Nachrüstung CEP-Ready-Konformität für Wasserstoffenergiekette Freiburg

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1 Programm Lebensgrundlage Umwelt und ihre Sicherung (BWPLUS) Zwischenbericht anlässlich des Statuskolloquiums Umweltforschung Baden-Württemberg 2013 am 20. und 21. Februar 2013 im KIT-Campus Nord Nachrüstung CEP-Ready-Konformität für Wasserstoffenergiekette Freiburg Christopher Voglstätter Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme, Freiburg Förderkennzeichen: BWH Laufzeit: Die Arbeiten des Programms Lebensgrundlage Umwelt und ihre Sicherung werden mit Mitteln des Landes Baden-Württemberg gefördert

2 Inhaltsverzeichnis 1 Ausgangssituation, Zielsetzung und Vorgehensweise 3 2 Ergebnisse / Stand des Vorhabens CEP-Tankstellenverfügbarkeitssystem CEP Abnahmetest CEP-Kartenleser 6 3 Zusammenfassung / Zeitplan 7 4 ZwischenverwendungsnachweisFehler! Textmarke nicht definiert. 2

3 1 Ausgangssituation, Zielsetzung und Vorgehensweise Im Rahmen des Projektes Wasserstoffenergiekette Freiburg errichtete das Fraunhofer ISE mit Unterstützung durch das Umweltministerium Baden- Württemberg eine Wasserstofftankstelle auf dem institutseigenen Gelände. Diese Wasserstofftankstelle weist die komplette Energiekette von der Energieerzeugung/-wandlung durch Photovoltaik, der Wasserstofferzeugung durch Wasserelektrolyse, der Kompression und Lagerung, sowie der Abgabe an Fahrzeuge an einem Dispenser auf. Die Tankstelle ist öffentlich zugänglich und ein Eckstein der deutschen, sowie ein wichtiger Knotenpunkt der europäischen Wasserstofftankstellen-Infrastruktur. Jedoch ergeben sich aktuell Hindernisse bei der Benutzung der Tankstelle: Aufgrund des derzeitigen Entwicklungsstands der Technologie ist eine persönliche Einweisung und ein geschlossener Kundenkreis mit Authentifizierung gewünscht. Zudem muss aus ggf. zukünftig relevanten Abrechnungsgründen eine Tankkarte herausgegeben werden. Dies ist ein wesentliches Hindernis für eine überregionale Wasserstoffmobilität. Des Weiteren ergibt sich auch die Schwierigkeit, dass die Tankstelle bedingt durch Wartungen zeitweise außer Betrieb ist, was aufgrund der nicht-vorhandenen Redundanz einen großen Unsicherheitsfaktor für potentielle Kunden darstellt. Ein sinnvoller und bis dato im Bereich der Wasserstoffinfrastruktur einzigartiger Ansatz zur Beseitigung dieser Hindernisse wird durch die CEP angestrebt. Im Rahmen der CEP werden die Aspekte Bezahlsystem und Einweisung über ein deutschlandweites Karten- und Bezahlsystem vereinheitlicht. Die Unsicherheit bezüglich der Verfügbarkeit einer Betankung wird über ein per SMS und Internet abfragbares Tankstellenverfügbarkeitssystem adressiert. Zusätzlich werden durch einen normierten Abnahmetest die Normenkonformität und damit die Kompatibilität zu allen in der CEP vertretenen Automobilherstellern überprüft. Für Tankstelle, die diese (und weitere) Bedingungen erfüllen, vergibt die CEP vergibt einen CEP-Ready Status. Bei der Errichtung der Tankstelle am Fraunhofer ISE wurde bereits darauf geachtet, die prinzipiellen Voraussetzungen für CEP-Ready zu erfüllen. Da jedoch manche Spezifikationen für CEP-Ready erst nach Ende des Projektes zur Verfügung standen, müssen drei wesentliche Punkte nachträglich erfüllt werden und konnten daher nicht mehr im Rahmen des ursprünglichen Projektes erfüllt werden. Diese Punkte sind: Nachrüstung des CEP-Kartenlesers Nachrüstung des Tankstellenverfügbarkeitssystems Normierter Abnahmetest und Prüfung auf Normenkonformität durch GM/Opel 3

4 2 Ergebnisse / Stand des Vorhabens 2.1 CEP-Tankstellenverfügbarkeitssystem Ziel des Tankstellenverfügbarkeitssystems ist den Zustand der Tankstelle auf der Plattform der CEP darzustellen und per SMS abfragbar zu gestalten. Hierfür muss eine Status-Schnittstelle an der Tankstelle bereitgestellt werden, die die Status-Meldungen 700 bar bereit und 350 bar bereit über potentialfreie Klemmen bereitstellt. Das CEP-Verfügbarkeitssystem bietet noch weitere Schnittstellen für 350 bar Bus und Flüssigbetankung, die jedoch im Kontext der Freiburger Tankstelle nicht relevant sind. Die Nachrüstung dieser Funktionalität wurde durch den Anlagenhersteller Air Products durchgeführt. Die entsprechende Hardware bestehend aus einem DIN A4 Blatt großen Schaltschrank und einer Mobilfunk-Antenne werden von der Fa. Kistner für die CEP angeboten und installiert. Abbildung 1: Tankstelle des Fraunhofer ISE auf der Karte des Tankstellenverfügbarkeitssystems Nach einer Einbindung in die CEP-Karte durch die Fa. Spilett, welche für die CEP diverse Arbeiten koordiniert und durchführt, ist die Tankstelle zu sehen und kann über SMS unter Angabe der Stationsnummer abgefragt werden. Prinzipiell besteht auch die Möglichkeit die Statusinformation über eine Schnittstelle, die auf Anfrage von der Firma Spilett genannt wird, selbst auszuwerten. Der Vorgang an sich ist relativ problemlos und günstig. Für den laufenden Betrieb fallen zusätzlich zu den einmaligen Hardware- und Installationskosten Wartungskosten für das Verfügbarkeitssystem an. 4

5 2.2 CEP Abnahmetest Ziel des CEP-Abnahmetests ist es, die Sicherheit der Tankstelle für die Benutzung mit anderen Fahrzeugen festzustellen. Neben wie Tests, die auch häufig schon durch die ZÜS durchgeführt wurden (bspw. Ableitfähigkeitsmessung) wird die Konformität mit der SAE J2601 geprüft, um so sicherzustellen, dass alle Fahrzeuge aller Hersteller sicher und problemfrei betanken können. Zu diesem Zweck werden mehrere Betankungen mit und ohne Kommunikation unter genauer Beobachtung der Betankungstemperaturen und drücke durchgeführt, sowie die Funktion der Infrarotschnittstelle und deren Abschaltungssignale getestet. Opel hat bis Oktober 2012 zu diesem Zweck ein spezielles Prüffahrzeug mit Tanks und Sensorik im Einsatz, dass diese Abnahme für alle Fahrzeuge durchführen kann. Der Test wurde in KW47/12 durchgeführt und dauerte ca. 3 Tage, was derzeit der Regel entspricht. Da die meisten Tankstellen den Test im ersten Anlauf nicht bestehen, ist die Anwesenheit des Anlagenherstellers und des Anlagenbetreibers notwendig. Als Ergebnis waren alle Betankungen bis auf eine einwandfrei. Eine der Betankungen hat die Normgrenzen von 10% Abweichung vom Solldruck verlassen. Die Vorkühlung war einwandfrei, alle Sicherheitsfunktionen und abschaltungen der Infrarotschnittstelle haben funktioniert. Vermutet werden hier die Ventile der Anlage, die bereits mehrfach Probleme verursacht hatten. Die Experten von Opel empfehlen in Ihrem Bericht ein weiteres Monitoring und eine Ursachensuche. Abbildung 2: Auszug aus dem Bericht des Abnahmetests. In lila dargestellt ist der Tankdruck über die Zeit. In blau dargestellt ist die Temperatur des Wasserstoffs. Die jeweiligen Toleranzgrenzen sind in schwarz dargestellt. Wie angekündigt hat Opel die Abnahmetests zum Ende 2012 eingestellt. Ein Ersatz wird Stand Februar 2012 von der CEP gesucht. Im Gespräch sind verschiedene ZÜSen. 5

6 2.3 CEP-Kartenleser Ziel des Kartenlesers ist es die Insellösungen verschiedener Tankstellenbetreiber zu bündeln und in der Demonstrationsphase, in der noch Tankkartenlösungen aus verschiedenen Gründen notwendig sind, zu bündeln und eine freie Mobilität zu ermöglichen. Außerdem werden die Datensätze aus den Tankcomputern meist auch an die CEP übertragen, um so Rückschlüsse über bspw. die Genauigkeit der Mengenmessung an der Tankstelle zu gewinnen. Für die Verwendung des Kartenlesers sind mehrere Komponenten im Einsatz: Ein Tankstellen-Computer (meist eine Tankstellenkonzernweite Festlegung), eine Mengenmessung, eine Anpassung des Dispensers auf eine CEP-konforme, einheitliche Bedienung und der Kartenleser. Derzeit ist keine eichfähige Mengenmessung für 700bar-Tankstellen verfügbar. Dies ist ein bekanntes Problem, welches in der CEP adressiert wird. Für das Projekt war vorgesehen, zur Kostenersparnis auf diese Mengenmessung zu verzichten. Nach Auftrag kristallisierte sich jedoch heraus, dass eine Mengenmessung notwendig war, da sonst ein Abbruch der Betankung unvermeidlich ist. Alternativ wurde geprüft, eine Mengenmessung zu simulieren dies ist jedoch aufgrund der gegenphasigen redundanten Signale, die vom Mengenmesser generiert werden schwer. Air Liquide ist eine solche Emulation mit einer nicht auf dem Markt verfügbaren Lösung und mit großem Zeitaufwand gelungen. Air Products lehnte eine entsprechende Lösung für eine fest budgetierte Summe aufgrund zweifelhaften Erfolgschangen ab. Die Koppelung der Mengenmessung mit den jeweiligen Tankstellen- Abrechnungssystemen ist auch nicht trivial. Erschwerend dadurch ist die Unterstützung der Tankstellencomputer-Hersteller aufgrund der geringen Stückzahlen an geplanten Wasserstoff-Tankstellen nur sehr widerwillig. Hierdurch ergaben sich vor Projektbeginn nicht erkennbare Verzögerungen und Mehrkosten durch den Kartenleser ab, wodurch das Projekt um 8 Monate verlängert und ein Antrag auf Aufstockung gestellt wurde. Abbildung 3: Dispenser (links) und Kartenleser (rechts) der Air Liquide Tankstelle in Düsseldorf 6

7 Stand Februar 2013 wurde vom Anlagenhersteller Air Products eine ähnliche Installation in Hamburg in Betrieb genommen. Ein Kartenleser eines alternativen, aber kompatiblen Herstellers (das native CEP-System wird von der Fa. Tokheim hergestellt) ist an den Tankstellen der EnBW erfolgreich im Einsatz. Ein aktualisiertes Angebot der Firma Air Products über die Nachrüstung der Tankstelle ist in Vorbereitung und wird Ende Februar 2013 erwartet. 3 Zusammenfassung / Zeitplan Stand Februar 2013 sind die Arbeitspakete CEP-Tankstellenverfügbarkeitssystem und CEP-Abnahmetest erfolgreich abgeschlossen. Ein Abschluss der Arbeiten am CEP-Kartenleser und damit das Projektende werden für den August 2013 erwartet. Abbildung 4: Zeitplan des Projekts. AP1: CEP-Kartenleser, AP2: Tankstellenverfügbarkeitssystem, AP3: CEP-Abnahmetest 7