: Hydraulikantrieb in den nicht-ATEX-Bereich, Druckübersetzer in den ATEX-Bereich und Bewertung der Auswirkungen auf das Design und die Sicherheitsaspekte

Das Anlagendesign trennt den Hydraulikantrieb vom Druckübersetzer (Verdichterkopf), so dass der Antriebsmotor im Nicht-Ex-Bereich (sicherer Bereich) untergebracht ist. Die beiden Komponententeile sind durch Hydraulik- und Kühlwasserschläuche miteinander verbunden, die durch eine Flanschdichtung in der Containerwand geführt werden, um die Trennung des sicheren Bereichs vom Gefahrenbereich zu gewährleisten.

Durchführung von Maßnahmen, um die Reparaturintervalle zu verlängern; im Vergleich zur ersten Generation des Hydro-Pac-Kompressors: Verbesserung und Optimierung der Dichtungen

Der Druckübersetzer ist ein zweistufiges, ölfrei operierendes Kolbendesign. Jeder Kolben wurde von Air Products neu konzipiert, überarbeitet und angepasst, um die Lebensdauer und Leistung der Kolbenringe zu erhöhen bzw. zu verbessern. Als Ergebnis soll eine Erhöhung der Betriebsstunden des Kompressors bzw. eine längere Betriebszeit zwischen dem Austausch der Kolbenringe erreicht werden.

Die Vorkühlung zur Sicherstellung der 700-bar-Betankungsprozesse nach SAE J2601 H70 T40 (2014) erfordert einen hohen Energieeinsatz zur Gewährleistung einer zügigen Betankung bei -40 °C. Solange die Auslastung der HRS-Betankungsanlagen gering ist, werden verhältnismäßig hohe Energiemengen, bezogen auf die Abgabemengen, aufgewendet. Um die Energieverluste bei der Vorkühlung zu reduzieren, befindet sich der Kühlblock direkt unter der Zapfsäule und wird mittels Wärmetauscher durch eine Kühlflüssigkeit gespeist (Verdunstungskälte). Das Kühlmittel selbst kann unterhalb der Umgebungstemperatur vom Anlagencontainer zur Zapfsäule geführt werden. Aus dem stromsparenden Kühlkonzept, das durch Nutzung einer bei Umgebungstemperatur integrierbaren Kühlflüssigkeit die Transportverluste tiefkalter Leitungen deutlich reduziert, resultiert wiederum ein Kosteneinsparpotenzial, da der Wasserstoff erst am Ort der Verwendung, der Zapfsäule, mittels Wärmetauscher auf die erforderlichen Temperaturen gekühlt wird.

Im Rahmen des Vorhabens wurde ein neuartiger, gestufter Kühlblocks entwickelt, der aufgrund seiner flexiblen Betriebsführung einer erwarteten Senkung von bis zu 20 % des Energiebedarfs vergleichbarer Anlagen für die Vorkühlung realisieren soll. Des Weiteren soll mit diesem Kühlsystem eine vorgekühlte 350-bar-Backupbetankung nach SAE J2601 H35 T20 von 700-bar-Fahrzeugen ermöglicht werden, um die nutzerseitige Verfügbarkeit der Tankstelle auch bei Ausfall des Kompressorsystems (Wartung, Reparatur etc.) zu gewährleisten. In Anbetracht des in den kommenden Jahren begrenzten HRS-Tankstellennetzes stellt die Verfügbarkeit einzelner Tankstellen ein nicht zu unterschätzendes Akzeptanzkriterium bei Fahrzeugkunden und Betreibern dar.

Die dem Vorhaben zugrundeliegenden Entwicklungsziele für die Herstellung des gestuften Kühlblocks wurden wie folgt erreicht:


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Herstellung des Kühlblocks nach europäischen und deutschen Anforderungen für die 350 und 700 bar-Betankung gem. SAE J2601

Der Kühlblock basiert auf einem U.S.-amerikanischem Design, ist jedoch inzwischen zugelassen gem. den europäischen Richtlinien. Die Herstellung des Kühlblocks erfolgt zukünftig in Großbritannien und hat eine CE-Kennzeichnung (Lloyd's Register).

Um den Terminplan des Vorhabens einhalten zu können, wurde der Großteil des Herstellungsprozesses des im Vorhaben eingesetzten Kühlblocks zunächst in den USA durchgeführt. Das umfasst alle Arbeitsschritte, außer denen, die ausdrücklich vorschreiben, dass eine europäische Genehmigung vorliegen muss (z. B. im Falle von bestimmten Schweißarbeiten).

Im Laufe des Vorhabens konnten zwei Prozessschritte identifiziert werden, die zukünftig von europäischen Herstellern durchgeführt werden können: Rohrwicklung und Aluminiumformguss. Die Durchführung dieser Prozessschritte in Europa statt in den USA würde eine Kosten- und Zeitersparnis mit sich bringen.

350 bar-Betankung als Backup-Lösung beim Ausfall der 700 bar-Betankung

Die 350-bar-Betankung steht jederzeit zur Verfügung um 350-bar-Fahrzeuge zu befüllen, kann aber auch zeitweise genutzt werden, um 700-bar-Fahrzeuge zu befüllen, wenn die 700-bar-Betankung nicht möglich ist (z. B. bei Ausfall des Kompressors und so lange der 930-bar-Hochdruckspeicher entsprechend gefüllt ist).

Die perspektivisch auch von H2Mobility avisierte 500-bar-Anlieferung von gasförmigem Wasserstoff ermöglicht eine kompakte Bauweise von HRS-Tankstellenanlagen und eine nachträglich modulare Kapazitätserweiterung ohne zusätzlichen Flächenbedarf. Im Rahmen des Vorhabens wurden das Technologiesystem und die für diese Speicherdrücke notwendigen Systemkomponenten entwickelt und vorbereitet. Ziel ist es, die Technologiesysteme so auszulegen, dass die unterschiedlichen Logistikkonzepte mit denselben Komponenten bedient werden können und somit nicht nur kostengünstig an sich ändernde Nachfragemengen und Betriebskonzepte anpassbar sind (Rightsizing), sondern auch die Standardisierungsprozesse voranbringen und vereinfachen. Die Nutzung einheitlicher Bauteile und Komponenten für unterschiedliche Technologiedesigns unterstützt den Ausbau der zugehörigen Wertschöpfungsketten, die weniger diversifiziert höhere Absatzmengen generieren können.

Der für die Betankung notwendige Wasserstoff wird per Trailer angeliefert, die heutige 200 bar-Trailer zur Anlieferung des Wasserstoffs an die Tankstellen würden bei steigenden Absatzmengen zu einer erheblichen Belastung der Region durch Lieferverkehre führen. Die mit dem durch Air Products Anfang 2014 vorgestellten SmartFuel®-Hochdrucktrailer sind in der Lage, durch Anlieferdrücke von bis zu 500 bar die Verkehrsbelastung zu reduzieren. Das im Rahmen des Vorhabens entwickelte und installierte modulare Anlagenkonzept wurde für die 500-bar-Traileranlieferung und -Speicherung

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vorbereitet. Im Rahmen des Vorhabens sollte der Beweis erbracht werden, dass ein auf 500 bar Anlieferungsdruck vorbereitetes Technologiesystem genehmigungsfähig ist.

Des Weiteren zielte das avisierte Technologiekonzept auf eine perspektivische Entlastung der Kompressoreinheit durch Reduzierung der vor Ort notwendigen Kompressionsarbeit bei 500-bar-Logistikkonzepten. In Folge soll außerdem der Wartungsaufwand sinken, da geringere Druckunterschiede die Kompressorbauteile weniger stark fordern, wenn der Wasserstoff für die Betankung dem 500-bar-Kaskadenpeicher in der ersten Stufe der Betankung entnommen werden kann (und die Kompressionsleistung des Kompressors ersetzt). Der 1000-bar-Kaskadenspeicher würde durch den Kompressor aufgefüllt, dessen Förderleistung mit dem Ansaugdruck steigt, so dass sich die Betriebszeit des Kompressors verringert. In Folge der verringerten Betriebszeiten des Kompressors, sinken die betriebszeitabhängigen Wartungsaktivitäten, so dass die Wartungsintervalle größer werden und sich die Verfügbarkeit des Systems erhöht.

Da die Förderleistung des ausgewählten Kompressors vom Ansaugdruck abhängig ist, kann bei niedriger Nachfrage ein kostengünstiger 200-bar-Speicher eingesetzt werden um eine Kapazität von 100 kg pro Tag zu erreichen. Durch den Einsatz eines 500-bar-Speichers kann bei steigender Nachfrage die Kapazität der Tankstelle verdoppelt werden. Somit erhält der Betreiber ein modulares System in der anfangs günstigeren 200-bar-Variante, die ihm jedoch eine Flexibilität in Reaktion auf die zukünftige Marktentwicklung lässt. Perspektivisch ermöglichen die 500-bar-Lieferkonzepte auch eine Reduzierung der vor Ort installierten Kompressorleistung, was wiederum zu Einsparungen bei den Investitionskosten führt, da bspw. eine Transformatorenstation nicht mehr benötigt wird.

Die dem Vorhaben zugrundeliegenden Entwicklungsziele für das modulare Design und die Möglichkeit verschiedener Drucklieferkonzepte (100 kg pro Tag mit 200 bar und 200 kg pro Tag mit 500 bar) wurden wie folgt erreicht:


U.S.-amerikanisches Design anpassen, so dass den europäischen Vorschriften und Normen entsprochen wird

Die Prozesse und das Design basieren auf einem U.S.-amerikanischen Standard von Air Products. Die Anordnung der Komponenten wurde komplett überarbeitet, um den Aufbau der Anlage in einem 20-Fuß-Container realisieren zu können.

Alle Komponenten sind in Übereinklang der relevanten europäischen Vorschriften, Richtlinien und Normen beschafft worden. Die Anlage (Gesamtsystem) ist TÜV-genehmigt.

Vorbereitung für die 500-bar-Anlieferung, inkl. Genehmigungsverfahren (die umgesetzte Ausführung der 500-bar-Speicherung ist nicht Teil des Vorhabens)

Die Ansaugleitungen des Kompressors und die Anlage sind so entworfen, dass eine zukünftige zusätzliche 500-bar-Speicherung möglich ist. Das beinhaltet auch die Vorbereitung einer TÜV-Genehmigung, jedoch benötigt die tatsächliche Umsetzung des Konzepts eine abschließende Begutachtung und Genehmigung, wenn es zur Installation kommt.

Kompaktes und platzsparendes Design Der Hauptbehälter der Anlage ist ein 20-Fuß-Container (ISO) in dem ein Hochdruckspeicher, Kompressor, Verrohrung, Systemsteuerung, Kühlsystem und Druckluftkompressor untergebracht sind. Vorhergehende

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Ausführungen der europäischen Tankstellen waren in einem 40-Fuß-Container und konnten im Rahmen des Vorhabens auf der Hälfte des Platzes untergebracht werden. Der Kühlblock ist unterirdisch und nahe der Zapfsäule verortet, so dass er keine Aufstellfläche benötigt.

Integration in eine Multienergietankstelle des Betreibers TOTAL in Hamburg-Moorfleet

Alle notwendigen Planungsunterlagen für die Integration und die Genehmigung der Anlage wurden mit TOTAL erstellt und an die entsprechenden Behörden übergeben.

Die im Vorhaben entwickelten technologischen Innovationen im Kompressorsystem, der Einsatz einer SAE-konformen „Backup-Lösung“ für 700-bar-Fahrzeuge und das modulare Systemdesign sollen der Reduktion von Betriebs- und Wartungskosten sowie der Steigerung der Systemverfügbarkeit während der Markteintrittsphase dienen. Diese Markteintrittsphase ist gekennzeichnet durch eine unkalkulierbare Nachfrage nach Wasserstoff, was Herausforderungen nicht nur in Bezug auf die von der Dimensionierung des Anlagensystems abhängigen Wirtschaftlichkeit für den Betreiber darstellt, sondern auch technologische Auswirkungen hat, denen frühzeitig begegnet werden muss. So wirken sich bspw. lange Stillstandzeiten oder sporadische Betankungen negativ auf die Lebensdauer der Komponenten und die Effizienz des Gesamtsystems aus und führen nicht nur zu höheren Betriebskosten, sondern erschweren auch die Diskussion und Argumentation der Vorteile der Technologie im Kontext der Energiewende, weshalb zeitnah der Beweis erbracht werden muss, dass sie technologisch alltagstauglich und wirtschaftlich betrieben werden können. Die im Vorhaben entwickelten Lösungsansätze dienten also der Optimierung der Technologie sowie zugehöriger Prozesse unter ungünstigen Startbedingungen (Markteintrittsphase). Eine hohe Verfügbarkeit der Anlagenkomponenten aus Nutzersicht ist hierbei eine zwingende Voraussetzung für die Akzeptanz und wurde durch die 350-bar-Backup-Lösung nach neuestem SAE-Protokoll im Vorhaben vorbereitet. Die für den Standort montierte und noch zu demonstrierende Backup-Lösung zur tiefkalten 350-bar-Betankung von 700-bar-Pkw erfolgt normgerecht nach SAE TIR J2601 H35 T20 (Stand Juli 2014). Die kundenseitige Verfügbarkeit der Tankstelle wird durch dieses neuartige, SAE-konformes Backup-System zur Betankung, erhöht. Somit soll gewährleistet werden, dass eine Nichtverfügbarkeit des Kompressorsystems nicht dazu führt, dass 700-bar-Kunden die Betankung verwehrt wird. In diesem Back-up-Modus werden Teilbetankungen möglich sein, die den Kunden bspw. befähigen, die nächste verfügbare Tankstelle anzufahren.

Air Products hat bereits in den USA am Infrastrukturaufbau von HRS, initiiert von der California Energy Commission (CEC), teilgenommen, indem an mehreren Standorten das SmartFuel®-Konzept umgesetzt wurde und damit den Grundstein für eine Standardisierung der Anlagenkomponenten gelegt. Die modulare Auslegung unterschiedlicher Anlagengrößen und -konzepte konnten in wesentlichen Bereichen mit denselben Baugruppen und Komponenten umgesetzt werden. Vor diesem Vorhaben waren die Komponenten und Bauteile für die genehmigungsrechtlichen Anforderungen des U. S.-amerikanischen Markts entwickelt und konzipiert worden. Im Sinne einer internationalen Standardisierung wurden im Vorhaben diese Technologien und Bauteile in Hinblick auf die in Europa und Deutschland gültigen genehmigungsrechtlichen Vorgaben und technologischen Richtlinien und Normen weiterentwickelt. Die global gültigen internen Standards von Air Products, die die Basis für die Anlagensteuerung bilden, konnten durch die im Rahmen dieses Vorhabens gewonnenen Erkenntnisse optimiert und erweitert werden. Somit konnten viele Märkte nicht nur technologisch, sondern auch in Hinblick auf vereinfachte Genehmigungsprozesse und transparente Informationsflüsse integriert werden. In Folge der Entwicklung eines international gültigen und anwendbaren Technologiekonzepts inkl. Steuerungssoftware muss das Engineering der Anlagen

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zukünftig nicht mehr in Einzelanfertigung vor Ort erfolgen, sondern kann nun in Kooperation mit lokalen Partnern (in diesem Fall Bohlen & Doyen) umgesetzt werden. So konnte außerdem sichergestellt werden, dass die Projekterfahrung und die Anpassung der Technologieplattform an den deutschen Markt direkt in die internationalen Standardisierungsprozesse bei Air Products integriert wurden.

Durch die Qualifizierung von Bohlen & Doyen für den Bau und die Montage der SmartFuel® sowie als lokaler Lieferant und noch zu qualifizierendes Service- und Wartungsunternehmen konnte ein weiterer wichtiger Aspekt bzgl. der Markteinführung abgedeckt werden, da die Betreiber bisher von der Verfügbarkeit und den Kostenstrukturen der Technologieanbieter zur Sicherstellung des Alltagsbetriebs der Anlagen abhängig waren. Bohlen & Doyen ist inzwischen vertraut mit dem Design der Gesamtanlage und den einzelnen Komponenten, so dass sie über das technische Wissen für Bau, Montage und später auch Support der Tankstelle verfügen. Dadurch wird der Tatsache Rechnung getragen, dass die Errichtung von – im Gesamtbild – mehreren hundert Tankstellen nicht mehr alleinig durch das Personal beim Technologiepartner zeitgerecht und umfassend durchgeführt werden kann. Der Betreiber musste im Fall des Ausfalls einzelner Komponenten Zeit und Kosten investieren, um die Störung beseitigen zu lassen. Perspektivisch kann die Störungsbeseitigung durch Unternehmen wie Bohlen & Doyen erfolgen. Zum einen wird die Response-Zeit deutlich verkürzt, zum anderen sinken die Kosten, wenn nicht für jede Situation die hochqualifizierten und somit teuren Experten des Technologielieferanten eingeflogen werden müssen. Es war aus Sicht der Verbundpartner sinnvoll, bestehende Strukturen im Markt zu nutzen, und die Wartung- und Serviceaktivitäten der Wasserstofftechnologie durch ein im konventionellen Tankstellengeschäft eingebundenes Unternehmen durchführen zu lassen. Die Qualifizierung der Bohlen & Doyen ging über das im Antrag geplante hinweg und beinhaltete nicht nur den Bereich Service- und Wartung, sondern auch Montage und Installation. Damit wurde im Bereich des HRS-Aufbaus ein weiteres deutsches Unternehmen befähigt.

Neben den o. g. Ergebnissen, die sich an den technischen und wissenschaftlichen Arbeitszielen orientieren haben sich noch weitere Verbesserungen während der Entwurfs- und Bauphase der SmartFuel®-Anlage ergeben. Dazu gehörte das Monitoring mit Energiemess- und Verfügbarkeitssystemen, die Anpassungen an der Zapfsäule sowie Verbesserungen im Bereich der Belüftung.

Im Bereich des Monitoring wurden folgende Verbesserungen vorgenommen:


Einbau des CEP Energiemess- sowie Verfügbarkeitssystems

Die Schnittstellen für den Einbau des Energiemess- sowie Verfügbarkeitssystems wurden vorbereitet. Anschließend wurden Software und Hardware angepasst, um die Funktionalitäten in die Anlage zu integrieren und die Systeme zu installieren.

Im Bereich der Zapfsäulenanpassung wurde die Schnittstelle zwischen der standardisierten Air-Products-Anlagensteuerungssoftware und dem Tokheim-Kartenleser entwickelt, was zugleich ein erster Schritt zu einer zukünftigen Integration der Air-Products-Technologie mit der Tokheim-Tankstellen-Point-of-Sale-Software ist. Des Weiteren fand eine Systemintegration und Anpassung der Air-Products-Zapfsäule sowie der Anlagensteuerung zur Sicherstellung der Kompatibilität mit dem in der CEP verwendeten Tokheim-System (u. a. CEP-Tankstellenverfügbarkeitssystem) statt.

Für die Zapfsäule wurden außerdem folgende technische Entwicklungen vorgenommen:

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Integration des Rohrleitungssystems für die Zapfeinrichtung in das Tokheim-Gehäuse

Für die Anpassung bzw. Einpassung in die Geometrie des Tokheim-Gehäuses, musste das Rohrleitungssystem für die Zapfeinrichtung komplett überarbeitet und neuentwickelt werden.

Integration eines pneumatischen […] Ventils Mit dem normalerweise von Air Products verwendeten pneumatischen Ventil gab es im Laufe von verschiedenen Betriebserfahrungen einige Probleme. Diese Probleme traten auf, wenn der Wasserstoff an Fahrzeuge abgegeben wurde (während des Betankungsvorgangs) und wurden durch die niedrigen Temperaturen von -40 °C des Wasserstoffs verursacht.

Das Problem wurde gelöst, indem eine andere Ventil-Bauart installiert wurde, die in einer Tieftemperaturausführung angeboten wird.

Durchflussmessung Für die Verwendung der Durchflussmessung waren einige Software-Anpassungen notwendig. Des Weiteren mussten die Anzeige und die Leistungsübertragung der Tokheim-Zapfeinrichtung angepasst werden.

Bei der Umsetzung der Verbesserungen im Bereich Ventilation wurde auf die Erkenntnisse aus dem EU-Förderprojekt HySEA: Improving Hydrogen Safety for Energy Applications through pre-normative research on vented deflagrations zurückgegriffen.

Bspw. bei der Auslegung der Containertüren, um eine natürliche Belüftung in dem kleiner ausgelegten ATEX-Bereich, mit 1000-bar-Speicher und Kompressor zu ermöglichen. Dadurch konnte die Ventilationseinheit entsprechend kleiner ausfallen und so konzipiert werden, dass eine Zwangsbelüftung an den Leitungen des Speichers herbeigeführt werden kann.12

Im Bereich der Ventilation wurden folgende Verbesserungen erreicht:


Belüftungsdesign des Anlagencontainers für ein minimales Potenzial der Verpuffung und Explosion

Die Belüftung und Ausblassicherung für den Container wurde basierend auf den Explosionstests, von GEXCON ausgeführt in Norwegen (im Rahmen von HySea), und Belüftungstests, durchgeführt vom Health and Safety Laboratory (UK) entwickelt.

Das führte zu folgenden Optimierungen:

• Verbesserung der natürlichen Belüftung durch den Einbau von Gittern (ähnlich

12 Hooker, P., Hoyes, J.R., Hall, J.: Accumulation of Hydrogen Released into an Enclosure Fitted With Passive Vents – Experimental Results and Simple Models (2014)

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Kühlergrills) in die Containerwände

• Reduktion von potentiellen Wegen/Bahnen der Verpuffung auf der Containerseite, in der die wasserstoffführenden Teile untergebracht sind

• Verbesserung der Belüftungswege/-bahnen, die durch den Container führen

• Anbringung von Halteeinrichtungen an den Türen, die eine weitere Ausblassicherung im Falle eines blow-out ermöglichen bzw. darstellen


Die technische Machbarkeit der angepassten und optimierten SmartFuel®-Anlage konnte im Vorhaben noch nicht ausreichend und im Betrieb bislang gar nicht demonstriert werden. Aufgrund der noch ausstehenden Erfahrungen und Erkenntnisse des Betriebs der Anlage sind, über die Erfahrungswerte der Planung und Montage einer Wasserstofftankstelle im Design und in der Funktionalität der im Vorhaben realisierten Anlage hinaus, noch keine verwertbaren Ergebnisse generiert worden. Jedoch wurden die Erfahrungen, die während der Planungs- und Genehmigungsphase gesammelt wurden, in weiteren Vorhaben der TOTAL verwendet und werden bei der Übergabe von Tankstellen bzw. Standorten an die H2Mobility berücksichtigt. Ebenso konnten aufgrund des fehlenden Betriebs noch keine verwertbaren Ergebnisse im Bereich der Wartung und daraus resultierende bessere Verfügbarkeiten oder geringere Betriebskosten gewonnen werden.

Bei der technischen Umsetzung, z. B. Anpassung und Montage der einzelnen Komponenten in der SmartFuel®-Anlage konnten neue Erfahrungen im Bereich des modularen Aufbaus (Anordnung der Komponenten), in der Herstellung (gestufter Kühlblock) und Verwendung von Komponenten gewonnen werden. Außerdem hat die Anpassung der Anlage, mit ursprünglich U. S.-amerikanischem Design, dafür gesorgt, dass die SmartFuel®-Tankstelle erstmalig in Europa bzw. Deutschland in einem 20-Fuß-Container umgesetzt und zugelassen wurde. Die Bemühungen, die Liefer- und Wertschöpfungskette komplett aus den USA nach Deutschland bzw. Europa zu verlegen ist noch nicht vollständig gelungen.

Die Verwertungspläne und geplante strategische Positionierung des Vorhabenpartners Air Products in Europa und Deutschland sind vor dem Hintergrund aktueller Kooperationsmodelle zu sehen. Mit Bohlen & Doyen ist es gelungen, einen zukünftigen lokalen Partner für die Montage und Installation sowie Wartung und Reparatur der SmartFuel®-Tankstelle zu finden. Die Rolle von Air Products wird sich perspektivisch auf das Engineering und die Produktentwicklung beschränken, während Herstellung, Montage und Serviceaktivitäten auf dem deutschen bzw. europäischen Markt angesiedelt sind.

Die SmartFuel®-Technologie selbst basiert auf einem Anlagenkonzept zur Realisierung einer 500-bar Lieferlogistik. Die durch die Initiative H2Mobility Deutschland erstellten Szenarien identifizieren diese Druckstufe als mittelfristig zentrale Lösung der Wasserstoffbereitstellung. Die im Vorhaben angepassten und weiterentwickelten Anlagenkomponenten sind durch ihr modulares Design für die 500-bar-Anlieferung kompatibel vorbereitet und ausgeführt. Die effiziente Umrüstung der Tankstelle von heute erforderlichen 200-bar-Lieferkonzepten auf zukünftig nachgefragte 500-bar-Lieferkonzepte ist im Anlagendesign angelegt und somit sichergestellt. Die Verwertung dieser insbesondere für die Übergangszeit relevanten Technologielösung wird daher als erfolgversprechend

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angesehen. Sie bietet sich darüber hinaus auch für die Betankung anderer mobiler Anwendungen an, wie z. B. Busse und Gabelstapler (350 bar).

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27 PROJEKTMODUL: H2BER

Projekttitel: Teilprojekt 1: Errichtung und Betrieb einer Wind-Wasserstoff-Produktionsanlage inklusive einer voll integrierten, öffentlichen Wasserstofftankstelle am Flughafen Berlin Brandenburg (BER)

Teilprojekt 2: Integration und Erprobung eines H2-Festkörper-speichers und Elektrolyseurs in einer Wind-Wasserstoff-Produktionsanlage - Nachtragsantrag zum regionalen Leuchtturmvorhaben H2BER



McPhy Energy Deutschland GmbH


01.01.2012/3 – 31.12.2016

Förderquote 48%


Förderkennzeichen: 03BV232A / 03BV232D / 03BV232E


27.1 Kurzfassung /Aufgabenstellung

Am Standort des Berlin-Brandenburger Flughafens BER in der Gemeinde Schönefeld sollte im Rahmen dieses Verbundvorhabens ein regionaler Leuchtturm „H2BER“ durch die Unternehmen TOTAL Deutschland, Linde AG, 2G Energietechnik und McPhy Energy errichtet und betrieben werden.

Das Projekt hatte zum Ziel, die Machbarkeit einer sicheren, zuverlässigen und nachhaltigen Energieversorgung auf Basis von erneuerbaren Energien im Praxistest zu demonstrieren. Im Rahmen des Projekts sollten die technologischen, wirtschaftlichen und organisatorischen Voraussetzungen für den mittelfristig kommerziellen Betrieb von Wind-Wasserstoff-Systemen ermittelt und evaluiert werden. Insbesondere beabsichtigten die Partner mit dem Vorhaben neben der Integration des Wind-Wasserstoffs in die existierenden Energieinfrastrukturen, die konzeptionelle und technologische Systementwicklung einer nachhaltigen und perspektivisch wirtschaftlichen Kraftstoffbereitstellung für Brennstoffzellenfahrzeuge voranzutreiben. Realisiert werden sollte das Ziel durch die Errichtung einer Wind-Wasserstoff-Produktionsanlage sowie der weltweit ersten CO2-neutralen Tankstelle auf einem von TOTAL für das Projekt bereitgestellten Grundstück an der Zufahrt und in direkter Nachbarschaft zum Tanklager des Flughafens BER. Der Betrieb der Anlage war ursprünglich in Anlehnung an das Windlastprofil eines örtlichen Windparks und unter Nutzung von 100% erneuerbarer Energie vorgesehen (bilanzieller Strombezug). Durch den Ausstieg des zuständigen Partner ENERTRAG im Herbst 2013 konnte die Ankopplung an einen lokalen Windpark nicht mehr erfolgen. Der zum Betrieb der Elektrolyse außerhalb dieses Vorhabens realisierte Stromliefervertrag beinhaltet Zertifikate für 100% der Liefermenge.

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Die Wind-Wasserstoff-Produktionsanlage diente im Projekt als Demonstrationsanlage für ein optimiertes Lasten- und Abnahmemanagement von diskontinuierlich anfallender Windenergie. Der vor Ort produzierte und gespeicherte Wasserstoff war in erster Linie für Fahrzeugbetankungen an der benachbarten TOTAL-Tankstelle vorgesehen, die Teil des Ausbaus einer flächendeckenden Betankungsinfrastruktur für Wasserstoff in Deutschland war. Im Vorhaben wurden alle erforderlichen Einrichtungen installiert, um den vor Ort in Druck- bzw. Feststoffspeichern gelagerten Wasserstoff bedarfsorientiert über eine Trailerabfüllung anderen Kunden bzw. Standorten bereitzustellen oder in dem am Standort errichteten BHKW zur Rückverstromung einzusetzen.

Dominiert wurde das Projekt durch die wiederholten Verschiebungen der ursprünglich für Herbst 2011 bzw. Mai 2012 vorgesehenen Eröffnung des neuen Berlin-Brandenburger Flughafens BER-Schönefeld. Diese führten zu einer über den gesamten Projektzeitraum fehlenden Nachfrage nach Wasserstoff als Kraftstoff und daher fehlende Wirtschaftlichkeit bzw. unzureichende Betriebserfahrungen im Zusammenspiel der Anlagen.

27.2 Projektverlauf

Das Projektkonsortium zum Leuchtturm H2BER bestand aus den Verbundpartnern TOTAL, Linde, 2G Energietechnik und McPhy Energy. Der ursprünglich in diesem Vorhaben aktive Partner ENERTRAG verließ aufgrund unternehmensorganisatorischer Umstrukturierungen (Verkauf der ENERTRAG HyTec an McPhy) im Oktober 2014 offiziell das Konsortium. Konsortialführer war die TOTAL. Die Zusammenarbeit basierte auf den in der Kooperationsvereinbarung zum Projekt definierten und in der Vorhabenbeschreibung ausgeführten folgenden Aufteilung von Verantwortlichkeiten und Aktivitäten:

TOTAL Deutschland GmbH

Die Leistungsanteile von TOTAL umfassten gemäß Antrag die:

• Gesamtkoordinierung des Vorhabens

• Bereitstellung des Grundstücks (nicht Gegenstand des Förderantrags)

• Bauvorbereitung des Geländes

• Bereitstellung der Ver- und Entsorgungsinfrastruktur

• Einbringung von Erdleitungen für Medien

• Planungsleistungen für die Errichtung der Anlage

• Baugenehmigungen und Gutachten

• Errichtung des Gebäudes für die Leitwarte zur Steuerung der Wasserstoffproduktionsanlage

• Technische Abstimmung mit dem Technologiepartner Linde zur CGH2-Infrastruktur inkl. den 350 bar und 700 bar Zapfsäulen, Vorkühlung, Speicher- und Verdichtersystemen unter Berücksichtigung der H2Mobility-Richtlinien für Wasserstofftankstellen vom Typ „small“

• Durchführung von Erd- und Gründungsarbeiten

• Durchführung baulicher Maßnahmen inkl. Technikhof, technische Bauten, Wege und Außenanlagen

• Abstimmung der Sicherheitsarchitektur zwischen allen Beteiligten

• Beschaffung, Aufbau, Installation und Inbetriebnahme der Wasserstofftankstelle inkl. Zapfsäulen, Vorkühlung, Speicher- und Verdichtersystemen, Rohrleitungen etc.

• Ingenieur- und Planungsleistungen

• Errichtung und Betrieb eines Kartenlesers für die Betankungsfreigabe und Datenerfassung

• Einbindung der Anlage in das CEP-Tankstellenverfügbarkeitssystem

• Erlangung von Betriebsgenehmigungen nach § 13 Betriebssicherheitsverordnung

• Betrieb der Wasserstofftankstelle sowie Betrieb der zugehörigen konventionellen Tankstelle (Betrieb des konventionellen Teils nicht Gegenstand des Förderantrags)

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Darüber hinaus war TOTAL in Kooperation mit dem Technologiepartner Linde13 für den Betrieb sowie die betriebliche Optimierung und Weiterentwicklung der Anlage verantwortlich, die u.a. folgende Aktivitäten umfasste:

• Analyse von Serviceaufwand und Anlagenverschleiß (u.a. Identifizierung von Schwachstellen, Materialanalyse um Erkenntnisse aus Bauteilwechsel zu gewinnen, Optimierung von Wartungszyklen)

• Analyse des Stromverbrauchs/Optimierung des Energiekonzeptes (Prüfung einer Softwarelösung zur Priorisierung gleichzeitiger Stromverbraucher, Ziel der Verbrauchssenkung der Gesamtanlage)

• Testzyklen und Weiterentwicklung von SAE-Standards (Festlegen und Durchfahren eines Evaluierungsprozesses verschiedener Betriebsmodi mit verschiedenen Fahrzeugtypen)

• Erstellung von Schulungsunterlagen und Durchführung von Schulungen von Wartungspersonal, um die geforderte hohe Verfügbarkeit in Zukunft erreichen zu können

• Wartung der Anlage inkl. Beschaffung von Verschleiß- und Ersatzteilen


Die Leistungsanteile der 2G umfassten gemäß Antrag alle mit der Entwicklung, dem Aufbau, Betrieb und der Evaluierung des wasserstoffbetriebenen BHKWs verbundenen Aktivitäten, u.a.:

• die Entwicklung eines bivalenten BHKW zum primären Betrieb mit 100% Wasserstoff und alternativ mit Erdgas (inkl. Berechnung und Auslegung der erforderlichen Sonderkomponenten, Bauteilbeschaffung und Beauftragung der Zulieferer, Planung und Aufbau eines Prototypen für den Wasserstoffbetrieb, Anpassung des Gasmotorenprüfstands bei 2G in Heek für Wasserstoffversuche, Entwicklung von Prüfstandtests der Einzelkomponenten und Verifizierung der Berechnungen in der Anwendung, Test der Gesamteinheit am Prüfstand mit Ermittlung der technischen Daten);

• das Redesign der Komponenten auf Basis der gewonnenen Erfahrungen und Erkenntnisse aus den Prüfstandtests, Aufbau des kompletten Moduls im Werk;

• die Schnittstellenklärung mit den anderen Projektpartnern (Strom-, Wasser- und H2-Anbindung);

• die Installation und Inbetriebnahme des BHKW vor Ort;

• den Probebetrieb, Regelbetrieb, die Erfassung/ Auswertung von Betriebsdaten und Optimierung im Betrieb unter primärer Verwendung des vor Ort erzeugten regenerativen Wasserstoffs;

• die Versorgung der Tankstelle und der Produktionsanlage mit elektrischer und thermischer Energie, sowie Einspeisung von regenerativ erzeugter Energie in das Stromnetz;

• den Service und die Instandhaltung über die gesamte Projektlaufzeit;

• Erprobung des Zusammenspiels der verschiedenen Anlagenkomponenten und der bedarfsorientierten Rückverstromung von Wasserstoff im Rahmen des Lastenmanagements von Stromnetzen.

McPhy Energy Deutschland GmbH

Die Leistungsanteile der McPhy umfassten gemäß den Anträgen zum einen die ursprünglich beim zum 06.10.2014 aus dem Verbundvorhaben ausgetretenen Projektpartner ENERTRAG liegenden Aufgaben der Wasserstoffbereitstellung sowie die Aktivitäten rund um die Demonstration des Feststoffspeichers am Standort BER.

Im Bereich der Wasserstoffbereitstellung zeichnete McPhy sich gemäß Antrag verantwortlich für die

13 LINDE war Hauptauftragnehmerin der TOTAL und lieferte alle wesentlichen Komponenten der Wasserstofftankstelle

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• Ingenieur- und Planungsleistungen im Zusammenhang mit der Errichtung des Elektrolysesystems;

• Errichtung einer Leichtbauhalle mit einer Grundfläche von ca. 260 m² mit ausreichend Platz für zwei Elektrolyseure (davon einer optional) inklusive sämtlicher Nebenaggregate;

• Lieferung, Installation und Inbetriebnahme eines kompletten Elektrolysesystems inklusive aller Nebenaggregate und Anschlüsse;

• Errichtung einer zentralen Anlagensteuerung in der Leitwarte inkl. Einbindung der Steuerung des Elektrolyseurs in Kooperation mit den Partnern;

• anteilige Errichtung der Leitwarte der Wasserstoffproduktionsanlage;

• technische Abstimmung mit dem Partner Linde für das Wasserstoffhandling (Schnittstellendefinition);

• Integration der Steuerung sämtlicher Anlagenteile in die zentrale Leitwarte in Kooperation mit den Partnern Linde und TOTAL;

• Abstimmung der Sicherheitsarchitektur zwischen den Beteiligten;

• Erlangung von Betriebsgenehmigungen nach Bundesimmissionsschutzgesetz für die Wasserstoffproduktion.

Darüber hinaus engagierte sich McPhy in Kooperation mit den Verbundpartnern auf eigene Kosten und begleitend zum Vorhaben unter Nutzung der am Standort H2BER errichteten Anlage in den Bereichen betriebliche Optimierung und Weiterentwicklung der Wasserstoffproduktion. Die geplante Aufstockung des Vorhabens zur Integration der folgenden Aktivitäten in das Leuchtturmprojekt H2BER, die sich ursprünglich in Verantwortung der ENERTRAG befanden, wurde seitens des Fördermittelgebers negativ beschieden:

• Anlagenoptimierung (Erprobung des Zusammenspiels der Komponenten in verschiedenen Betriebsmodi);

• Erprobung von Betriebsstrategien für die Herstellung von grünem Wasserstoff;

• Analyse von Serviceaufwand und Anlagenverschleiß (u.a. Identifizierung von Schwachstellen, Materialanalyse um Erkenntnisse aus Bauteilwechsel zu gewinnen, Optimierung von Wartungszyklen);

• Analyse des Stromverbrauchs / Optimierung des Energiekonzeptes mit dem Ziel der Verbrauchssenkung der Gesamtanlage;

• Weiterentwicklung von Komponenten für den dynamischen Betrieb (Wasserstoffherstellung abhängig vom Windangebot, Wasserstoffabgabe bedarfsorientiert);

• Schulungen von Wartungspersonal zur Sicherstellung der geforderten hohen Verfügbarkeit zukünftiger Anlagen;

• Wartung der Anlage inkl. Beschaffung von Verschleiß- und Ersatzteilen

Im Bereich der Wasserstoffspeicherung mittels Festkörperspeicher zeichnete McPhy sich gemäß Antrag verantwortlich für:

• alle notwendigen vorbereitenden planerischen Maßnahmen für die Installation des Speichers innerhalb der Anlage (u.a. Abstimmung mit den Projektpartnern des H2BER-Leuchtturmvorhabens, Abstimmung mit dem Hersteller McPhy S.A., Schnittstellendefinition, Planungsleistungen);

• die Fertigung und Lieferung des Festkörperspeichers in einem Standard-Container an den Aufstellort, sowie Installation und bauliche Anpassung an die Anlage;

• die Inbetriebnahme des Festkörperspeichers und den Demonstrationsbetrieb über eine geplante Laufzeit von 24 Monaten

• Betreuung des Demonstrationsbetriebs inkl. regelmäßige Überprüfung und Wartung des Speichers sowie Erfassung von Betriebsdaten wie Verfügbarkeit, Speicherleistung, Energieverbrauch, Wartungsaufwand;

• das Projektmanagement und Auswertung der im Projektverlauf erfassten Daten / Ergebnisdokumentation / Wirtschaftlichkeitsanalyse.

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27.2.1 Planung, Genehmigungsverfahren, Erschließung, Grundstücksvorbereitung

Beteiligte Partner: TOTAL, LINDE, McPhy

Das Arbeitspaket 1 umfasste folgende Aktivitäten:

• Detailplanung,

• Einholung Genehmigungen,

• Freimachen Grundstück,

• Herstellen Erschließung Grundstück,

• Herstellen Fundamente für Gebäude / Speicher,

• Straßenbau.

Alle Aktivitäten wurden wie geplant im Zeitraum August 2012 – Mai 2013 durchgeführt und fertiggestellt. Im Rahmen dieses Arbeitspakets unternahmen die Projektpartner alle erforderlichen Schritte, um den Bau am Standort BER zügig beginnen zu können. Nachdem die Vor- und Grobplanungen für das Projekt bereits zum Zeitpunkt der Antragstellung abgeschlossen war, begann trotz verzögerter Projektbewilligung in Absprache mit dem Fördermittelgeber die Detailplanung für die Gebäude, die technische Erschließung der Produktionsanlage und die Außenlagen. Die Planungen für die Wasserstoffanlagen der Tankstelle, die in die konventionelle Tankstelle integriert wurden, mussten bereits im 1. Halbjahr 2012 abgeschlossen sein, um die notwendigen Vorleistungen für die Installation der H2-Technik bereits in der Bauphase der ebenfalls am Standort neu errichteten konventionellen Tankstelle realisieren zu können.

Ab Mitte 2012 stand das an die TOTAL Tankstelle angrenzende Grundstück, das zuvor als Baustofflager für die Flughafenbaustelle genutzt wurde, wie geplant für bauliche Aktivitäten zur Verfügung. Auf dieser Fläche, die sich im Besitz der TOTAL befand, sollte die Wasserstoffproduktionsanlage errichtet werden. Verhandlungen hierüber wurden bereits im Vorfeld der Antragstellung abgeschlossen. Alle bauvorbereitenden Maßnahmen wie die Räumung des Geländes, die Baustelleneinrichtung und -sicherung, die infrastrukturelle Erschließung des Grundstücks usw. wurden wie geplant ohne relevante Zwischenfälle umgesetzt. Hierzu gehörten u.a. die Leitungsverlegung, die Regenwasserversickerung und die Landschaftsgestaltung. Des Weiteren beinhaltete das Arbeitspaket die Erstellung der Fundamente für die Installation der Gebäude und Anlagen.

Bei den zuständigen Behörden wurden alle erforderlichen Genehmigungen für die Errichtung und den Betrieb der Anlagen beantragt. Insbesondere wurde in Zusammenarbeit mit dem TÜV, den Landes- und Kreisbehörden sowie dem Flughafen im Zuge der Erteilung der erforderlichen Genehmigungen kooperiert.

Entgegen der ursprünglichen Planung wurde der neue Flughafen BER am Standort Schönefeld nicht im Frühjahr 2012 eröffnet, was im weiteren Projektverlauf zu einer fehlenden Nachfrage nach Wasserstoff am Standort führte. Das Projekt endete, ohne dass der Flughafen BER eröffnet wurde. Der Projektverlauf zur Betriebsgenehmigung der Gesamtanlage wird der Übersichtlichkeit halber im Arbeitspaket 10 (Koordinierung und Management) dargestellt und bezieht sich auf die Aktivitäten der Arbeitspakete 6, 8 und 9.

27.2.2 Erstellung Gebäude

Beteiligte Partner: TOTAL, Linde, McPhy

Das Arbeitspaket 2 umfasste folgende Aktivitäten:

• Errichtung des Gebäudes für die Leitwarte in Leichtbauweise,

• Errichtung des Gebäudes für den Elektrolyseur.

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Während die Partner gemeinsam zuständig waren für die Errichtung der Leitwarte, zeichnete sich McPhy alleinig verantwortlich für die Errichtung des Elektrolyseurgebäudes.

Die Errichtung des Gebäudes für die Leitwarte erfolgte wie geplant im Zeitraum April 2013 – September 2013. Die „gläserne Leitwarte“ wurde in dem zu errichtenden Gebäude auf dem der Tankstelle benachbarten Produktionsgelände untergebracht und erfüllt primär folgende Funktionen:

• Standort für die Unterbringung der zentralen Regelungs- und Steuerungseinrichtung der Produktionsanlage inklusive Monitoring;

• Arbeitsplatz für die Mitarbeiter, die die Anlage betreuen, überwachen und optimieren;

• Konferenzraum für interne Besprechungen und Gäste.

Die ursprünglich über diese primären Funktionen hinausgehenden Pläne zur Etablierung eines „kommunikativen Wasserstoff-Erlebnisorts“ in Kooperation mit weiteren Unternehmen und Financiers konnte aufgrund der fehlenden Fertigstellung des Flughafens BER und der daraus resultierenden unattraktiven Lage / fehlenden Anbindung nicht realisiert werden. So war u.a. geplant, die Funktionsweise der Anlage in Echtzeit darzustellen und die komplexe Technologie für Gäste besser vermittelbar zu machen. Des Weiteren sollte ein repräsentatives Informationszentrum zur Wasserstofftechnologie, das die gesamte Bandbreite der Aktivitäten im Rahmen des NIP darstellt, entstehen.

Realisiert wurde stattdessen ein mittelgroßer Konferenzraum in der Leitwarte zur Nutzung durch interessierte Fachkreise und zur Präsentation der Aktivitäten an die Öffentlichkeit, sowie Büros für am Standort tätige Mitarbeiter der Partnerunternehmen.

Die Errichtung des Gebäudes für den Elektrolyseur wurde im Dezember 2013 und damit 8 Monate später realisiert als ursprünglich geplant. Die Fertigstellung der Halle erfolgte in Q1/2014. Der verspätete Beginn basierte auf der Übernahme der Projektaktivitäten und -mitarbeiter der ENERTRAG HyTec durch McPhy und die damit verbundene Überarbeitung der Halle (Basisentwicklung musste gemäß Anforderungen der McPhy neu durchgeführt werden).

27.2.3 Entwicklung und Aufbau Elektrolyse

Entgegen der ursprünglichen Planung konnten die Aktivitäten in diesem Arbeitspaket im Jahr 2013 weder begonnen noch beendet werden. Der Start der Aktivitäten verzögerte sich von April 2013 auf das 1. Quartal 2014 und endete statt im Dezember 2013 erst im 3. Quartal 2015.

Die Verspätung des Starts der Aktivitäten war der Tatsache geschuldet, dass sich der Verantwortungsbereich des Projektpartners McPhy Energy im Verbundprojekt H2BER durch den Ausstieg des Projektpartners ENERTRAG aus der Elektrolyseurproduktion deutlich ausgedehnte. Ursprünglich verantwortete McPhy Energy im Projekt einzig die Erprobung und den Demonstrationsbetrieb eines Festkörperspeichers für Wasserstoff auf der Basis von Magnesiumhydrid. Am 01.10.2013 übernahm die McPhy Energy jedoch die Entwicklung und Produktion von Elektrolyseuren sowie die Mitarbeiter des den Elektrolyseur liefernden Tochterunternehmens der ENERTRAG (ENERTRAG HyTec). Die aus dem Übernahmeprozess resultierenden organisatorischen Abstimmungsprozesse sowie die Integration der Mitarbeiter und Aufgaben der ENERTRAG HyTec in die McPhy Energy ließen keine ausreichenden personellen Kapazitäten zur Durchführung der Aktivitäten in Arbeitspaket 3 im Jahr 2013 zu.

Die längere Bearbeitungsdauer resultierte zum einen aus einer Verzögerung der Montage des Elektrolyseurs aufgrund eines notwendig gewordenen Neu-Engineerings des Stacks zur Optimierung des Zellrahmens, der Isolierung sowie der Visualisierung und Steuerung des Systems. Zum anderen führte ein Sturmschaden an einem Kühlgerät im Januar 2015 dazu, dass dieses Kühlgerät erneuert werden musste.

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Nachdem die Montage Ende 2014 abgeschlossen und erste Probeläufe sowie die erforderliche Dichtigkeitsprüfung durchgeführt wurden, kam es zu Verzögerungen bei der TÜV-Abnahme des Elektrolyseurs, da für den Zellrahmen ein Kunststoff eingesetzt wurde, dessen Eignung zum damaligen Zeitpunkt noch in einem langwierigen Zulassungsverfahren unter Beweis gestellt werden musste. Das Zulassungsverfahren lief ab März 2014 und wurde im August 2015 erfolgreich zum Abschluss gebracht, die Eignung des verwendeten Kunststoffs für den Einsatz im Elektrolyseur konnte nachgewiesen werden.

Die hardwareseitige Anbindung des Elektrolyseurs an die zentrale Anlagensteuerung erfolgte Ende 2014. Die softwareseitige Implementierung erfolgte im Frühjahr 2015. Die eingetretenen Verzögerungen bei der Erlangung der Betriebsgenehmigung für den Elektrolyseur hatten Einfluss auf die gesamte Projektplanung, da die sicherheitstechnische Abnahme der Gesamtanlage erst nach der Abnahme der Einzelanlagen erfolgen konnte.

Nachdem die Montage des Elektrolyseurs abgeschlossen war, wurden in der ersten Jahreshälfte 2015 wesentliche Probeläufe und Funktionstests durchgeführt. Auf Grundlage der Testergebnisse führte der Projektpartner McPhy Energy an einzelnen Anlagenteilen gezielte weitere Optimierungen und Restarbeiten durch. Die Arbeiten umfassten im Wesentlichen

• Testbetrieb bei unterschiedlichen Systemdrücken und Leistungsdichten

• Ermittlung wesentlicher Leistungs- und Verbrauchsparameter: o U-I-Kennlinien o Produktionskapazität o Gasreinheiten o Einzelverbrauch peripherer Anlagenkomponenten o Volumenströme, Massebilanzen, etc.

• Funktion Sicherheitssysteme

• Optimierung Prozesssteuerung

• Optimierung Visualisierung

Die Inbetriebnahme des Elektrolyseurs endete mit der abschließenden TÜV-Abnahme am 27. / 28. August 2015, sowie der daran anschließenden vierwöchigen Testbetriebsphase unter Realbedingungen. Während der Probeläufe und Funktionstests war immer mindestens ein Mitarbeiter der McPhy Energy vor Ort. Auf Grundlage der Testergebnisse wurden an einzelnen Anlageteilen gezielt weitere Optimierungen durchgeführt. Der produzierte Wasserstoff wurde in der zweiten Jahreshälfte 2015 entweder in den Festkörperspeicher eingespeist oder zum Testbetrieb des BHKW genutzt, weitere Testfahrten zur Evaluierung der Leistungsfähigkeit der Anlage wurden bis Jahresende 2015 durchgeführt.

Aufgrund der bis dato fehlenden Freigabe seitens des Projektpartners Linde zur Einspeisung des Wasserstoffs in den Zwischenspeicher der Tankstelle und fehlender Speichermöglichkeiten für Wasserstoff, mussten relevante Anteile des erzeugten Wasserstoffs ungenutzt in die Luft abgeblasen werden. Zum Zweck des Qualitätsnachweises des am Standort BER produzierten Wasserstoffs wurden am 26.10.2015 Proben entnommen und durch den Projektpartner Linde im Labor analysiert14. Die Laboranalyse ergab, dass die Grenzwerte gemäß der Spezifikation ISO 14687 eingehalten wurden. Damit konnte die Wassersstoffqualität in Anlehnung an die Norm SAE 2719 erreicht werden, die seitens der Automobilhersteller für die Betankung in Brennstoffzellen-Pkw gefordert wird

14 Einige der Werte befinden sich derzeit unterhalb der Nachweisgrenzen der Methoden und Labore, die in

Deutschland verfügbar sind. Der Nachweis wurde mit den möglichen Methoden geliefert.

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27.2.4 Planung und Aufbau Wasserstoffspeicherung, -verdichtung und Abfüllanlage zur

Trailerbelieferung

Der Projektverlauf und die Aktivitäten in diesem Arbeitspaket sind im Schlussbericht des Verbundpartners Linde dargestellt.

27.2.5 Beschaffung und Installation einer Wasserstofftankstelle

Während alle Aktivitäten vom Engineering bis zur Anlieferung und Installation der Dispenser termingerecht starteten und mit nur geringer Verzögerung noch im Jahr 2013 fertiggestellt werden konnte, verzögerte sich die Finalisierung der Inbetriebnahme der Wasserstofftankstelle bis nach Ende des Förderzeitraums.

Nachdem bereits seit 27.09.2012 eine Erlaubnis des Landesamts für Arbeitsschutz zum Probebetrieb der Tankstelle vorlag und somit eine Betankung von Fahrzeugen an der Wasserstofftankstelle H2BER unter Aufsicht von Mitarbeitern von TOTAL Deutschland GmbH oder Linde AG möglich war, verzögerte sich die finale Inbetriebnahme der Tankstelle als Teil der nach der neuen Betriebssicherheitsverordnung 2015 zu bewilligenden Gesamtanlage bis nach Ende des Förderzeitraums.

Die CEP-Abnahme der Tankstelle, die neben der sicherheitstechnischen Gesamtabnahme eine Voraussetzung für die Betankung der am Standort Berlin-Brandenburg eingesetzten CEP-Fahrzeuge ist, erfolgte bereits im Frühjahr 2015. Nachdem unter Einsatz des erst im Frühjahr 2015 verfügbaren Abnahmegeräts der Firma Linde den CEP-Abnahmeprozess am 25.3.2015 durchgeführt wurde, erfolgte die CEP-Freigabe der 700 bar Pkw-Betankung am 30.4.2015. Die Freigabe der 350-bar-Busbetankung konnte aufgrund des zum Jahresende 2014 eingestellten Betrieb der Berliner Wasserstoffbusse und somit der fehlenden Möglichkeit für Testbetankungen mit Wasserstoffbussen nicht mehr erfolgen. Aufgrund der absehbar fehlenden Nachfrage nach diesem Betankungsangebot in der Region Berlin-Brandenburg wurde auf eine zeit- und kostenaufwändige Beschaffung von Testbussen aus anderen Regionen Deutschlands oder Europas verzichtet.

Die Inbetriebnahme der Gesamtanlage konnte nicht zeitnah nach der CEP-Freigabe erfolgen, da die sicherheitstechnische Gesamtabnahme durch Feuerwehr und Landesamt für Arbeitsschutz (LAS) Brandenburg die Abnahme und Betriebsbereitschaft sämtlicher Komponenten der Anlage bedingte. Insbesondere stand zum damaligen Zeitpunkt noch ein Test der Brandmeldeanlage aus, der erst nach Inbetriebnahme des Elektrolyseurs und des Feststoffspeichers im Sommer 2015 terminiert werden konnte. Der Test der zentralen Brandmeldeanlage und damit die sicherheitstechnische Abnahme der Gesamtanlage verzögerte sich im Anschluss an die Fertigstellung des Elektrolyseures und des Festkörperspeichers aufgrund fehlender personeller Ressourcen seitens des Projektleiters TOTAL bis in das 2. Kalenderhalbjahr 2016. Nachdem sich die Personalsituation der Wasserstoffabteilung von TOTAL Mitte 2016 verbesserte, wurden für Juli 2016 die Fortführung der Gespräche mit dem LAS vorgesehen, um die Inbetriebnahme der Gesamtanlage im 2. Halbjahr mit Nachdruck voranzutreiben.

Im 2. Halbjahr 2016 fanden neben diversen Gruppenführungen noch weitere Projektpartnertreffen unter Beteiligung von TÜV, LAGetSi und dem beauftragten Architekten statt. Ziel der Gespräche war die Wiedererlangung der Betriebserlaubnis sowie die Erarbeitung eines Betriebskonzepts, das die aktuellen Entwicklungen berücksichtigte.

27.2.6 Aufbau, Einbindung und Betrieb eines Wasserstoff-BHKW

Alle Aktivitäten außer dem Betrieb des BHKW im Wasserstoff – bzw. Erdgasmodus starteten plangerecht. Während das Engineering und die Konzipierung der Einbindung des BHKWs im geplanten Zeitraum abgeschlossen werden konnten, verzögerte sich die Anlieferung und Aufstellung des BHKW sowie dessen thermische und elektrische Anbindung um ein Quartal nach Q1 2014. Die

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Verschiebung resultierte aus unerwartet aufgetretenen technischen Herausforderungen bei der Fertigung des Verteilers für die Wasserstoff-Gas-Regelstrecke im BHKW-Prototypen. Nachdem Qualitätsprobleme beim gefertigten Verteiler entdeckt wurden, erfolgte eine Anpassung des Fertigungsverfahrens. Die mit diesem Verfahren gefertigten Bauteile besaßen die erforderliche Qualität, so dass sie in den Verteiler eingesetzt werden konnten.

Da sich die Installation und Inbetriebnahme des Elektrolyseurs und somit die Verfügbarkeit von vor Ort produziertem Wasserstoff verzögerte, startete das BHKW im Juli 2014 vorerst im Erdgasbetrieb. Die thermische Anbindung des Blockheizkraftwerks an die Tankstelle und Waschstraße der TOTAL erfolgte im Mai 2015.

Zu Testzwecken wurde das BHKW in 2014 zwischenzeitlich auch mit Wasserstoff gefahren, ab 2015 fanden verschiedene Funktionstests der Anlage statt:

• Die Probeläufe des BHKW mit vor Ort erzeugtem Wasserstoff im Jahr 2014 zeigten, dass die Wasserstoffqualität zu diesem Zeitpunkt noch nicht ausreichend für die Nutzung im BHKW war. In Folge dieser Beobachtung wurde durch den Projektpartner McPhy eine Probenahme und -analyse durchgeführt zur Erbringung des Qualitätsnachweises des vor Ort produzierten Wasserstoffs.

• Die Fortführung der Probeläufe des BHKW mit vor Ort erzeugtem Wasserstoff im Oktober und im Dezember 2015 zeigten, dass die Wasserstoffqualität gesteigert werden konnte und nun als geeignet für den Betrieb im BHKW eingestuft wurde. Für beide Testläufe war eigenes Personal mehrere Tage vor Ort um die Testläufe zu betreuen und die Betriebserfahrungen auszuwerten. Der Wasserstoff für die Testläufe wurde aus dem Feststoffspeicher bzw. direkt aus dem Elektrolyseursystem in das BHKW eingespeist. Darüber hinaus erfolgten planmäßige Wartungsarbeiten durch eigenes Personal. Der Testbetrieb des BHKW mit Wasserstoff verlief problemlos und die ersten Betriebserfahrungen im Probebetrieb übertrafen die Erwartungen.

Nach dem ersten Testlauf wurden verschiedene Optimierungen zur Leistungssteigerung umgesetzt. Durch Veränderungen am Turbolader konnte die Leistung des BHKW in der Folge bei weiteren Tests von 120 KW auf 160 KW gesteigert werden. Bei der Speisung des BHKW allein mit Wasserstoff aus dem Feststoffspeicher wurde aufgrund des begrenzten maximalen Volumenstroms bei der Entladung des Feststoffspeichers lediglich eine Leistung von 60 KW erreicht, was 50 % der Nennleistung des BHKW entspricht. Das heißt, dass beim Betrieb des BHKW Leistungen von über 60 KW nur durch zusätzliche Bereitstellung von Wasserstoff aus dem Elektrolyseur erreicht werden können. Die Erprobungsmöglichkeiten ohne laufenden Elektrolyseur waren daher während der Projektlaufzeit begrenzt.

Durch die Verzögerung der Gesamtinbetriebnahme der Anlagen am Standort H2BER konnte das BHKW während der Projektlaufzeit nicht vor Ort im Wasserstoffnormalbetrieb gefahren werden. Die Versorgung der TOTAL-Einrichtungen mit Wärme aus dem Erdgasbetrieb war jedoch ab dem Zeitpunkt der sicherheitstechnischen Abnahme des BHKW Anfang 2015 möglich und wurde realisiert. Ein Betrieb des BHKW mit angeliefertem Wasserstoff wurde zwischenzeitlich durch den Projektpartner 2G evaluiert, jedoch aufgrund des einhergehenden unverhältnismäßig hohen Aufwands und resultierenden hohen Kosten verworfen.

27.2.7 Entwicklung und Aufbau zentrale Anlagensteuerung

Das Arbeitspaket wurde zwei Monate später als ursprünglich geplant im November 2013 gestartet. Grund für den verspäteten Start war die projekt- und unternehmensinterne Reorganisation von Aufgaben und Verantwortlichketen der ENERTRAG HyTec durch die McPhy Energy am 1.10.2013.

Die Installation und Anbindung aller Anlagen an die zentrale Anlagensteuerung verzögerte sich um ein weiteres Jahr gegenüber der ursprünglichen Planung und wurde in Q1 2015 finalisiert.

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Mit Unterstützung des Unterauftragnehmers Reiner Lemoine Institut (RLI), der für die Konzeptionierung der zentralen Anlagensteuerung zuständig war, wurden alle Tests in der ersten Jahreshälfte 2016 abgeschlossen und somit die Inbetriebnahme der zentralen Anlagensteuerung im Sommer 2016 ermöglicht. Die vom RLI entwickelte Demo-Applikation veranschaulicht die Zusammenhänge und Abläufe zwischen den verschiedenen Modulen. Aufgrund der bis nach Projektende ausstehenden Betriebsgenehmigung der Gesamtanlage verlängerte sich der Bearbeitungszeitraum dieses Arbeitspakets formal auf insgesamt fast 24 Monate. McPhy nutzte ab der 2. Jahreshälfte 2016 das vorhandene System am BER als Entwicklungsteststand zwecks Komponentenevaluierung (Pumpen, Wärmetauscher, Stacks der 2. Generation, Sekundärleistungsregelung, Primärleistungsregelung, etc.).

27.2.8 Anlagenbetrieb Produktionsanlage

Aufgrund der nach Betriebssicherheitsverordnung 2015 neu erforderlich gewordenen sicherheitstechnischen Abnahme der Gesamtanlage, die bis zum Ende der Projektlaufzeit nicht erfolgte, konnte der Elektrolyseur entgegen der ursprünglichen Planung nicht im Regelbetrieb im Gesamtsystem gefahren werden. Ein Betrieb der Elektrolyse im Stand-Alone-Betrieb war genehmigt und somit möglich. Da die Anlage nicht im Gesamtsystem betrieben werden durfte, war eine Abfüllung zur Verwendung des Wasserstoffs an anderen Standorten nicht möglich. Der Testbetrieb erfolgte unter Verwendung der Speicherkapazitäten des Festkörperspeichers, da Speicher- und Ausspeichervorgänge sowie der Probebetrieb mit dem BHKW im Testbetrieb erlaubt waren.

Infolge dieser Entwicklung und der im Projekt aufgetretenen Verzögerungen konnte die vorgesehene Betriebsphase von 24 Monaten innerhalb der Projektlaufzeit nicht erreicht werden. Um die relevanten Betriebsdaten trotzdem zu erfassen und die im Antrag definierten Ziele (wie z.B. die Erprobung verschiedener Betriebsmodi und die Anlagenoptimierung im Betrieb) zu erreichen, wurde die Anlage ab dem 2. Halbjahr 2015 zeitweise im Testbetrieb gefahren. Die vorgesehene technische und wirtschaftliche Auswertung des Betriebs der Gesamtanlage im Projekt konnte jedoch nicht mehr wie geplant umfassend erfolgen und bezieht sich auf eine eingeschränkte Datenbasis.

So wurden im 2. Halbjahr 2015 verschiedene Lastprofile gefahren und damit variable Energiezufuhr z.B. durch fluktuierende erneuerbare Energien simuliert. Konkret wurden die Kopplung des Elektrolyseurs an ein typisches Windfeld (Quelle: ABO-WIND) und die Realisierung eines Standard-Sekundärleistungsregelungsprofil getestet.

Auch verschiedene Überlastungsszenarien wurden im 2. Halbjahr 2015 in Testläufen erfolgreich erprobt. Anhand der Erkenntnisse konnten wichtige Optimierungen zu den Themen Kühlsysteme, Gasanalysen, Zuverlässigkeit und Wartungsfreundlichkeit initiiert und umgesetzt werden. Weitere Optimierungen, die Erfahrungen längerer Betriebszeiten der Anlage erfordern, konnten nicht wie geplant im Rahmen dieses Vorhabens realisiert werden. Hierzu zählen u.a. die Optimierung der Anlagensteuerung, Langlebigkeit und Kostenreduzierung. Auch die Interaktion mit den Anlagenteilen der Projektpartner konnte aufgrund der fehlenden Genehmigung der Gesamtanlage nach der neuen Betriebssicherheitsverordnung 2015 nicht erprobt werden.

Die Arbeiten in der 2. Jahreshälfte 2016 umfassten weitere Optimierungsarbeiten an der Anlage, die als Testanlage für die Weiterentwicklung der Technologien und zur Begleitung bzw. Entwicklung von Standardisierungsprozesse der Druckelektrolyse verwendet wurde. Somit konnte die Anlage trotz des fehlenden Regelbetriebs in diesem Vorhaben wie beabsichtigt wichtige Erkenntnisse und Impulse zur Erlangung der Marktreife der Druckelektrolyse generieren.

27.2.9 AAnlagenbetrieb Wasserstofftankstelle

Da die sicherheitstechnische Gesamtabnahme durch Feuerwehr und Landesamt für Arbeitsschutz (LAS) Brandenburg nicht während der Projektlaufzeit erfolgen konnte, war ein regulärer Betrieb der

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Wasserstofftankstelle nicht möglich. Die für die Betriebsphase definierten Ziele (u.a. die Erfassung von Betriebsdaten, die Erprobung verschiedener Betriebsmodi und die Anlagenoptimierung im Betrieb) konnten daher nicht erreicht werden. Auch war die geplante umfassende technische und wirtschaftliche Auswertung des Betriebs der Gesamtanlage aufgrund der fehlenden bzw. nur sehr spärlichen Datengrundlage aus den Testbetrieben und den Funktionstests nicht möglich.

Überlagert wurden die Schwierigkeiten bei der Erlangung der Betriebsgenehmigung der Gesamtanlage durch die bis auf Weiteres unbestimmte Verschiebung der Eröffnung des Flughafens Berlin-Brandenburg in Schönefeld (BER). Damit blieb entgegen der ursprünglichen Planung die Nachfrage nach Wasserstoff sowohl im Pkw-Bereich wie auch im Busbereich aus. Unter der ungenügenden Auslastung des Standorts hatte ebenfalls der konventionelle Teil der TOTAL-Tankstelle am selben Standort zu leiden. Die Entscheidung der BVG, zu Ende 2014 den Demonstrationsbetrieb der Wasserstoffbusse in Berlin einzustellen, wirkte sich ebenfalls negativ auf die Gesamtsituation der Wasserstoffnachfrage aus dem Verkehrsbereich im Großraum Berlin aus.

Trotz des im Förderzeitraums ausstehenden Regelbetriebs der Wasserstofftankstelle konnte sie einen wichtigen Beitrag zur Beantwortung bzw. Bearbeitung allgemeiner Forschungsfragen der Clean Energy Partnership (CEP) leisten. Die CEP unterhält u. a. den technischen Arbeitskreis H2-Mengenmessung, dessen Ziel die Etablierung eines Verfahrens zur eichfähigen Mengenmessung von Wasserstoff ist.

Auf Empfehlung der Landesämter für Mess- und Eichwesen und der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt Braunschweig wurde im Jahr 2016 durch die CEP eine Studie zum Stand der Technik zur Mengenmessung von Wasserstoff an 700-bar-Wasserstofftankstellen beauftragt und vom Fraunhofer ISE angefertigt. Die Studie umfasste u.a. die Planung, Begleitung und Auswertung von Ergebnissen der Feldmessungen an Anlagen mit unterschiedlichem Anlagendesign. Die Wasserstofftankstelle am Standort H2BER wurde im Zeitraum vom 23.-25.2.2016 als eine von drei Messtankstellen im Rahmen eines 3-tägigen Messprogramms beprobt. Die Ergebnisse der Messungen und die Interpretation der Ergebnisse sind in der Studie „Stand der Technik zur Mengenmessung an Wasserstofftankstellen – Befüllprozess nach SAE J2601-2010 A70 bzw. SAE J2601-2014 H70 T40 (H2Menge)“ des Fraunhofer ISE dargestellt.

27.2.10 Koordinierung und Management

Über die gesamte Projektlaufzeit fanden 30 Projekttreffen am Standort Berlin bzw. Schönefeld statt. Nach Bedarf wurden Abstimmungen und Fortschrittsberichte zusätzlich im Projektteam bzw. bilateral per Telefonkonferenz realisiert. Während der Projektfortschritt und technische bzw. organisatorische Abstimmungen die Treffen der ersten Projekthälfte dominierten, stand in den letzten 18 Monaten des Projekts die Inbetriebnahme bzw. Wiederinbetriebnahme der Gesamtanlage im Fokus der Treffen. Nachdem der Feststoffspeicher seit Mitte 2014, die Wasserstofftankstelle ab Frühjahr 2015 und die Produktionsanlage (Elektrolyse) ab August 2015 betriebsbereit waren und über einzelne TÜV-Abnahmen bzw. Betriebsgenehmigungen verfügte, rechneten die Partner zeitnah mit der Inbetriebnahme der Gesamtanlage. Die dazu erforderliche sicherheitstechnische Genehmigung der Gesamtanlage nach Betriebssicherheitsverordnung 2015 durch die Feuerwehr und das Landesamt für Arbeitsschutz (LAS) konnte jedoch nicht bis Projektende erlangt werden. Eine Sondersitzung des Projektkonsortiums am 7.9.2016 unter Anwesenheit des Fördermittelgebers (PTJ) und des TÜV führte daher zum Beschluss, die Aktivitäten auch nach Ende des Förderzeitraums unter dem Namen „hypark“ ab 2017 fortzuführen und die Wiederinbetriebnahme der Gesamtanlage zu forcieren.

Der Projektstatus zu Projektende stellte sich wie folgt dar:

• Die Betriebserlaubnis war im Oktober 2015 nach 3 Jahren Probebetrieb erloschen, da nicht alle Auflagen aus der Betriebsgenehmigung erfüllt werden konnten.

• Eine Wiederaufnahme des alten Antragsverfahren war aus formalen und praktischen Gründen nicht möglich.

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• Aufgrund der neuen BetrSichV war eine Wiederinbetriebnahme der Anlage nur über die Neubeantragung für die Gesamtanlage inkl. aller Anlagenteile möglich. Alle Anlagenkomponenten, wie z.B. der Feststoffspeicher, der bislang nur per Baugenehmigung genehmigt wurde, waren dabei in die Gesamtanlagenbewertung einzubeziehen.

• Eine Beantragung nach BImSchG wurde aufgrund bekannter Argumente (Lagermengen, physikalische Erzeugung) weiterhin als nicht erforderlich angesehen.

• Die technische Prüfung aller Teilanlagen war bereits erfolgreich absolviert worden. Das Brandschutzgutachten inkl. Prüfung der BMA wurde bestätigt.

• Alle untergeordneten Behörden hatten bereits Stellung genommen, sollten aber bei Neuantrag ihr bisheriges Prüfergebnis bestätigen.

Zusätzlich zu den bereits vorliegenden Dokumenten (Unterlagen und Prüfergebnisse) waren nach Aussage des LAVG und des TÜV für die Wiederinbetriebnahme zusätzlich folgende Dokumente erforderlich, die es in den Folgewochen zu erstellen bzw. liefern galt:

• Beschreibung der Gesamtanlage inkl. aller Anlagenteile;

• TÜV-Prüfbericht für die Gesamtanlage inkl. aller Anlagenteile;

• Gefährdungsbeurteilung für die Gesamtanlage nach neuer BetrSichV, die auch Wechselwirkungen mit dem konventionellen Teil der Tankstelle berücksichtigen muss (z.B. Anfahrschutz für TKW-Befüllung).

Darüber hinaus wurde empfohlen, ein Vertragswerk, das Rechte und Pflichten der Partner des Projektkonsortiums beschreibt, zu erstellen sowie einen Koordinator für das Projektkonsortium nach 2017 zu benennen. Bei Erstellung der Gefährdungsbeurteilung wurde angeraten zu prüfen, ob die bereits bestehende HAZOP-Studie genutzt werden konnte.

Die Projektlaufzeit erforderte die Zwischenberichtslegung über insgesamt 6 Berichtszeiträume, sowie die Schlussberichtslegung zum 30.6.2017. Während die Zwischenberichte noch durch die Partner einzeln eingereicht wurden, entschieden sich die Projektpartner TOTAL Deutschland, 2 G Energietechnik und McPhy Energy aus Gründen der Übersichtlichkeit und besseren Lesbarkeit zu einem gemeinsamen Schlussbericht, der den Projektverlauf und die erzielten Ergebnisse im Kontext aller Aktivitäten darstellt.

27.2.11 Projektvorbereitung und Planung (Festkörperspeicher)

Insbesondere die Definition der Schnittstellen zwischen Elektrolyse und Speicher standen im Vordergrund der Abstimmungsgespräche. Es wurde festgelegt, dass der Feststoffspeicher ausschließlich für die Versorgung des BHKW dienen sollte und die Versorgung der Linde-Speichertechnik durch den Elektrolyseur zu priorisieren sei. Die Planung und Anpassung des Speichers erfolgte auf Basis dieser Rahmenbedingungen.

27.2.12 Installation und Inbetriebnahme (Festkörperspeicher)

Die gemäß originärer Projektplanung für Ende 2013 terminierte Inbetriebnahme des H2-Festkörperspeichers verzögert sich nach Q2 2014. Ursächlich für die Verschiebung war ein Zwischenfall (Magnesiumverpuffung) in der Produktionshalle Grenoble der McPhy S.A., der eine Überarbeitung des Sicherheitskonzeptes erforderte. Mitte 2013 erhielt McPhy S.A. ein neues und aktuell gültiges Sicherheitszertifikat des Lloyd´s Register. Nach der technischen Überarbeitung und Optimierung des Festkörperspeichers folgten abschließende Tests bei der McPhy S.A. in Grenoble, die das nun einwandfreie Funktionieren des Speichers belegten. Parallel zur Lieferung und Installation des Festkörperspeichers am Standort BER erfolgten weitere Tests in Frankreich mit baugleichen Anlagen, von deren Ergebnissen das Projekt H2BER in der Inbetriebnahme- und Testphase profitierte.

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Obwohl die sicherheitstechnische TÜV-Abnahme des Festkörperspeichers zeitnah erfolgte, verschob sich die Inbetriebnahme des Festkörperspeichers in Folge von Verzögerungen der Fertigstellung und Inbetriebnahme des Elektrolysesystems, da solange kein vor Ort produzierter und zu speichernder Wasserstoff verfügbar war. Nach Komplettierung der Anlageninstallation (Elektrolyse und Festkörperspeicher) im August 2015 musste der Anlagenbetrieb aufgrund der bereits mehrfach erwähnten ausstehenden sicherheitstechnischen Abnahme der Gesamtanlage auf einen Test-/Probebetrieb beschränkt werden. Der Normalbetrieb konnte bis zum Ende des Förderzeitraums nicht aufgenommen werden und ist ab 2017 vorgesehen.

In Zusammenarbeit mit dem Reiner Lemoine Institut (RLI) stimmte McPhy die Einbindung des Festkörperspeichers in die zentrale Anlagensteuerung ab. Das Konzept sah den Betrieb des Feststoffspeichers zuerst als druckgeregelten Pufferspeicher zwischen Elektrolyseur und BHKW vor.

Als problematisch wurden auch die im Testbetrieb gemessenen und den Erwartungen entgegenstehenden hohen Energieverbräuche der Speicherung eingestuft. Bevor endgültige Aussagen zu den Ursachen und möglichen Lösungswegen zur Reduzierung dieser Energieverbräuche gemacht werden können, sind jedoch weitere Untersuchungen und Optimierungen im Regelbetrieb notwendig, die ab 2017 nach Wiederinbetriebnahme der Gesamtanlage geplant sind.

27.2.13 Demonstrationsbetrieb (Festkörperspeicher)

Der Demonstrationsbetrieb des Festkörperspeichers im Projekt H2BER konnte aufgrund der genannten Rahmenbedingungen nur eingeschränkt im Testbetrieb erfolgen. Es hat sich bei diesen Tests jedoch herausgestellt, dass der minimale H2-Eingangsstrom des BHKW (57 Nm3 H2 / h) größer ist als der maximale H2-Ausgangsstrom (45Nm3 H2 / h) des Feststoffspeichers. Daher war der Feststoffspeicher mit seinem Volumenstrom nicht in der Lage, das BHKW allein zu versorgen, sondern war auf ein Zusammenspiel mit dem Elektrolyseur angewiesen.

Diese Erkenntnis widersprach der im Betriebskonzept geplanten Nutzung des Festkörperspeichers als alleinigem Lieferant von H2 in das BHKW. In Folge musste der Betriebsmodus angepasst werden. Der Feststoffspeicher diente nun wie folgt als druckgeregelter Pufferspeicher:

• Druck in Leitung zum BHKW zu hoch: H2-Einspeicherung

• Druck in Leitung zum BHKW zu niedrig: H2-Ausspeicherung

• Für ca. 20 Minuten kann der Feststoffspeicher ca. 80 Nm3 / h ausspeichern.

Da der Betrieb der Elektrolyse nicht Gegenstand des Fördervorhabens war, wurden Aktivitäten zum kombinierten Elektrolyse / Festkörperspeichereinsatz außerhalb des Vorhabens vorgenommen.

27.2.14 Projektmanagement und Auswertung (Festkörperspeicher)

Die Wirtschaftlichkeitsanalysen fanden in Kooperation mit dem Fördervorhaben des RLI statt und sind dort im Schlussbericht berichtet. Die Betriebsdaten konnten aufgrund der oben genannten Rahmenbedingungen nicht wie geplant über 24 Monate erfasst werden.

Darüber hinaus stieß das Projekt bei einer Vielzahl von nationalen und internationalen Fachleuten auf hohes Interesse. Zusätzlich zur Kommunikation auf Veranstaltungen wurde der Standort von einer Vielzahl ausländischer Delegationen besucht (u.a. aus China, Finnland, Österreich, Schweiz und Deutschland) und resultierten in Aufträgen für den Projektpartner McPhy.

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Ziel der Entwicklungsarbeit im Bereich Elektrolyse und der Anlagensteuerung war es, Schwierigkeiten der tages- und jahreszeitlichen Schwankungen der Windenergie und folglich die Vorhaltung der Reserven für den Netzbetrieb hinsichtlich Frequenz- und Spannungshaltung (Vorrangregelung) zu lösen. Mit der neuartigen HDE-Baureihe, die im Vorhaben H2BER zum Einsatz kam, sollten vor allem die in Tabelle 6 dargestellten langfristigen Entwicklungsziele vorangetrieben werden.

Das übergeordnete Ziel der Ermittlung und Evaluierung von technologischen, wirtschaftlichen und organisatorischen Voraussetzungen für den mittelfristig kommerziellen Betrieb von Wind-Wasserstoff-Systemen wurde im Rahmen dieses Vorhabens trotz der eingetretenen Verzögerungen und der fehlenden Möglichkeit den produzierten Wasserstoff in die Anlagenteile der Partner einzuspeisen, vorangetrieben.

Der verantwortliche Projektpartner McPhy Energy konnte durch den Testbetrieb des Elektrolyseurs aus dem Projekt wesentliche Erkenntnisse zum Anlagenbau der Hochdruckelektrolyse gewinnen. Der eingesetzte Elektrolyseur wurde hinsichtlich Bauart und Leistungsfähigkeit als wegweisende Innovation bestätigt, die als Referenzprojekt für die weitere Vermarktung der Technologie diente. Die Funktionstests der Anlage, die im Testbetrieb zu Projektende eine Betriebsstundenzahl von mehr als 1.200 Stunden aufwies, zeigten, dass der Elektrolyseur hinsichtlich Anlagenperformance und Anwendungsflexibilität den Anforderungen des heutigen Marktes entspricht. Insgesamt wurden zwischen Mai 2015 und Dezember 2016 44.997 Nm³ bzw. 3.636 kg Wasserstoff produziert. Der Wirkungsgrad der Anlage betrug 77% bei einem Energiebedarf von gesamt (AC) < 4,9 kWh / Nm³. Die verrichtete DC-Arbeit des Elektrolyseurs im Projektzeitraum beträgt in Summe 207 MWh.

Die dem Vorhaben zugrundeliegenden Entwicklungsziele wurden wie in Tabelle 6 erreicht.

Entwicklungsziele Ergebnisse im Projekt

Signifikante Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades der Elektrolyse

Der Wirkungsgrad der Elektrolyse konnte um ca. 9% erhöht werden.

Verringerung der Wasserstoff-Gestehungskosten durch Steigerung des Wirkungsgrades

Die Produktion von 1 Nm³ Wasserstoff konnte mit etwa 0,5 kWh weniger Energieeinsatz realisiert werden (von 5,3 kWh/ Nm³ auf <4,9kWh/ Nm³.

Verringerung der Herstellungskosten des Elektrolyseurs durch Optimierung

Die Herstellungskosten des Elektrolyseurs reduzierten sich in der Projektlaufzeit um ca. 35%.

Steigerung der Leistungsfähigkeit durch hocheffiziente Elektroden

Die Leistungsfähigkeit der Elektroden steigerte sich im Projektzeitraum um ca. 7%.

Integriertes Wärmemanagement / Nutzung der Abwärme des Elektrolyseurs

Aufgrund der fehlenden Betriebserlaubnis der Gesamtanlage können hierzu keine Aussagen getroffen werden.

Verbesserung des Verhältnisses der Stack-Kapazität zur Anzahl der Zellen durch Stromdichten bis 6 kA/m²

Höhere Stromdichten wurden getestet und Leistungsdaten ermittelt: Perspektivisch ergibt sich die Möglichkeit der Einsparung von Einzelzellen bei gleichbleibender Effizienz

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Herabsetzung des unteren Teilbereichs auf 5 % der Nennleistung

Signifikante Verbesserungen bezüglich des Teillastverhaltens können auf der Basis der gewonnenen Erfahrungen abgeleitet werden (von ca. 30% auf < 15%)

Steigerung der Reaktionszeit auf Laständerungen

< 30s aus Standby auf 100%; kürzere Reaktionszeit sind stark abhängig vom eingesetzten Trafo/Gleichrichtersystem

Verzicht auf Einsatz von asbesthaltigen Materialien.

Es wurden von Beginn an keine asbesthaltigen Materialien eingesetzt

Tabelle 6: Ziele und Ergebnisse im Bereich Wasserstoffproduktion

Ziele der Entwicklungsarbeit und Aktivitäten im Bereich Wasserstoffhandling / Leitwarte waren die reibungslose Erprobung und dynamische Optimierung des Zusammenspiels von Elektrolyse, H2-Verdichtung und Speicherung im dynamischen Betrieb abhängig vom Windangebot.

Aufgrund der bis zum Projektende ausstehenden Betriebsgenehmigung für die Gesamtanlage konnte dieses Ziel nicht in dem erhofften Umfang erreicht werden. Die Erreichung der einzelnen Teilziele dieses Arbeitspakets sind in Tabelle 7 dargestellt.

Die Aktivitäten zum Ziel

• Weiterentwicklung der Komponenten (Rohrleitungen, Kompression, Niederdruckspeicher, Mitteldruckspeicher, Trailerabfüllung) für den dynamischen Betrieb

lagen in Verantwortung des Verbundpartners Linde, weshalb die Ergebnisse im Schlussbericht mit

dem Förderkennzeichen 03BV232B berichtet werden.

Ziele Ergebnisse

Integration der kompletten Anlagensteuerung in einer Leitwarte (Möglichkeit der Demonstration der Funktionen für Besucher)

Die Leitwarte wurde realisiert. Die Demonstration der Anlagensteuerung wurde durch RLI realisiert (Nutzeroberfläche ist auf den Monitoren im Meetingraum zu besichtigen).

Optimierung des Anlagengesamtkonzepts im Hinblick auf Energieeffizienz und Wartungsintervalle


Entwicklung eines modularen Anlagendesigns für die breite Markteinführung der Technologie

Die Technologie wurde installiert, konnte aber noch nicht betrieben werden

Entwicklung und Erprobung von Vermarktungsstrategien für grünen Wasserstoff


Steigerung der öffentlichen Wahrnehmung des Potentials von Wasserstoffanwendungen durch öffentlichkeitswirksamen Standort am Flughafen

Aufgrund der wiederholten Verschiebung der Eröffnung des Flughafens und in Folge fehlenden Publikumsverkehrs konnte im Projektzeitraum der geplante Standortvorteil nicht genutzt werden. Eine Steigerung der öffentlichen Wahrnehmung wurde nicht

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realisiert.

Tabelle 7: Ziele und Ergebnisse im Bereich Wasserstoffhandling / Leitwarte

Ziele der Entwicklungsarbeit und Aktivitäten im Bereich Wasserstoffspeicherung betrafen vorrangig den innovativen Festkörperspeicher. Die Speicherung in Druckgasbehältern zur Bevorratung von Wasserstoff an der Tankstelle stellten keinen Neuigkeitswert dar und werden daher nicht extra berichtet. Die zu Beginn des Vorhabens geplante Einspeisung von Wasserstoff in das örtliche Erdgasnetz wurde nicht mehr im Projektzeitraum realisiert, da sich kein Gasnetzbetreiber mit ausreichendem Forschungsinteresse finden ließ.

Die Ziele und Ergebnisse die Festkörperspeicherung betreffend sind in Tabelle 8 dargestellt.

Ziele Ergebnisse

Technische Integration eines dynamischen Festkörperspeichers in ein integriertes Wind-Wasserstoff-Energiesystem zur Zwischenspeicherung von fluktuierend erzeugtem Wasserstoff

Der Feststoffspeicher funktionierte im Rahmen der durchgeführten Tests reibungslos und ist für die Zwischenspeicherung fluktuierend erzeugtem Wasserstoff grundsätzlich geeignet

Technologische Verknüpfung der Zukunftstechnologien Windstromelektrolyse und Festkörper-Wasserstoffspeicherung, sowie thermische Kopplung von Festkörperspeicher und Blockheizkraftwerk zur Optimierung der Energieeffizienz

Nicht Gegenstand des projektierten Anlagenumfangs.

Gemeinsame Erprobung des Zusammenspiels des Festkörperspeichers und der anderen Anlagenkomponenten mit den Projektpartnern, insbesondere der Elektrolyse als Wasserstoffgenerator, sowie des Blockheizkraftwerkes als Teil der Wasserstoffnutzungskette

Das funktionelle Zusammenspiel mit dem BHKW wurde bis auf die zur Verfügung stehenden Gesamtkapazität erfolgreich temporär getestet.

Erbringung des Nachweises der technischen Machbarkeit unter Alltagsbedingungen

Aufgrund der ausstehenden Betriebsgenehmigung der Gesamtanlage konnten keine Ergebnisse erzielt werden.

Durchführung eines Praxistests über 24 Monate im Anlagenbetrieb unter Realbedingungen zur Wissensgenerierung in Hinblick auf Betriebserfahrungen und Kostenstrukturen


Nachweis der weitgehenden Wartungsfreiheit und der Zyklenstabilität des Festkörperspeichers über die Projektlaufzeit

Währenden der durchgeführten Tests war der Speicher wartungsfrei und zu 100% zyklenstabil. Es wurden keine technischen Mängel festgestellt.

Nachweis der avisierten Lebensdauer des Speichermediums unter Realbedingungen

Aufgrund der ausstehenden Betriebsgenehmigung der Gesamtanlage

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konnten keine Ergebnisse erzielt werden.

Sammlung von eigenen Erfahrungswerten und Validierung der Leistungsdaten


Identifizierung und Realisierung von technologischen und operativen Verbesserungspotenzialen


Weiterentwicklung des Speichersystems mit Hilfe der im Praxistest gewonnenen Erkenntnisse

Verwendung von Niedertemperaturspeichermaterialien, die es erlauben, den gespeicherten Wasserstoff bei deutlich geringeren Prozesstemperaturen auszuspeichern (<100°C).

Durchschreiten der Lernkurve zur Ermöglichung eines wirtschaftlichen Betriebs der Technologie bis 2015


Aufbau von Know-how im Bereich des Einsatzes von Festkörperspeichern im Rahmen des Lastenmanagements von Energieverbundnetzen


Reduzierung des Energiebedarfs zur Speicherung von H2 durch Wegfall der Kompression bzw. Kühlung, sowie durch Nutzung von Abwärme aus dem BHKW


Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen zum Demonstrationsbetrieb


Weitergabe der Erfahrungen aus dem Projekt an die Projektpartner und Entwicklung von möglichen zukünftigen Einsatzszenarien


Tabelle 8: Ziele und Ergebnisse im Bereich Wasserstoffspeicherung

Die im Rahmen des Vorhabens errichtete Tankstelle sollte die Versorgung der in Berlin betriebenen Wasserstofffahrzeugflotten sowie spezieller Wasserstoffanwendungen im Flughafenumfeld (Gepäckschlepper, Gabelstapler, GPUs, stationäre Anwendungen etc.) sicherstellen. Zu Projektbeginn war daher die Installation und der Betrieb eines eigenen 350-bar-Dispensers innerhalb des Sicherheitsbereichs des Flughafens vorgesehen.

Dieses übergeordnete Ziel konnte nicht erreicht werden. Hintergrund war die bereits genannte verschobene Eröffnung des Flughafenbetriebs am neuen Standort in Schönefeld und die im Großraum Berlin (entgegen den Erwartungen) nur sehr begrenzt verfügbare Fahrzeugflotte mit Wasserstoff – Pkw bzw. die zum Jahresende 2014 eingestellte BVG-Flotte mit vier Wasserstoffbussen in der Region.

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Darüber hinaus fehlte bis Projektende die Betriebsgenehmigung der Gesamtanlage, die Gespräche mit den zuständigen Behörden zur Erlangung der Betriebsgenehmigung wurden nach Projektende in 2017 weitergeführt.

Die Ergebnisse zu den Teilzielen im Bereich Wasserstoffnutzung (Tankstelle) sind in Tabelle 9 dargestellt. Alle nicht in der Projektlaufzeit realisierten Ergebnisse sollen nach Projektende nach Erlangung der Betriebsgenehmigung der Gesamtanlage weiter erforscht werden.

Ziele Ergebnisse

Umsetzung der Spezifikationen des innerhalb der H2-Mobility Initiative entwickelten standardisierten Tankstellenmoduls der Größenklasse „small“

Alle Spezifikationen des Moduls „Small“ wurden umgesetzt.

Betriebliche Validierung einzelner Anlagenteile, Optimierung im Systemzusammenspiel

Die betriebliche Validierung einzelner Anlagenteile fand im Probebetrieb statt, die Optimierung im Systemzusammenspiel konnte aufgrund der fehlenden Betriebsgenehmigung der Gesamtanlage nicht im Förderzeitraum erfolgen.

Bilanzielle Dekarbonisierung des Transportsektors durch den Ausgleich der Emissionen von an der Tankstelle abgegebenen fossilen Kraftstoffe

Aufgrund der Verschiebung der Eröffnung des Betriebs des BER ist die Betankungssituation des konventionellen Teils der TOTAL-Tankstelle nicht repräsentativ und erfolgt auf sehr geringem Level. In Kombination mit der ausstehenden Inbetriebnahme der Gesamtanlage erfolgte kein bilanzieller Ausgleich der Emissionen im Förderzeitraum. Eine projektbegleitende Studie hat jedoch aufgezeigt, dass auch bei höherer Auslastung eine bilanzielle Dekarbonisierung möglich ist.

Bereitstellung von regenerativ erzeugtem Wasserstoff (CGH2 700 bar, 350 bar) für die in Phase III der CEP in Berlin betriebenen Pkw und Busse und damit Umsetzung eines substantiellen Anteils von zertifiziertem grünem Wasserstoff innerhalb der CEP (Ziel: Quote von 50 %)

Im Förderzeitraum konnte aufgrund der ausstehenden Betriebserlaubnis neben den erfolgten Testbetankungen zur CEP-Abnahme der Tankstelle kein elektrolytisch erzeugter Wasserstoff genutzt werden.

Ausbau des Infrastrukturnetzes zur Wasserstoffversorgung mit annähernd flächendeckender Erschließung für den Großraum Berlin im Sinne einer Marktvorbereitung

Die Wasserstofftankstelle wurde erreichtet und wird das Infrastrukturnetz nach Vorliegen der Betriebsgenehmigung ab 2017 ergänzen.

Bereitstellung von Wasserstoff für zukünftige Anwendungen im Umfeld und innerhalb des Flughafens Berlin-Brandenburgs durch zusätzliche Installation einer luftseitigen Betankungsmöglichkeit (Logistikkonzepte und

Ein Betreiberkonzept befindet sich zu Projektende in Ausarbeitung mit den Projektpartnern. Die luftseitige Anbindung der Tankstelle konnte bislang aufgrund der nicht erfolgten Eröffnung des Flughafens noch nicht

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Schnittstellenoptimierung) angegangen werden.

Technologieentwicklung zur maßgeblichen Steigerung der Flexibilität und Effizienz der Speicher-, Kühl- und Verdichtungseinrichtungen gegenüber früheren Generationen

Die Steigerung der Flexibilität und Effizienz der Technologien konnte aufgrund der fehlenden Betriebserfahrung nicht evaluiert oder validiert werden. Da die Anlage aber errichtet ist, können die geplanten Analysen nach Ende der Projektlaufzeit realisiert werden.

Optimierung und Weiterentwicklung der eingesetzten Technologie gegenüber früheren Generationen, Steigerung der Verfügbarkeit der Tankstellentechnik


Tabelle 9: Ziele und Ergebnisse im Bereich Wasserstoffnutzung (Tankstelle)

Die Ziele des Vorhabens im Bereich der Wasserstoffnutzung (Blockheizkraftwerk) waren die Demonstration der technischen Machbarkeit, die Evaluierung der Markreife der Technologie und Identifizierung weiterer Optimierungspotentiale der Anlage.

Aufgrund der fehlenden Betriebserfahrungen mit am Standort produziertem und verfügbar gemachtem Wasserstoff konnten die ursprünglich erhofften Erkenntnisse nicht gewonnen werden. Das Blockheizkraftwerk lief überwiegend im Erdgasmodus, die wenigen Testbetriebsstunden im Wasserstoffmodus vor Ort wurden um weitere Tests am Unternehmensstandort Heek ergänzt.

Insgesamt war das Anfang 2015 in Betrieb genommene BHKW im Projektzeitraum ca. 2.320 h im Betrieb. Hiervon entfielen etwa 26 Std. im Wasserstoffbetrieb vor Ort, ca. 44 Std. im Wasserstoffbetrieb bei 2G im Werk in Heek, und ca. 2.250 Std. im Erdgasbetrieb vor Ort.

Die Ergebnisse zu den Teilzielen im Bereich Wasserstoffnutzung (Blockheizkraftwerk) sind in Tabelle 10 dargestellt.

Ziele Ergebnisse

Entwicklung und Aufbau eines mit 100 % Wasserstoff betriebenen BHKW der Leistungsklasse 200 KW als Prototyp

Ein zu 100% mit Wasserstoff betreibbares BHKW wurde erfolgreich entwickelt.

Weiterentwicklung der Motorentechnik, um mit Wasserstoff als Energieträger hoch effizient arbeiten zu können

Aufgrund des fehlenden Dauerbetriebs mit Wasserstoff konnte die Effizienz im Wasserstoffbetrieb nicht validiert oder optimiert werden.

Steigerung des Gesamtwirkungsgrades und der Leistungsdichte durch Direkteinblasung des Gases vor die Einlassventile

Im Rahmen der Entwicklung und des Testbetriebs des BHKW mit Wasserstoff wurde die Direkteinblasung realisiert.

Einbindung des BHKW in die Gesamtanlage mit Möglichkeit der bedarfsorientierten Steuerung des Aggregats über die Leitwarte

Die steuerungstechnische Einbindung des BHKW in die Gesamtanlage hat erfolgreich stattgefunden. Ein Test im Regelbetrieb konnte nicht durchgeführt werden.

Versorgung der Tankstelle und der Wasserstoffproduktionsanlage mit regenerativ

Die Versorgung der Tankstelle und der Waschanlage mit regenerativer Energie ist

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erzeugter thermischer und elektrischer Energie erfolgreich realisiert worden.

Verbesserung der Energiebilanz der Anlage durch gekoppelte Erzeugung von Strom und Wärme

Durch die gekoppelte Produktion von thermischer und elektrischer Energie konnte die Energiebilanz der Anlage verbessert werden.

Einspeisung von überschüssiger elektrischer Energie in das Stromnetz

Eine Einspeisung von elektrischer Energie in das Stromnetz erfolgte jeweils im Betrieb mit Erdgas als auch im Wasserstoffbetrieb.

Erprobung der bedarfsorientierten Rückverstromung von Wasserstoff im Rahmen eines integrierten Lastenmanagements

Die Rückverstromung des Wasserstoffs wurde im Rahmen von Testläufen händisch erprobt. Aufgrund der ausstehenden Betriebsgenehmigung konnten im Bereich des Lastenmanagements keine Erfahrungen gewonnen werden.

Erfassung von Betriebsdaten zur umfassenden betrieblichen Validierung einzelner Anlagenteile und des Systemzusammenspiels

Für den 2G betreffenden Anlagenteil wurden die Betriebsdaten erfasst. Das Systemzusammenspiel wurde testweise erprobt.

Optimierung und Weiterentwicklung der eingesetzten Technologie mit Hilfe der Betrieb gesammelten Erfahrungen, Ziel: Senkung des Wartungsaufwands und Steigerung der Verfügbarkeit bei maximaler Leistung

Aufgrund des fehlenden Dauerbetriebs mit Wasserstoff konnten keine Erfahrungen zur Wartung und Verfügbarkeit gesammelt werden.

Technische und wirtschaftliche Bewertung der eingesetzten Technologie unter dem Blickwinkel einer zukünftigen Kommerzialisierung

Es ist möglich mit der eingesetzten und optimierten Technologie ein BHKW mit 100% Wasserstoff zu betreiben. Ein wirtschaftlicher Betrieb des BHKW ist von den Kosten der Wasserstofferzeugung abhängig. Eine Aussage zur technischen und wirtschaftlichen Langzeitnutzung ist derzeit nicht möglich.

Tabelle 10: Ziele und Ergebnisse im Bereich Wasserstoffnutzung (Blockheizkraftwerk)


Die technische Machbarkeit einer komplexen H2-Anlage inkl. einer Vorort-Produktion wurde im Vorhaben demonstriert. Aufgrund der ausstehenden Aktualisierung des Betriebskonzepts sowie der fehlenden Betriebserfahrung mit der Anlage sind über die Erfahrungswerte der Planung und Errichtung einer Wasserstofftankstelle im Design und in der Funktionalität der im Vorhaben realisierten Anlagen hinaus noch keine verwertbaren Ergebnisse zur Betriebsführung generiert worden. Jedoch wurden die Erfahrungen bei der Planungs-, Errichtungs- und Genehmigungsphase dieses Projekts in weiteren Vorhaben der TOTAL verwendet und bei Übergabe von Standorten an die H2Mobility berücksichtigt.

Aufgrund des fehlenden Dauerbetriebs der Anlage, sind die Projektergebnisse aus dem Teilprojekt Wasserstoff-BHKW für den Projektpartner 2G nur eingeschränkt verwertbar. Bei der technischen Umsetzung des BHKW Aggregates mit einem Wasserstoffmotor konnten neue Erfahrungen in der Herstellung und Verwendung von Komponenten, welche mit Wasserstoff in Berührung kommen, gewonnen werden. Diese lassen sich auch bei zukünftigen Projekten mit Wasserstoff betriebenen

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BHKW Aggregaten nutzen. Ebenfalls konnte gezeigt werden, dass theoretische Betrachtungen für eine Leistungssteigerung auch in der Praxis umsetzbar sind. Verwertbare Ergebnisse für das Themenfeld Wartung, Verfügbarkeit und Standfestigkeiten konnten aufgrund der nicht erteilten Genehmigung und des damit fehlenden Dauerbetriebs nicht gewonnen werden.

Im Rahmen des Testbetriebs (Elektrolyseur + Feststoffspeicher) konnten umfangreiche Erkenntnisse hinsichtlich des Designs zukünftiger, moderner Elektrolyseure bestätigt und weiterentwickelt werden. Darüber hinaus konnten spezifische Leistungsparameter bestätigt und in Teilbereichen sogar verbessert werden. Wertvolle Erkenntnisse und Rückschlüsse bezüglich Zuverlässigkeit/Verfügbarkeit, sowie erforderliche Wartungsmaßnahmen zur Aufrechterhaltung eines zuverlässigen Anlagenbetriebs wurden gesammelt und ausgewertet und fließen in zukünftigen Anlagenkonzepten ein.

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28 PROJEKTMODUL: Clean Energy Partnership (CEP) – Übergeordnetes Modul, Phase III.2

Projekttitel: Clean Energy Partnership (CEP) – Übergeordnetes Modul, Phase III.2: Steuerung der Forschungs- und Entwicklungsprozesse, Informations- und Wissensmanagement, öffentliche Wahrnehmung und Akzeptanz

Verbundpartner im Projektmodul: Air Liquide Advanced Technologies GmbH, Bohlen & Doyen GmbH, BMW AG, Daimler AG, EnBW Energie Baden-Württemberg AG, Ford Forschungszentrum Aachen GmbH, Hamburger Hochbahn AG, Honda R&D Europe (Deutschland) GmbH, Hyundai Motor Europe GmbH, Linde AG, OMV Deutschland GmbH, Shell Deutschland Oil GmbH, Siemens AG, Stuttgarter Straßenbahnen AG (SSB), Total Deutschland GmbH, Toyota Motor Europe, Volkswagen AG, Westfalen AG


01.04.2015 – 31.12.2016

Förderquote 48%


Förderkennzeichen: 03BV303A-R


28.1 Kurzfassung / Aufgabenstellung

Die Partner der Clean Energy Partnership hatten sich zu Beginn des Vorhabens das Ziel gesetzt, im Rahmen der geplanten Aktivitäten die technologische Erschließung des Energieträgers Wasserstoff für den Verkehrsbereich durch industrielle Forschung und Entwicklung maßgeblich voranzutreiben, ihn einer umfassenden Erprobung auf Alltagstauglichkeit und Systemfähigkeit zu unterziehen und ihn durch gezielte Entwicklung von Prozessen und Technologien sowie durch den Abschluss einer ersten Ausbaustufe einer Wasserstoffbetankungsinfrastruktur endgültig für die Markteinführung vorzubereiten. Hierbei standen in Phase III.2 der Netzausbau, die Erhöhung der Technologiereife der 700-bar-Betankungstechnologie, die Entwicklung einer eichfähigen Mengenmessung und marktgerechter Systeme zur Kundeninformation im Vordergrund der Aktivitäten.

Während der Laufzeit dieses Vorhabens engagierten sich auch die Bundesländer Nordrhein-Westfalen vertreten durch die EnergieAgentur.NRW, Baden-Württemberg vertreten durch die e-mobil BW GmbH und Hessen vertreten durch die H2-BZ Initiative Hessen als sogenannte assoziierte Partner aktiv an der Realisierung der CEP. Die Adam Opel GmbH und die H2 MOBILITY Deutschland GmbH & Co. KG gehörten der CEP in beratender Funktion an.

Im Rahmen des Vorhabens führte die CEP in Phase III.2 vom 1.1.2015-31.12.2016 die Aktivitäten der vorhergehenden Projektphasen fort. Ziel war es hierbei, begonnene Aktivitäten auszubauen und verschiedene im Hinblick auf die geplante Markteinführung von Wasserstoff als Kraftstoff relevante Forschungs- und Entwicklungsansätze mit Nachdruck voranzutreiben.

Daneben war im Hinblick auf die geplante Markteinführung der rasche Ausbau des Tankstellennetzes in Deutschland von herausragender Bedeutung. Das gemeinsam von der Bundesregierung und den

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CEP-Infrastrukturpartnern auf den Weg gebrachte 50-Tankstellen-Programm war im Wesentlichen in dieser Projektphase umzusetzen.

Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkte im Rahmen dieses Vorhabens umfassen damit insbesondere

• Die Erforschung von Technologien und Konzepten zur Sicherstellung einer marktgerechten Verfügbarkeit von Betankungseinrichtungen und die Sicherstellung lokaler Backup-Optionen durch Ausbau des Tankstellennetzes,

• die Erforschung der Wasserstoffqualität, wie sie von Betankungsanlagen derzeit tatsächlich bereitgestellt werden kann, inklusive umfassender labortechnischer Maßnahmen zur Verifizierung,

• die Entwicklung von Technologien zur eichfähigen Mengenmessung als elementare Voraussetzung für die Einführbarkeit des Kraftstoffs in den Markt,

• den endgültigen Nachweis der Eignung derzeit am Markt verfügbarer Betankungskomponenten (insb. Betankungskupplungen, Schläuche, Abreißkupplungen) für die 700-bar-Druckbetankung bei Anwendung der Betankungsprotokolle gem. SAE J-2601 sowie ihre Akzeptanz durch die Nutzer,

• die Verbesserung der Kundeninformation an der Tankstelle durch Optimierung der Schnittstelle Tankstelle-Nutzer.

Ziel des Vorhabens war es, allgemeingültige Lösungen für die drängendsten Herausforderungen im Zusammenhang mit der beginnenden Markteinführung von Wasserstoff als Kraftstoff – mit Hyundai und Toyota hatten erste Fahrzeughersteller bereits Serienfahrzeuge am Markt platziert – zu entwickeln und diese Forschungsergebnisse durch umfassende Dokumentation für die Forschungs- und Entwicklungsabteilungen der beteiligten Unternehmen verfügbar zu halten.

Hierzu organisierte sich die CEP in einer Reihe von durch die Projektpartner personell auszustattenden Gremien.

Bereits seit 2008 setzte die CEP ein kontinuierlich weiterentwickeltes und im August 2013 vollständig überarbeitetes Wissens- und Informationsmanagementsystem ein, das allen an der CEP beteiligten Unternehmen ebenso wie den als assoziierte Partner aktiven Regionen einen dauerhaften und zuverlässigen Zugriff auf die Forschungsergebnisse des Vorhabens erlaubte. Das System war während der Laufzeit dieses Vorhabens umfassend auszubauen und zu erweitern und umfasste zum Ende des Vorhabens einen Datenbestand von rund 4.000 im Rahmen der CEP erarbeiteten Dokumenten.

Die Teilhabe an internationalen Forschungsaktivitäten war für die CEP im Interesse einer zügigen Erlangung der Marktreife während der Projektlaufzeit von besonderer Bedeutung. Der kontinuierliche internationale Austausch mit den wichtigsten vergleichbaren Initiativen weltweit – insbesondere in den USA und in Japan – und mit den relevanten nationalen und internationalen Normungsgremien war im Rahmen des Vorhabens fortzuführen. Hohe Relevanz erlangte während des Berichtszeitraums der auf Betreiben von NOW und CEP seit 2013 jährlich veranstaltete International Workshop on Hydrogen Infrastructure & Transportation, der dem internationalen Austausch zum Stand der Betankungstechnologie diente.

Parallel mobilisierte die CEP im Rahmen dieses Vorhabens erhebliche Ressourcen, um die öffentliche Wahrnehmung und Akzeptanz von mit Wasserstoff betriebenen Fahrzeugen zu erforschen und weiter zu erhöhen.

Die technische Realisierung der Vorhaben zum Ausbau des Tankstellennetzes und zur Entwicklung und Erprobung neuer Fahrzeuggenerationen und -technologien sowie zur vorwettbewerblichen Demonstration von Wasserstofftechnologien erfolgte wie bisher in nachgeordneten sogenannten Projektmodulen, die jeweils Gegenstand eigener Förderanträge waren. Viele der in dieser Projektphase umgesetzten Aktivitäten erfolgten aber erstmals auch eigenfinanziert durch die Industrie unter marktnahen Bedingungen, ohne dass hierfür Förderung aus dem NIP in Anspruch

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genommen wurde. So brachten die CEP-Partner Toyota und Hyundai mit dem Mirai und dem IX35 Fuel Cell erste Brennstoffzellenkleinserienfahrzeuge in den Markt. Die CEP vernetzte und begleitete diese Vorhaben und unterstützte aktiv ein strukturiertes Vorgehen bei der Netzplanung für den Infrastrukturausbau. Von der CEP aufgebaute Instrumente wie die H2Card – die an allen deutschen Wasserstofftankstellen eingesetzte Karte für die bargeldlose Betankung von Wasserstofffahrzeugen – und das Tankstellenverfügbarkeitssystem HIT 2.0 bildeten die Grundpfeiler eines erfolgreichen Markteintritts.

28.2 Projektverlauf

Das Vorhaben startete planmäßig am 1.1.2015 in Fortsetzung des vom 1.1.2011-31.12.2014 geförderten Vorhabens Clean Energy Partnership (CEP) – Phase III.1 – Übergeordnetes Modul: „Gremien, Projektkoordinierung, Wissensmanagement, Öffentlichkeitsarbeit und Kommunikation“ und wurde regulär am 31.12.2016 als Fördervorhaben beendet. Die Partnerschaft verlängerte die Projektaktivitäten einvernehmlich bis 31.03.2017, ohne allerdings für diese Verlängerungsphase Förderung in Anspruch zu nehmen. Gegenstand dieser Verlängerungsphase waren insbesondere die Vorbereitungen für das geplante Anschlussvorhaben Clean Energy Partnership (CEP) – Phase IV, dessen Umsetzung ein Großteil der bisherigen Partnerschaft ohne Inanspruchnahme von Förderung zum 01.04.2017 beginnt.


• Entwicklung strategischer Konzepte und notwendiger Technologien zur Beseitigung organisatorischer und technologischer Markteinführungshemmnisse,

• Sicherstellung einer marktgerechten Verfügbarkeit von Betankungseinrichtungen durch Entwicklung von Technologien, Strategien und Konzepten zur Gewährleistung der Versorgungssicherheit, wobei jedoch der ursprünglich geplante Betrieb einer mobilen Backup-Tankstelle während des Projektverlaufs verworfen wurde,

• die Erforschung der Wasserstoffabgabequalität sowie die Initiierung der Entwicklung und Einführung von Technologien und Mechanismen zur kontinuierlichen Sicherstellung der Qualität an der Tankkupplung,

• die Initiierung der Entwicklung von Technologien zur eichfähigen Mengenmessung als elementare Voraussetzung für die Einführbarkeit des Kraftstoffs in den Markt,

• Nachweis der Eignung verfügbarer Betankungskomponenten (insb. Betankungskupplungen, Schläuche, Abreißkupplungen) für die 700-bar-Druckbetankung bei Anwendung der Betankungsprotokolle gem. SAE J-2601,

• Etablierung eines vereinheitlichten Abnahmeprozesses für Wasserstofftankstellen,

• Etablierung eines weltweit einheitlichen, technisch und ökonomisch sinnvollen Betankungsstandards für 700-bar-Druckgasbetankungen durch Pflege eines kontinuierlichen internationalen Austausches und durch Beratung der zuständigen SAE-Gremien,

• Erbringung eines Beitrags zur Normierung von Wasserstoff als Kraftstoff durch Kooperation mit den zuständigen Normungsgremien und strategische Einbindung der CEP in relevante internationale Aktivitäten,

• Erforschung und Verbesserung der Akzeptanz in der Öffentlichkeit und bei Kunden im Vorfeld des Markteintritts,

• umfassende Erhebung und Auswertung von Betriebsdaten sämtlicher CEP-Tankstellen und Evaluierung unterschiedlicher Technologiekonzepte im Hinblick auf Verfügbarkeit, Betriebszuverlässigkeit, Wirtschaftlichkeit der Technologiepfade,

• kontinuierliche gemeinsame Meilensteinüberprüfung und Vorüberlegungen für die Inhalte der 2017 beginnenden Phase IV (2017-2023).

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Als die Gesamtaktivitäten der CEP umfassende Klammer unterstützte das Vorhaben auch maßgeblich die Erreichung der Ziele in denjenigen technischen Projektmodulen der CEP, die zeitgleich als eigenständige Förder- oder Verbundvorhaben realisiert wurden. Hierzu gehörten während der Projektphase III.2 insbesondere die zahlreichen in der Umsetzung befindlichen Tankstellenprojekte. Durch diese begleitenden Maßnahmen konnten damit die folgenden übergeordneten Ziele maßgeblich befördert werden:

• Errichtung neuer öffentlicher Betankungsstandorte im Rahmen des 50-Tankstellen-Programms: Wenngleich das Ziel, bis Ende 2016 50 Standorte deutschlandweit in Betrieb zu haben, nicht vollständig erreicht werden konnte und sich eine Reihe dieser Standorte noch in der Realisierung befanden, konnte während der Projektlaufzeit gleichwohl ein guter Fortschritt verzeichnet werden. Sämtliche geplanten Standorte werden im Laufe des Jahres 2017 fertiggestellt. Daneben erfolgte während der Projektlaufzeit die Gründung der H2 MOBILITY Deutschland GmbH & Co KG. Gesellschafter des Unternehmens sind sechs CEP-Partner. Ziel des Unternehmens ist es, das von der CEP begründete Tankstellennetz auf 100 Standorte bis Ende 2018 und auf 400 Standorte bis Ende 2023 auszubauen

• Technische Weiterentwicklung von Pkw und Bussen mit Brennstoffzellen sowie Einführung neuer Fahrzeuggenerationen und ihre umfassende Erprobung unter marktnahen Rahmenbedingungen weitgehend in Kundenhand: Während der Projektphase III.2 konnte eine deutliche Zunahme von Brennstoffzellenfahrzeugen in Kundenhand verzeichnet werden. Erstmals waren es nun auch in größerem Maßstab private Kunden, die konventionell betriebe Fahrzeuge durch Brennstoffzellenfahrzeuge ersetzten

• Technische Weiterentwicklung der Betankungsinfrastruktur und insbesondere der kritischen Komponenten (Vorkühltechnologie, Verdichtertechnologie, Einrichtungen zur eichfähigen Mengenmessung)

• Ausschöpfung technologischer und operativer Verbesserungspotentialen durch Nutzbarmachung der in den CEP-Projektphasen II bis III.1 gesammelten Erfahrungen

• Die weitere Erprobung aktueller Fahrzeug-, Erzeugungs- und Betankungstechnik unter Alltagsbedingungen

• Der Ausbau alternativer Erzeugungs- und Bereitstellungspfade.

Um die vorgenannten Ziele zu erreichen, setzte die Partnerschaft im Rahmen des Vorhabens eine Reihe von Aktivitäten um, die dem Ziel dienten, durch notwendige konzertierte Begleitforschung die Technologien und Prozesse für die Markteinführung von Wasserstoff als Kraftstoff vorzubereiten, gemeinsame und individuelle Forschungsaktivitäten der Unternehmen im Interesse einer zügigen Erlangung der Marktreife zu vernetzen und zu koordinieren, die Forschungsergebnisse zu dokumentieren, zu archivieren und verfügbar zu machen sowie die Akzeptanz für die Technologie zu erforschen und zu befördern.

Für die CEP bestand erstmals auch die Möglichkeit, in diesem Zusammenhang erforderliche technische Dienstleistungen gemeinschaftlich und in Abhängigkeit akuter, im Rahmen des Projekts erkannter Notwendigkeiten zu vergeben. Ein hierfür vorgesehenes Gesamtbudget von 120.000 EUR über die Projektlaufzeit wurde von der Spilett GmbH als Projektkoordinator verwaltet und erlaubte die Durchführung verschiedener Maßnahmen u.a. in den Forschungsbereichen Mengenmessung und Wasserstoffqualität, die für die weitere Marktvorbereitung während des Projektverlaufs als unabdingbar erkannt wurden. Die Schaffung einer Backup-Lösung für Wasserstofftankstellen, deren Betrieb im Rahmen des Budgets ursprünglich intendiert war, wurde im Projektverlauf als nicht zielführend erkannt und verworfen.

Im Besonderen wurden im Rahmen dieses übergeordneten Moduls die folgenden Aktivitäten umgesetzt, die in den nachfolgenden Kapiteln im Detail ausgeführt sind.

• Die Steuerung der von der CEP vorangetriebenen Forschungs- und Entwicklungsprozesse sowie der marktstrategischen Maßnahmen der CEP wurden durch die intensive Arbeit

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maßgeschneiderter Gremien sichergestellt, für die die CEP-Partner erhebliche hoch qualifizierte personelle Ressourcen bereitstellten.

• Die Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten wurden in vergleichbare internationale Initiativen eingebettet. Die umfassende Vernetzung auf internationaler Ebene insbesondere durch intensive Mitarbeit im International Workshop on Hydrogen Infrastructure & Transportation sowie in den relevanten nationalen und internationalen Normungsgremien, in die die CEP Vertreter entsandte, hat zu einem substantiellen Austausch wichtigen Know-hows in den für die Markteinführung relevanten Bereichen geführt.

• Die Erforschung relevanter Prozesse der Wasserstoffbereitstellung und -betankung inkl. der Begleitung und Koordinierung der Entwicklung wesentlicher für die Markteinführung erforderlicher Technologien, Komponenten und Prozesse bis zur Marktreife gehörte zu den wesentlichen Herausforderungen der CEP in dieser Projektphase. Die erfolgreiche Arbeit der CEP der Jahre 2003-2014 zur Demonstration der Wasserstoffbetankungstechnologien soll in der Phase III.2 nicht einfach fortgeführt werden. Ziel war es vielmehr, Forschungs- und Entwicklungsleistungen substantiell zu stärken und übergeordnete, insbesondere im Hinblick auf die Markteinführung erforderliche F&E-Maßnahmen gezielt im Rahmen dieses Vorhabens zu bündeln. Die CEP konnte hierbei auf die Strukturen setzen, die in den vergangenen Jahren kontinuierlich weiterentwickelt wurden. So war in Phase III.1 (2011-2014) erstmals die Notwendigkeit erkannt worden, verschiedene technologische Herausforderungen, die einer Markteinführung grundsätzlich entgegenstanden, durch geeignete Maßnahmen und konzertierte Entwicklungsbemühungen der beteiligten Industriepartner offensiv anzugehen. Im Ergebnis wurden insgesamt fünf technologische Forschungsfelder identifiziert, die ab 2012 einen wesentlichen Kern der Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten der CEP bildeten und im laufenden Vorhaben ihre Arbeit mit erhöhter Intensität fortführten. Im Einzelnen handelt es sich hierbei um:

o Die Eichfähigkeit der Wasserstoffmengenmessung und ihre Verfügbarkeit zum Zeitpunkt der Markteinführung von Wasserstoff als Kraftstoff wurden von der CEP intensiv vorangetrieben. Im Rahmen dieses Vorhabens wurde aus dem Budget für technische Dienstleistungen unter anderem eine Studie zum Stand der Technik der Wasserstoffmengenmessung unter Betankungsbedingungen gem. SAE J-2601 beim Fraunhofer-Institut für Solar Energiesysteme ISE in Auftrag gegeben und erfolgreich abgeschlossen. Ziel war es insbesondere, die grundsätzliche Machbarkeit nachzuweisen, aber auch überhöhten Erwartungen der Genehmigungsbehörden an die erreichbare Messpräzision entgegenzuwirken. Die Eichfähigkeit der Mengenmessung gilt als für die Markteinführung von Wasserstoff kritisches Moment, während auf technischer Ebene ein Durchbruch auch während der laufenden Projektphase noch nicht erreicht werden konnte.

o Die Eignung aktuell eingesetzter Tankstellenkomponenten an der Schnittstelle Tankstelle-Fahrzeug wurde intensiv untersucht und umfassende Forschungsleistungen wurden erbracht. So wurde nach dem Auftreten einer Leckage am Füllschlauch am Standort Hamburg Hafencity im Rahmen des Vorhabens eine intensive Untersuchung zum Biegeradius des eingesetzten Füllschlauchtyps angestellt. Eine vergleichende Untersuchung der Kundenakzeptanz für Tankkupplungen unterschiedlicher Hersteller wurde durchgeführt. Mit den Herstellern der untersuchten Komponenten tauschte sich die CEP intensiv über Verbesserungspotentiale aus.

o Die Definition und Standardisierung eines einheitlichen Befüllprozesses durch die SAE-Gremien wurde von der CEP intensiv unterstützt. So wurde auch die Weiterentwicklung des SAE-Betankungsstandards SAE J-2601 bis zur aktuellen, im Dezember 2016 veröffentlichten Fassung von der CEP durch Austausch von Praxiserfahrungen kontinuierlich begleitet, nachdem bereits die Fassung SAE J-2601 (2014) auf wesentliche Impulse aus der CEP zurückging. Ein verbindlicher Prozess zur Abnahme neu errichteter

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Tankstellen wurde im Rahmen der CEP etabliert und wird seither von den zuständigen Gremien zur Umsetzung gebracht. Insbesondere die Arbeitsgruppe Mobilität/Pkw (AGMP) stellte durch intensiven Personaleinsatz während der Projektlaufzeit sicher, dass Tankstellen zügig nach Fertigstellung für den Kundenbetrieb freigegeben werden konnten. Um diesen Prozess auch künftig aufrecht erhalten zu können, wenn in schnellerer Folge mit Tankstellenfertigstellungen zu rechnen ist, wurde im Vorhabenszeitraum neben dem existierenden Abnahmegerät von Linde ein weiteres von Air Liquide entwickelt und fertiggestellt. – Ein drittes Abnahmegerät (ZSW) befindet sich derzeit noch im Aufbau.

o Fragen der Wasserstoffqualität und insbesondere ihres kontinuierlichen Nachweises an CEP-Tankstellen sind von besonderer Bedeutung für den Erhalt der dauerhaften Funktionsfähigkeit der Tankstellen- und der Fahrzeugtechnologie. Von der CEP wurde daher im Rahmen dieses Vorhabens u.a. eine umfassende Kampagne zum Nachweis der Wasserstoffqualität an verschiedenen Projektstandorten durchgeführt. Finanziert wurden die Maßnahmen aus dem Budget für technische Dienstleistungen. Mit ZSW und ZBT wurden zwei hochqualifizierte Forschungsinstitute mit der Durchführung beauftragt. Kontrollanalysen wurden zudem von Linde und Air Liquide durchgeführt.

o Ergänzend bildete die Erforschung der Nutzerakzeptanz einen wesentlichen Baustein der CEP-Forschungsaktivitäten. Es wurden in diesem Zusammenhang Akzeptanztests zu Betankungskupplungen verschiedener Hersteller durchgeführt. Weitere Aktivitäten wurden im Rahmen des Begleitforschungsprogramms zum 50-Tankstellen-Programm durchgeführt und von der CEP intensiv unterstützt.

o Die Verbesserung der Kundeninformation an der Tankstelle wurde von der CEP während der Projektlaufzeit als besonderes relevant im Zuge der Markteinführung erkannt und in das Portfolio der CEP-F&E-Aktivitäten aufgenommen. Im Zentrum der Aktivitäten standen Themen wie eine Kundeninformationshotline, Zahlungsmethoden, neue Formate zur Durchführung einer videogestützten Betankungsschulung etc.

o Das Thema Versorgungssicherheit wurde während der Projektlaufzeit zurückgestellt. Eine im Allgemeinen bessere Verfügbarkeit der Tankstellen und Redundanzen in den meisten bisher erschlossenen Regionen führten dazu, dass der ursprünglich geplante Betrieb einer mobilen Backup-Tankstelle nicht weiterverfolgt werden musste.

• Ein umfassendes Informations-, Daten- und Wissensmanagement wurde durch die Pflege und den weiteren Ausbau von Datenbanken zur Haltung und Auswertung relevanter Tankstellenbetriebsdaten und durch den Betrieb des Onlineinformations-, Daten- und Wissensmanagementsystems KIM 2.0 sichergestellt, das mit seinem außergewöhnlich umfassenden Datenbestand auch weltweit Standards setzt. Das Vorhaben lieferte damit – wie bereits in den vorhergehenden Projektphasen – wesentliche Impulse für die Erreichung der Gesamtziele der CEP. Das KIM 2.0 hatte maßgeblichen Einfluss darauf, dass die im bisherigen Verlauf der CEP identifizierten technologische Hemmnisse für die Markteinführung rasch erkannt und gewonnene Erkenntnisse zügig in technische bzw. organisatorische Maßnahmen umgesetzt werden konnten. Dank der engen Zusammenarbeit, im Rahmen derer die beteiligten Wettbewerber gemeinsames Wissen konsequent teilten, setzte das Projekt erhebliche Synergien frei, die eine beschleunigte Marktvorbereitung für Wasserstofftechnologien begünstigten. Nicht zuletzt durch diesen intensiven Austausch konnte während der Projektlaufzeit die Markteinführung von Wasserstofftechnologien endgültig auf den Weg gebracht werden. Erste Serienfahrzeuge wie Hyundais IX35 Fuel Cell waren über normale Händler für jedermann käuflich zu erwerben und wurden durch erste Kunden positiv angenommen. Die Bereitschaft der Projektpartner, wesentliche Ergebnisse ihrer angewandten Forschung und Entwicklung in einem gemeinsamen Wissenspool zusammenzutragen und dieses Know-how im Interesse einer raschen Weiterentwicklung zu teilen, blieb dabei auch in dieser Projektphase einer der wesentlichen strategischen Vorteile der CEP und soll entsprechend auch in der

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kommenden Projektphase IV weiter gepflegt werden, deren Vorbereitung im ersten Quartal 2017 abgeschlossen wird.

• Mit Unterstützung einer PR-Agentur und einer ausschließlich für die CEP tätigen Pressesprecherin startete die Partnerschaft umfassende Maßnahmen zur Erhöhung der Wahrnehmung und Akzeptanz der Wasserstoffmobilität bei Nutzern, Entscheidungsträgern und in der Öffentlichkeit. Die CEP unterstützte dabei auch Initiativen der NOW wie die übergeordnete Informationskampagne, die während der Projektlaufzeit gestartet wurde.

Die Umsetzung aller Aktivitäten erfolgt jeweils mit Unterstützung externer Dienstleister.

Im Zentrum der Arbeiten der CEP stand eine intensive, ergebnisorientierte Gremienarbeit, die allen an der Partnerschaft beteiligten Unternehmen ein hohes Maß an Einsatzbereitschaft abverlangte. Ein hohes personelles Engagement ausgewiesener Experten aus den Partnerunternehmen begleitet von hoher Reiseintensität stellte eine zuverlässige Steuerung der Forschungs- und Entwicklungsprozesse sicher. Ein enger und intensiver Austausch der Projektbeteiligten untereinander aber auch der CEP mit internationalen Initiativen, Normungsgremien, der Politik und letztlich auch der Öffentlichkeit stand im Zentrum nahezu aller Aktivitäten.

Zu diesem Zweck organisierte sich die CEP in einer Vielzahl unterschiedlicher Gremien, welche wesentliche Teile der Forschungs- und Entwicklungsleistungen innerhalb der CEP erbrachten. Zahlreiche dieser Gremien waren bereits in vorhergehenden Projektphasen aktiv gewesen; manche Gremien wurden zusätzlich geschaffen, andere stellten ihre Aktivitäten ein oder setzen ihre Arbeit außerhalb der CEP-Gremienstruktur fort.

Den Forschungs- und Entwicklungsgremien stand über die Projektlaufzeit ein Budget zur Umsetzung konkreter technischer Maßnahmen zur Verfügung. Im Detail wurden von den zuständigen Gremien die Durchführung folgender Aktivitäten bestätigt und zur Umsetzung gebracht:

• Durchführung von Material- und Bauteiletests für die Forschungsgruppe „Komponententests“: Von Spilett wurde ein vergleichender Nutzertest mit den aktuell in Deutschland im Feld eingesetzten Tankkupplungen von Weh und Walther durchgeführt. Ziel dieses Tests war es zu erforschen, ob die Bedienung der Komponenten für Neukunden intuitiv ist und welche Vor- und Nachteile beide Systeme im direkten Vergleich haben. Die Rekrutierung und Incentivierung der Probanden erfolgte im Rahmen des Budgets, während die von Spilett erbrachten Leistungen ebenso wie von Spilett durchgeführte Tests zum Biegeradius des Spirstar-Betankungsschlauchs von Spilett im Rahmen der beauftragten Koordinierungsleistungen erbracht wurden.

• Studie zum technischen Stand der Mengenmessung für die Forschungsgruppe „Mengenmessung“: Nachdem im Zuge der Abstimmungen mit Eichämtern und PTB zur Eichfähigkeit der Mengenmessung weiterführende Analysen zum technischen Stand erforderlich wurden, wurde von Spilett eine entsprechende Studie ausgeschrieben und in Abstimmung mit der Partnerschaft vergeben. Im Ergebnis der Ausschreibung beauftragte Spilett das Fraunhofer ISE mit der Erarbeitung der Studie. Zusätzlich wurden Feldmessungen an Anlagen mit unterschiedlichem Anlagendesign durchgeführt. Die Planung, Begleitung und Auswertung der Feldmessungen übernahm ebenfalls das Fraunhofer ISE.

• Durchführung von wiederholten Wasserstoffqualitätsuntersuchungen für die Forschungsgruppe „Wasserstoffqualität“: Von Spilett wurde eine groß angelegte Kampagne zur Untersuchung der Wasserstoffqualität an CEP-Tankstellen ausgeschrieben und in Abstimmung mit der Partnerschaft vergeben. Im Ergebnis der Ausschreibung beauftragte Spilett das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) und das Zentrum für BrennstoffzellenTechnik (ZBT) mit der Durchführung der Probenahme und Analyse. Linde wurde mit der Durchführung einer Vergleichsanalyse beauftragt.

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• Im Rahmen des Budgets wurden zudem die technischen Systeme der CEP weiter optimiert: Das Tankstellenverfügbarkeitssystem wurde um eine zeitgemäße Onlinekartendarstellung ergänzt. Mit dem Ziel, die CEP-Tankstellen auch für internationale Kunden zu öffnen, wurde zusätzlich eine englischsprachige Version beauftragt. Es wurden zusätzliche Info-Icons in die Karte integriert. Sämtliche Leistungen in diesem Zusammenhang wurden von Spilett an einen Dienstleister vergeben. Für das Tankkartensystem H2Card der CEP wurde die Produktion einer neuen robusteren Tankkarte in Auftrag gegeben.

Als Schnittstelle zwischen den Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten der CEP setzte die Partnerschaft über die gesamte Projektlaufzeit den Betrieb ihres online zugänglichen, mit Zugriffshierarchien versehenen Systems zum Informations-, Daten- und Wissensmanagement (KIM 2.0) fort. Das in Projektphase II eingeführte System war bereits im August 2013 durch ein völlig neues, wesentlich leistungsfähigeres System ersetzt worden, welches im Rahmen dieses Vorhabens unverändert weiterbetrieben werden konnte.

Wie auch in den vorhergehenden Projektphasen kam dem System eine wesentliche Bedeutung bei der Projektimplementierung ebenso wie bei der Steuerung der Forschungs- und Entwicklungsprozesse zu. Es ist eng verzahnt mit den CEP-Datenbanken, die heute einen weltweit einmaligen Datenbestand zum Betrieb von Wasserstofftankstellen darstellen.

Die Datenhaltung und die Datenauswerteroutinen der CEP wurden auch während der Projektlaufzeit weiterentwickelt und verfeinert. Neue Key Performance Indicators (KPI) wurden in die Auswerteroutinen eingeführt. So wird seit 2015 in Ergänzung zu der für alle CEP-Tankstellen ermittelten Anlagenverfügbarkeit auch die sogenannte Anlagenperformance bewertet. Während zur Ermittlung der Anlagenverfügbarkeit lediglich die Zeiten aus den Daten des Tankstellenverfügbarkeitssystems automatisiert ausgewertet und kalkuliert werden, in denen sich die Anlage nicht in Störung befand, bewertet die Anlagenperformance darüber hinaus den Erfolg der Betankung. Hierbei wird insbesondere bewertet, ob die Betankung erfolgreich gestartet werden konnte, ob es zu Betankungsabbrüchen kam und ob der gewünschte Füllgrad erreicht wurde. Energieverbräuche ebenso wie Komponentenausfälle der Tankstellen wurden dokumentiert und erlaubten die zuverlässige Identifizierung notwendiger Forschungsschwerpunkte. Hierzu wurde an zahlreichen CEP-Standorten ein Energiedatenerfassungssystem zum Einsatz gebracht, welches detaillierte Analysen der Energieverbräuche an den Tankstellen erlaubt. Die Beschaffung und Installation der erforderlichen Hardware war nicht Gegenstand dieses Vorhabens.

Das Verfügbarkeitssystem der CEP ist an sämtlichen öffentlich zugänglichen Wasserstofftankstellen in Deutschland installiert. Während die Kosten für die erforderliche Gerätehardware durch die Projektpartner übernommen und in der Regel im Rahmen ihrer Tankstellenprojekte gefördert wurden, erfolgte die Auswertung der Meldedaten im Rahmen dieses Vorhabens. Neben der Ermittlung der allgemeinen Anlagenverfügbarkeit und der Anlagenperformance stellte die CEP entsprechende Verfügbarkeitsinformationen während des gesamten Projektverlaufs auch den Fahrzeugkunden online über die CEP-Website bzw. per E-Mail zur Verfügung.

Zum 1.3.2016 erfolgte an allen zu diesem Zeitpunkt in Betrieb befindlichen Standorten die Umstellung auf ein neues leistungsfähigeres und kostengünstigeres System, welches von Spilett entwickelt worden war. Es löste das nicht mehr zeitgenmäße, teure und relativ unzuverlässige System der Kistner GmbH ab, welches bereits 2011 in Betrieb genommen worden war.

Das Projekt trat öffentlich in vielfältiger Weise mit dem Ziel in Erscheinung, die Akzeptanz für Wasserstoff als Kraftstoff in verschiedenen Rezipientengruppen nachdrücklich zu erhöhen. Entsprechend nutzte das Vorhaben während seiner Laufzeit verschiedenste Kommunikationskanäle um die Rezipienten zu erreichen.

• Internet: Neben der eigenen Website www.cleanenergypartnership.de mit allgemeinen Informationen zum Thema Wasserstoff und einem Kundenbereich mit Zugang zu

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Tankstellenverfügbarkeitsinformationen, Tankkartenantragsportal etc. unterhielt die CEP einen Facebook-Auftritt (www.facebook.com/cleanenergypartnership/) und einen YouTube-Kanal (www.youtube.com/embed/Ia8WoC93vpc) sowie eine Bilddatenbank auf flickr (www.flickr.com/photos/142856145@N04/).

Abb. 23: CEP-Website

Abb. 24: CEP-YouTube-Kanal

http://www.facebook.com/cleanenergypartnership/

http://www.youtube.com/embed/Ia8WoC93vpc

http://www.flickr.com/photos/142856145@N04/

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Abb. 25: CEP auf Facebook

• Messen / Konferenzen: Auftritte auf Messen wie der Hannover Messe und die Teilnahme an den wichtigsten einschlägigen Konferenzen weltweit (WHEC etc.) waren Teil des Engagements der CEP.

• Print und Film, Bild: Die CEP produzierte in allen Bereichen umfassende Materialien. Neben Broschürenmaterial und einer Abschlussbroschüre zum Ende der Projektphase entstanden auch umfassendes Bildmaterial und zwei Erklärfilme zu den Themen Brennstoffzelle und Elektrolyse. Eine Kooperation mit Hannes Jaenicke im Zusammenhang mit der übergeordneten Kampagne der NOW ermöglichte es der CEP, einen eigenen Interview-Kurzfilm mit Hannes Jaenicke während einer Fahrt im BMW 5er GT FCEV zu produzieren.

Abb. 26: CEP-Erklärfilm „Brennstoffzelle“

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Abb. 27: CEP-Erklärfilm „Brennstoffzelle“

Abb. 28: „Energie für immer“ – Interview mit Hannes Jaenicke im Auftrag der CEP

• Medien: Die CEP pflegte gezielt Medienkooperationen, um verschiedene Zielgruppen von Experten über politische Entscheidungsträger bis hin zur Öffentlichkeit und potentiellen Anwendern konsequent zu erreichen.

Die Akzeptanz der Wasserstoffmobilität bei Nutzern, aber auch bei Stakeholdern stand immer wieder im Zentrum wissenschaftlichen Interesses der CEP. Sie führte hierzu eigene Untersuchungen im Rahmen des Vorhabens durch; sie unterstützte aber auch aktiv die Begleitforschung bei der Durchführung ihrer Aktivitäten zur Akzeptanzforschung. Seitens der CEP wurde die vom Hersteller Walther entwickelte Füllkupplung im Rahmen eines Füllkupplungstests mit ausgewählten Erstnutzern vergleichend zu der weit verbreiteten WEH-Kupplung evaluiert. 15 Testkunden führten im Winter 2016 (Januar/ Februar) je eine Testbetankung mit der WEH-Kupplung an der Tankstelle Hamburg Hafencity und mit der Walther-Kupplung an der Tankstelle Hamburg Schnackenburgallee durch. Die Testbetankungen wurden beobachtend erfasst (“objektive Evaluation”) Anschließend wurden die Testkunden in Einzelinterviews zu ihren Erfahrungen qualitativ befragt (“subjektive Evaluation”). Im

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Rahmen des Begleitforschungsprogramms zum 50-Tankstellen-Programm erfolgten durch das Fraunhofer ISI umfangreiche Nutzerbefragungen, während Spilett im Rahmen dieses Vorhabens Interviews mit dem Ziel durchführte, die betreiberseitige Akzeptanz zu evaluieren. Beide Befragungsrunden wurden durch die CEP umfassend unterstützt.




Zu Beginn des Gesamtvorhabens CEP hatte sich die Partnerschaft eine Reihe wissenschaftlicher und technischer Arbeitsziele gesteckt, die es durch Realisierung des Übergeordneten Moduls und geeigneter Projektmodule bis zum Ende der Laufzeit von Phase III.2 zu unterstützen galt (die technische Realisierung selbst war i.d.R. Gegenstand nachgeordneter technischer Module):

• Technische Weiterentwicklung von wasserstoffgetriebenen Pkw und Bussen: Während der Projektlaufzeit wurden der Toyota Mirai als weltweit erstes ausschließlich für den Antrieb mit Wasserstoff entwickeltes Serienfahrzeug und der Hyundai IX35 Fuel Cell in den Markt gebracht. Insbesondere das Fahrzeug von Hyundai trug dazu bei, dass sich die Flotte der in Deutschland betriebenen Wasserstofffahrzeuge während der Projektlaufzeit substantiell vergrößerte und zum Ende der Projektlaufzeit ca. 300 Fahrzeuge zählte. Eine neue Generation von Erprobungsfahrzeugen wurde von BMW während der Projektlaufzeit eingeführt. Erstmals kam hier die von Linde und BMW entwickelte Cryo-Compressed-Technologie (CcH2) zur Speicherung von tiefkaltem gasförmigem Wasserstoff zum Einsatz.

• Technische Weiterentwicklung von Betankungsinfrastrukturen, Installation von Technologien auf dem aktuellsten Entwicklungsstand: Schwerpunkt in Phase III.2 war der weitere Ausbau der bestehenden Infrastruktur im Rahmen des 50-Tankstellen-Programms. Gestützt wurde dieses Bemühen insbesondere durch die Gründung der H2 MOBILITY Deutschland GmbH & Co. KG Anfang 2015 durch Air Liquide, Daimler, Linde, OMV, Shell und TOTAL. Zweck des Unternehmens ist es, das Tankstellennetz auf 100 Standorte bis Ende 2018 und bis zu 400 bis Ende 2023 auszubauen. Zahlreiche neue Tankstellenstandorte konnten während der Projektlaufzeit eröffnet werden. Allerdings wurde das Ziel, tatsächlich 50 Standorte bis Ende 2016 in Betrieb zu haben, verfehlt. Das in der 2. Projektphase eingeführte Kundeninformationssystem wurde während der Projektlaufzeit gegen ein neues leistungsfähigeres und zuverlässigeres System ausgetauscht. Es kommt an allen CEP-Tankstellen und auch an vielen nicht zur CEP gehörenden Standorten zum Einsatz. Es erlaubt einen Online-Zugriff per Smartphone oder Computer auf eine in Echtzeit aktualisierte Kartendarstellung der Anlagenverfügbarkeit. Durch H2 MOBILITY befand sich zum Ende des Berichtszeitraums auch eine App zur Darstellung der Verfügbarkeitsinformationen in Vorbereitung. Daneben setzten die CEP-Forschungsgremien ihre Forschungsaktivitäten zu einzelnen Technologiekomponenten von besonderer Relevanz im Zusammenhang mit der Markteinführung fort. Im Zentrum standen neben der Mengenmessung diesmal auch die Betankungskupplungen, die einem Nutzertest unterzogen wurden und der Befüllschlauch, dessen Biegefestigkeit untersucht wurde.

• Ausbau bestehender Betankungsinfrastrukturen / Errichtung neuer öffentlicher Betankungsstandorte zur Sicherstellung einer regionalen Versorgungssicherheit und zur regionalen Flächenabdeckung: Während des Berichtszeitraums wurden zahlreiche neue Standorte in Betrieb genommen. Das 50-Tankstellen-Programm konnte zwar – anders als geplant – nicht bis zum Ende der Projektlaufzeit abgeschlossen werden. Ein wesentlicher Teil der geplanten Standorte wurde aber fertiggestellt. Die übrigen Standorte sollen im Laufe des Jahres 2017 endgültig für den Kundenbetrieb freigegeben werden. Ursächlich für

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Verzögerungen waren i.d.R. genehmigungsrechtliche Schwierigkeiten und – hiermit einhergehend – die Identifizierung geeigneter Standorte. Mit der Gründung der H2 MOBILITY GmbH & Co. KG wurden während der Projektlaufzeit durch einen Teil der Partnerschaft die Voraussetzungen für den flächendeckenden Ausbau des Netzes geschaffen.

• Realisierung von technologischen und operativen Verbesserungen durch Umsetzung der „lessons learned“ aus den CEP-Phasen I, II und III.1: Im Rahmen des Vorhabens erfolgte ein Austausch des Nutzerinformationssystems gegen ein leistungsfähigeres, kostengünstigeres und nutzerfreundlicheres System. Fragestellungen, die auch während der Projektlaufzeit wieder mit hoher Intensität von den CEP-Gremien verfolgt wurden, umfassten Fragen der Wasserstoffabgabequalität an der Tankstelle, Fragen der Eignung, Standfestigkeit und Bedienfreundlichkeit einzelner Technologiekomponenten, sowie die Themen eichfähige Mengenmessung, Betankungsprozess, Tankstellenabnahmeverfahren etc.

• Erprobung der Fahrzeug-, Erzeugungs- und Betankungstechnik unter Alltagsbedingungen: In Phase III.2 der CEP vollzog sich in Teilen der Markteintritt von Wasserstofffahrzeugen. Hersteller wie Hyundai und Toyota gaben ihre Fahrzeuge nunmehr in die Hand von Endkunden, so dass die CEP erstmals keinen unmittelbaren Zugriff mehr auf die Fahrzeugdaten hatte. Zum Ende der Projektlaufzeit waren in Deutschland geschätzte rund 300 Pkw im Einsatz. Während der 24-monatigen Projektlaufzeit wurden 17.774 Betankungen durchgeführt. In etwa diese Anzahl war während der vorhergehenden Projektphase im Laufe von 48 Monaten erreicht worden.

• Die Untersuchung alternativer Bereitstellungspfade: Auch während der Projektphase III.2 stammten wieder mindestens 50% des abgegebenen Wasserstoffs als regenerativer Erzeugung. Bereits für die Jahre 2011 und 2012 konnte erstmals ein Anteil regenerativen Wasserstoffs von über 50% erreicht werden. Ursprüngliches Ziel zu Beginn der Phase II war es gewesen, zum Ende von Phase III.2 (2016) diesen Anteil zu erreichen.

• Gemeinsame Meilensteinüberprüfung und Festlegung der genauen Inhalte für Projektphase IV (2017-2023): Zum Ende der Laufzeit erfolgte eine umfassende Revision der Projektziele und Schwerpunkte der CEP. Während der weitere Infrastrukturausbau der CEP künftig in der Verantwortung der H2 MOBILITY Deutschland GmbH & Co. KG liegen wird, wird sich die CEP neben ihren bisherigen Forschungsschwerpunkten (eichfähige Mengenmessung etc.) verstärkt neuen Themenfeldern (Einbindung von Wasserstoff als Kraftstoff in die Energiewende, Sektorenkopplung, Synergien mit anderen Verkehrsträgern) zuwenden. Die CEP wird ihre Aktivitäten im Zeitraum 2017-2023 eigenfinanziert fortführen.

• Einleitung der Marktvorbereitung von Wasserstofftechnologien für den Verkehrsbereich: Fahrzeuge von Hyundai und Toyota sind heute frei am deutschen Fahrzeugmarkt verfügbar. Die Infrastruktur bietet bislang eine für Kunden zumindest im regionalen Umfeld vielerorts akzeptable bis gute Versorgung. Bundesweit soll eine marktgerechte Abdeckung 2018 mit der Fertigstellung der ersten 100 Standorte erreicht sein.

Das Übergeordnete Modul, welches Gegenstand dieses Schlussberichts ist, bildete eine wesentliche Voraussetzung dafür, dass die genannten Ziele erreicht werden konnten. Insbesondere das geplante Informations- und Wissensmanagementsystem hatte maßgeblichen Einfluss darauf, dass technologische Herausforderungen erkannt und „lessons learned“ umgesetzt werden konnten. Die enge Zusammenarbeit der am Projekt beteiligten Wettbewerber setzte im Projekt erhebliche Synergien frei, die eine beschleunigte Marktvorbereitung für Wasserstofftechnologien massiv begünstigen. Entsprechend konnten erste Produkte bereits während der Projektlaufzeit in den Markt eingeführt werden.

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Das Übergeordnete Modul besaß selbst nicht das Potential, verwertbare sachbezogene Ergebnisse in nennenswertem Umfang zu liefern. Es trug durch begleitende Forschung, durch den Einsatz eines hochentwickelten Informations- und Wissensmanagementsystems, durch eine umfassende Öffentlichkeitsarbeit und durch eine strukturierte Gremienarbeit – insbesondere durch die Arbeit der sich konkreten technischen Einzelfragen widmenden Forschungsgruppen – allerdings maßgeblich dazu bei, die Verwertungspotentiale im Rahmen der nachgeordneten Projektmodule schneller und effizienter auszuschöpfen und die Markteinführung von Wasserstoff als Kraftstoff substantiell zu beschleunigen. Das im Rahmen des Vorhabens betriebene Informations- und Wissensmanagementsystem setzte Maßstäbe auch für vergleichbare Projekte mit ähnlich großen und komplexen Konsortien. Von besonderer Bedeutung für den wissenschaftlichen Erfolg ist der von der CEP gemeinsam zusammengetragene, in dieser Form weltweit einmalige Datenbestand, der in bislang nie erreichter Detailtiefe die Betriebsbedingungen von Wasserstofftankstelle und die kritischen Faktoren für ihre Betriebszuverlässigkeit abbildet.

Die CEP begleitete aktiv die beginnende Markteinführung von Wasserstoff als Kraftstoff mit dem Ziel, die Nutzung für den Kunden komfortabler und zuverlässiger zu gestalten: Während der Projektlaufzeit erfolgten die umfassende Erprobung bedienungskritischer Tankstellenkomponenten an der Schnittstelle Tankstelle – Fahrzeug ebenso wie die Optimierung der Kundeninformationen an der Zapfsäule. Das im Rahmen des Vorhabens in Betrieb genommene, neu entwickelte Tankstellenverfügbarkeitssystem HIT 2.0 ist bis auf Weiteres ein unverzichtbares Instrument um den Kunden mit zuverlässigen Informationen über die Betriebsbereitschaft deutscher Wasserstofftankstellen zu informieren. Sämtliche Systeme der CEP können perspektivisch auch auf europäischer Ebene zu Einsatz kommen.

Daneben waren die vorbereitenden und begleitenden Aktivitäten zur Entwicklung einer eichfähigen Mengenmessung für Wasserstoff von entscheidender Bedeutung für die Einführbarkeit von Wasserstoff in den Endkundenmarkt.

Die im Zusammenhang mit der Qualität des abgegebenen Wasserstoffs an CEP-Tankstellen gewonnenen Erkenntnisse sind bedeutsam in Vorbereitung auf den weiteren Ausbau des Tankstellennetzes.

Das Übergeordnete Modul bildete als unabdingbare Voraussetzung für die Implementierung der nachgeordneten Projektmodule die Grundlage für den Erfolg des CEP-Projekts als Ganzes. Ziel der CEP unter Berücksichtigung all der von ihren Mitgliedern implementierten Projektmodule und marktgerichteten Aktivitäten war eine Vorbereitung des Marktes für Wasserstoff als Kraftstoff zum Ende der Projektphase III.2 des Vorhabens. Dieses Ziel wurde erreicht. Bereits heute bieten einzelne Fahrzeughersteller ihre Fahrzeuge über den Fahrzeughandel an. Der Hyundai IX35 Fuel Cell ebenso wie der Toyota Mirai sind für private und gewerbliche Endkunden heute bereits käuflich zu erwerben. Mit dieser Entwicklung muss der Infrastrukturausbau Schritt halten. So wird die H2 MOBILITY Deutschland GmbH & Co. KG parallel zur Implementierung der kommenden Projektphase IV die Wasserstoffinfrastruktur auf zunächst 100 Standorte bis 2018 ausbauen.

Entsprechend werden die wirtschaftlichen Erfolgsaussichten von Wasserstoff als Kraftstoff auch als so gut eingestuft, dass die Partnerschaft sich für eine eigenfinanzierte Fortführung der übergeordneten Aktivitäten in der kommenden Projektphase IV (1.4.2017-31.12.2023) entschieden hat. Förderung soll für die Fortführung der Begleitmaßnahmen nicht mehr in Anspruch genommen werden. Bereits für die Fortführung der Phase III.2 im Zeitraum 1.1.2017-31.03.2017 wurde keine Förderung mehr beantragt. Maßgeblich für eine erfolgreiche Kommerzialisierung ist es gleichwohl,

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dass auch in Zukunft ausreichende Mittel durch Industrie und Fördermittelgeber bereitgestellt werden, um die Entwicklung der Technologien und die anschließende Marktvorbereitung als lang angelegten Prozess zu Ende führen zu können. Insbesondere der konzertierte Ausbau des Tankstellennetzes wird nur mit entsprechender Unterstützung wirtschaftlich machbar sein.

Veröffentlichung der Projektergebnisse · Wasserstofftankstelle an der Aral-Tankstelle Messedamm...

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