Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene

Transkript

1 Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene

2 Begrüßung Rainer Bomba Staatssekretär im Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur

3 Einführung und Überblick Dr. Rainer Scholz Ernst & Young GmbH - Mobility Innovation

4 Warum brauchen wir Brennstoffzellenzüge?

5 Klimawandel & Energiewende: Alternative Antriebe als wichtiger Baustein - 55% CO2- Emissionen bis 2030 Mobilitäts- und Kraftstoffstrategie der Bundesregierung, % Stromverbrauch aus EE bis 2030 Energiekonzept der Bundesregierung, 2010 & % Nebenprodukt H2 In Deutschland zur Verfügung stehender Nebenprodukt- Wasserstoff, 2015/16 Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

6 Wasserstoff aus Erneuerbaren Energien Power-to-Gas Option bei Überschuss-Strom: Gewinnung von Wasserstoff als Treibstoff durch Elektrolyse Abschlusspräsentation Wasserstoffinfrastruktur für die Schiene Juli

7 Technologieführerschaft Ziele der Bundesregierung für den Technologiestandort Deutschland: Nutzung globaler Herausforderungen (Klimawandel) als Chance für Investition in neue Technologien Verbesserung der Rahmenbedingungen für Forschung Fachkräfteakquise/ Aus- und Weiterbildung Abschlusspräsentation Wasserstoffinfrastruktur für die Schiene Juli

8 Studie: Ein Überblick Ziel Untersuchung und Identifizierung technischer, rechtlicher und ökonomischer Voraussetzungen für betriebsgerechte Wasserstoffversorgung der nicht-elektrifizierten Schieneninfrastruktur in Deutschland Studienschwerpunkte und -ergebnisse Betriebliche Anforderungen, technische Anforderungen, rechtliche Rahmenbedingungen (Infrastruktur und Betrieb), Finanzierungs- und Betreiberstrukturen Standortplanung, Wirtschaftlichkeit, Betreibermodelle, Akzeptanz, Synergien, Fallstudie (Bremervörde) und Perspektiven / Synergien Laufzeit Oktober 2015 Juli 2016 Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

9 Projektpartner Abschlusspräsentation Wasserstoffinfrastruktur für die Schiene Juli

10 Agenda Abschlusspräsentation Studie Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene 9.45 Einführung und Überblick Infrastruktur: Wasserstoffquellen und Bereitstellung für den Schienenverkehr Technische Voraussetzungen und Sicherheitsaspekte Betriebliche Planung Rechtliche Rahmenbedingungen Betreiberkonzepte und Wirtschaftlichkeitsanalyse Öffentlichkeitsbeteiligung Fallstudie Niedersachsen: Vorstellung und Podiumsgespräch Ausblick & Synergien Ende der Veranstaltung Mittagspause Abschlusspräsentation Wasserstoffinfrastruktur für die Schiene Juli

11 Infrastruktur: Wasserstoffquellen und Bereitstellung für den Schienenverkehr Dr. Ulrich Bünger, Ludwig Bölkow Systemtechnik GmbH

12 Wasserstoff-Versorgungsoptionen Identifikation von H 2 -Quellen und nicht-elektrifizierter Bahnstrecken und deren Abgleich Potenzielle H 2 -Quellen und -Versorgungswege, Übersicht nicht elektrifizierte Bahnstrecken Übersicht Länderstrategien (NI, NRW, HE, BW) H 2 -Infrastruktur und H 2 -Tankstellen Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

13 Wasserstoffmarkt Deutschland Kurzfristig nutzbare Wasserstoffquellen sehr konzentriert, keine flächendeckende Infrastruktur Handels-H 2 (~17 %) (~7 Mio. Nm³/d) Nebenprodukt-H 2 (~9%) (~4 Mio. Nm³/d, v.a. Chlor-Elektrolyse) Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

14 Wasserstoffproduktion und nicht elektrifizierte Strecken Deutschland Keine eindeutige regionale Zuordnung nicht elektrifizierter Strecken Hoher Elektrifizierungsanteil: in kleinen Bundesländern (z.b. Saarland = 84%) und Stadtstaaten (Berlin = 100%, Hamburg = 92% und Bremen = 90%) Anteil nicht elektrifizierte Strecken: v.a. Thüringen & Schleswig-Holstein: ~70% ca. ¾ aller Strecken-km dieselbetrieben Meiste nicht elektrifizierte Strecken (km, absolut): Bayern (3.500 km), Niedersachsen (2.152 km), Nordrhein-Westfalen (1.946 km) und Baden-Württemberg (1.491 km) Nicht elektrifizierte Strecken / Einwohnerzahl bzw. Fläche: favorabel in Thüringen (54 km/1.000 Einwohner, 72 km/1.000 km²) Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

15 Kurzfristig relevante Pilotregionen in Deutschland Vier Pilotprojekte in Vorbereitung davon drei Bundesländer mit den meisten nicht elektrifizierten Streckenkilometern (ohne Bayern) Weitere Projekte sinnvoll, die sich aus Koinzidenz von bestehenden Wasserstoffquellen und nicht elektrifizierten Strecken ableiten Weiter zu untersuchen in Folgearbeiten Beispiel: Schleswig-Holstein Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

16 Untersuchte Wasserstoff-Versorgungspfade Entwicklung und Bewertung von 5 selektierten Wasserstoff-Versorgungspfaden für Schienenverkehr Offsite Anlagen Energietransport Onsite Anlagen Pfad 1 Kraftwerkspark Stromnetz HS, MS, (NS) Elektrolyse Pfad 2 Dampfreformer Verflüssiger LKW flüssig Pfad 3 LKW gasförmig Wasserstoff- Betankungsanlage Pfad 4 Nebenprodukt Wasserstoff Bahn gasförmig Pfad 5 Pipeline Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

17 Beispiel eines Versorgungspfades H 2 -Nebenprodukt und Bahnanlieferung Well-to-Tank-Analysen zu Energieeinsatz, THG-Emissionen, H 2 - und Kilometerkosten, Flächenbedarf Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

18 Kosten für Pfad H 2 -Nebenprodukt und Bahnanlieferung (50 MPa) Generischer Versorgungsfall: 1,7 t H2 /Tag; 150 km Transportentfernung Gesamtkosten Betankungsanlage: Anfänglich hoher CAPEX für H 2 -Bereitstellung via onsite Elektrolyse und Versorgung via Rohrleitung Kraftstoffkosten (frei Zapfpistole): Kraftstoffkosten von ab ca. 5 /kg unter günstigen Randbedingungen erreichbar (Zielkosten) Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

19 Kosten für Pfad H 2 -Nebenprodukt und Bahnanlieferung (50 MPa) Generischer Versorgungsfall: 1,7 t H2 /Tag; 150 km Transportentfernung THG-Emissionen aus Bereitstellung / Nutzung von Druckwasserstoff (CGH 2 ) im Vergleich zu Diesel: Kein Vorteil auf Kraftstoffbasis ggb. Referenz THG-Emissionen Well-to-Wheel (inkl. Triebwagen) für Druckwasserstoff (CGH 2 ) im Vergleich zu Diesel: Ca % geringere THG-Emissionen ggb. Referenz ~-30% * Bestehende Nutzung von Nebenprodukt H 2 wird durch Erdgas ersetzt ** H 2 -Aufbereitung vor Ort an der Tankstelle Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

20 Konzeptionelle Überlegungen zur Betankung der Triebfahrzeuge Platzbedarf für Hauptkomponenten vorsehen Wasserstoff-Druckspeicherbank Verdichterstation Abstellplatz für angelieferten Wasserstoff (Gleis: Bahnanlieferung, Parkplatz: Lkw-Anlieferung) Dispenser am Betankungsgleis Option onsite Elektrolyse verursacht zusätzlichen Platzbedarf Schnellbetankung bei 35 MPa bedarf ohne Vorkühlung guter Planungsarbeit Redundanz für sicheren Bahnbetrieb unabdingbar Wasserstoff-Anlieferung (Kosten, Nachhaltigkeit): Kurzfristig: Lkw-Transport, kurze Rohrleitung Mittel- bis langfristig: Bahntransport Langfristig: Rohrleitung Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

21 Zusammenfassung Wasserstoff-Infrastruktur für Schienenverkehr Bestehende industrielle Wasserstoffquellen heute für Versorgung Schienenverkehr nutzbar (Kosten) Sinnvolle regionale Versorgungsfälle weiterer nicht-elektrifizierter Strecken entwickeln Mittel- und langfristig sind onsite-erzeugung oder Bahn-Anlieferung sinnvollste Versorgungsoptionen Wasserstoff frei Tankstelle kostet ab ca. 5 /kg unter günstigen Randbedingungen (Zielkosten) Potenzial zur Nullemissionstechnologie, aber auch in Einführungsphase THG-Einsparungen bis -30% durch kostengünstigen Nebenprodukt-H 2 Wasserstoff-Infrastruktur- und - Tankstellentechnologie prinzipiell verfügbar Tankstelle aufwendiger als öffentliche Wasserstoff- Tankstellen (Schnellbefüllung, Redundanz) Parallel Einführung von erneuerbar erzeugtem Wasserstoff vorantreiben (z.b. onsite-elektrolyse) Redundanz erforderlich Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

22 Technische Voraussetzungen Dr. Jürgen Heyn, TÜV SÜD Rail GmbH

23 Analyseausrichtung zur Anforderungsdefinition Gemäß der bahnspezifisch ausgerichteten Norm EN wurden die wesentlichen Anforderungen an die Anlagen zur Betankung der Fahrzeuge mit Wasserstoff auf Basis von risikobasierten Analyse aufgelegt. Der Schwerpunkt lag dabei auf den Besonderheiten des Bahnbetriebs und den von ihm ausgehenden Gefährdungen. Ergebnis-Zusammenfassung: Die Mindestanforderungen zur Gewährleistung der Sicherheit wurden unter Beachtung der aktuellen anerkannten Regeln der Technik zu vergleichbaren Anwendungen sowie auf Basis von fixiert. Somit können allgemeingültige / generische Anforderungen zur grundsätzlichen Systemauslegung, zur Grobkalkulation der technischen Ausführung, zur Konsequenzbewertung des betrieblichen Aufwandes und für die nachfolgenden Genehmigung in die ortsbezogene / spezifische Planung der Anlagentechnik einfließen. Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

24 Zusammenwirken der Teilsysteme Abschlusspräsentation Wasserstoffinfrastruktur für die Schiene Juli

25 Und zuzüglich der Gefahren aus dem Bahnbetrieb Schutzerfordernis Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

26 Besondere Gefährdungspotentiale Bei der Systemauslegung und -bewertung sind die Gefahren / Risiken ausgehend vom neuen Kraftstoff und der Umgebungsbedingungen im Bahnbereich zu beachten: Der hohe Systemdruck in den Bevorratungssystemen (stationär und mobil damit auch über die Schnittstelle Betankung und die Zuführung zum Fahrzeugtank) ergibt im Fehlerfall eine plötzliche und gerichtete Ausbreitung an der Austritts- bzw. Defektstelle. Gefährdungsbeurteilung: In welcher Richtung und mit welcher Intensität erfolgt dies? Dies ist bezüglich der Anlagentechnik in der Infrastruktur, der Halle und mit Fokus auf die Fahrzeuge zu diskutieren. Bei benachbarten Fehlern bzw. Fremdeinflüssen, z.b. ein Brandereignis, ergibt sich eine Druckerhöhung im System und somit ein Sicherheitsablassen, um eine unkontrollierbare Explosion / Detonation zu verhindern. Eine Flamme (2000 C) ist hierbei kaum sichtbar und die Flammengeschwindigkeit 8x höher als üblich, zudem keine Qualmerscheinung und nur geringe Wärmestrahlung, wobei die Zündenergie vergleichbar zu Benzin oder Propan nur bei 10% liegt. Würde somit eine ggf. zusätzliche Brandunterstützung bedeuten. Gefährdungsbeurteilung: Wann ergibt sich der Ausblaszeitpunkt und wie ist die Austrittsrichtung ausgehend vom Sicherheitsventil vorgegeben? Leckagen sind zu beachten, somit sind geschlossener Behälter / Container kritisch, hier beachten von innenliegenden potentiellen Zündquellen (ex-geschützt), aber auch beachten der Abstellung in geschlossenen Gebäuden (Abdrift nach oben / Ansammlung und hier befindliche Zündquellen) Frage: Besteht ein Detektions- / Sensorerfordernis im Zusammenhang mit der Ausprägung von zündfähigen Konzentrationen abhängig vom zeitbezogenen Austrittsvolumen und möglichen Zündquellen? Es müssen die bahnspezifische Besonderheiten bei der Systemauslegung beachtet werden, wie z.b. Vibrationen, Fahrdrahtabriss, hohe Impulswirkung bei Unfällen) Frage: Bestehen zusätzliche Erfordernis für einen Geräteschutzes (mechanisch, elektrisch)? Abschlusspräsentation Wasserstoffinfrastruktur für die Schiene Juli

27 Basis-Anforderungen an Hersteller von H2- Tankanlagen Grundsätzlich können gemäß DIN EN während des Betriebs eines Druckgeräts gefährliche Situationen auftreten, z.b. verbunden mit : betriebsbedingten Einflüssen (z.b. Schwingungen, Umweltstress) menschliches Fehlverhalten (z.b. Unachtsamkeit) unzuverlässige Funktionsweisen (z.b. bei Defekten oder Ausfällen) unzulässige Beanspruchung (z.b. überhöhter Temperatureinfluss) Defizite bei Wartung und Instandhaltung (z.b. erhöhter Verschleiß, Alterung) Fremdeinflüsse von außen bei außergewöhnlichen Ereignissen (z.b. Unfälle) Aus diesem Grund ist durch den Hersteller eine Gefährdungs- bzw. Risikobeurteilung durchzuführen, um die für die sachgemäße Auslegung des Druckgerätes benötigten Basisinformationen zu erhalten und die wirkungsvollsten Ausrüstungsteile mit Sicherheitsfunktion zu wählen. Das Tanksystem bestehend aus mehreren Komponenten (zusammengefasst unter dem Begriff Druckgerät ) muss so ausgelegt sein, dass: Gefährdungen ausgeschlossen oder vermindert werden; geeignete Schutzmaßnahmen gegeben sind, falls die Gefährdung nicht ausgeschlossen werden kann; der Anwender über die Restgefahren informiert ist, mit Angabe der für diesen Fall zu treffenden Sondermaßnahmen; die Gefahr einer Fehlbedienung vermieden wird. Technische Lösungen für eine eigensichere Auslegung sind entweder normativ verlangt oder werden im Ergebnis der Risikobewertung erforderlich und sind zur Minimierung von menschlichen Fehlern gegenüber Anweisungen zu bevorzugen. Betriebsanleitungen müssen Anweisungen für die Handhabung, Inspektion und Instandhaltung beinhalten, um sicherzustellen, dass der verlangte Umfang der Absicherung erreichbar ist. Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

28 Basis-Anforderungen an Hersteller und Planer von H2-Tankanlagen Grundlegende Anforderungen betreffend: die Zapfsäule direkt am Gleis (im Gleisfeld oder in einer Halle) und ggf. als eine Einheit mit dem Kompressor räumlich und akustisch ausgerichtet verbunden Kraftstofflager / Gasfüllanlage mit entsprechender Umfülleinrichtung und Rohrverbindungen sowie Absicherung des Bereiches Verbunden mit Anforderungen an maßgebliche technische Einrichtungen wie z.b.: Befehlseinrichtungen zum Abschalten Anordnung an Behälter zur Lagerung von Betriebsstoffen Auf Grund der bahnspezifischen Besonderheiten mit Fokus auf die Bewegung von massebedingt trägen Bahnfahrzeugen ergeben sich weitergehende Anforderungen : zur Positionierung im Gleisbereich (mit Fokus auf einen Fahrzeugaufprall, benachbarte Entgleisung) zur Positionierung im Bereich von Fahrleitungsanlagen (mit Fokus auf Fahrleitungsdefekte und Erdungsaspekte) zur Positionierung von unterirdische Lagerbehältern und Leitungen (mit Fokus auf entgleiste Bahnfahrzeuge) spezielle Anforderungen für Abgabe-/Betankungseinrichtungen Die mögliche Freisetzungsmenge bei Undicht werden von Betankungsschlauchleitungen für Wasserstoff ist auf ein unbedenkliches Maß zu begrenzen. Dies ist z. B. erfüllt, wenn die Schlauchleitungslänge nicht mehr als fünf Meter beträgt sowie das Innenvolumen 1,5 l nicht überschreitet. Es sind Schlauchrückholung, Unterbrechung der Gaszufuhr bei Schlauchabriss und Abreißkupplung vorzusehen. Eine Fahrzeugbewegung mit angeschlossener Betankungseinrichtung ist technisch zu verhindern (Losfahrsperre). Weitergehende Anforderungen bei der Aufstellung in räumlich umschlossene Bereiche wie z.b. Instandhaltungshallen. Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

29 Basis-Anforderungen an Hersteller und Planer von H2-Tankanlagen Zusatz-Anforderungen auf Grund bahnspezifischer Einflüsse Desweiteren sind bahnspezifisch folgende zusammengefasste wesentliche Schwerpunkte zu beachten: ein Auf- und Anprall von Schienenfahrzeugen auf Tankfahrzeuge (H2-Kessel- / Containerwagen / LKW-Trailer) ist zu verhindern, dies bedeutet eine Park-/Lagerposition im Gleisfeld, aber nicht im Bereich von Durchfahrgleisen sowie einem davon abgehend abgehende Schutzgleis, Anordnung möglichst nur im Stumpfgleis, zusätzlich gesichert z.b. mit einer Gleissperre Wirkungen von Entgleisungen von unterirdischen Leitungen abhalten, bedeutet zudem eine Tieflegung von Rohrleitungen (z.b. mindestens 2m wegen der Bodenbelastung und aufscheeren falls ein Fahrdrahtabriss betrachtet werden muss, ist ein Erdungskonzept zur Tankstelle und ggf. Zusatzeinrichtungen wie eine Überdachung erforderlich es muss eine gesicherte Abstellung von Tankwagen möglich sein (Zaun, Überwachung usw.) stationäre Anlagen können gleichartig wie für den Einsatz auf / an öffentlichen Straße realisiert aber mit einem ausreichenden Abstand (Bewegungsfläche des Personals) entfernt von Gleisbereichen angeordnet werden die Absperr- und Druckentlastungstechnik muss so installiert sein, dass am Abgabepunkt des Lagers, in der Rohrleitung vor der Tankstelle, am Tankschlauch zur Tankstelle (u.a. Abriss durch Fahrzeugbewegung) die Auswirkungen hinsichtlich Wasserstoffabgabe begrenzen und den Stand der Sicherheitstechnik in Anlehnung an Straßentankstellen mindestens beinhalten eine Lagerung in beigestellten Kesselwagen oder Containertragwagen mit Druckbehälterbatterien muss den für Gefahrgut üblichen technischen und sicherheitsspezifischen Belangen entsprechen Unterirdische Behälter und Leitungen sind mit einer allseitigen Erddeckung von mindestens 2 m zu versehen EBA-Zuständigkeit Ausblasventile oder gezielt angeordnete Auslasskamine sind bezüglich des Risikopotentials einer Gasentzündung anzuordnen, z.b. 10 Meter Entfernung von Hochspannungsleitung und 5m über Behälter zzgl. Berücksichtigung eines Gaswolkenumfangs von 3m Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

30 Basis-Anforderungen an Planer von H2-Tankanlagen in Halle Grundsätzlich muss für jede Wasserstofftankstelle eine spezifische Gefährdungsbeurteilung gemäß Betriebssicherheitsverordnung durch den Arbeitgeber durchgeführt werden, um die standortspezifischen Randbedingungen berücksichtigen zu können. Bei Aufstellung in Gebäuden sind die besonderen Anforderungen zum Schutz der Benutzer der Gebäude zu beachten. In Aufstellungsräumen dürfen beispielsweise keine anderweitigen Einrichtungen und betriebsfremde Gegenstände vorhanden sein, durch die eine Gefährdung durch mechanische Einwirkung, Brand oder Explosion für die Wasserstofftankstelle entstehen kann. Spezielle Anforderungen: Not-Abschaltung der Anlage - bei Betätigung des zentralen Not-Halts / Not-Aus müssen die elektrischen Einrichtungen für Förder- und Abgabeeinrichtungen abgeschaltet sowie die Absperrventile der Wasserstofftankstelle geschlossen werden. Am Eintritt jeder Zuführungsleitung in die Halle muss eine zusätzliche automatische gesteuerte Absperreinrichtung vorhanden sein. abhängig von den Ergebnissen der Gefährdungsbeurteilung / Risikoanalyse sind Druckentlastungseinrichtungen / Entspannungsbehälter / Gaswarnanlage vorzusehen Es sind Durchlüftungsmaßnahmen vorzusehen, entweder über eine natürliche oder auch eine technische Lüftung. Die Wirkbereiche für verschiedene Kraftstoffe dürfen sich überschneiden, wobei Wasserstoffabgabeeinrichtungen sich im Bereich von Öffnungen zu tiefer gelegenen Räumen, Gruben oder Schächten befinden können. Rauchen, Feuer und offenes Licht sowie Nutzung von Mobiltelefonen und Brandlasten sind im Wirkbereich unzulässig. Es sind Schutz- (z.b. zwischen Lagerbehältern und benachbarten Anlagen) sowie Sicherheitsabstände (zwischen Anlagentechnik und dauerhafte Aufenthaltsbereichen von Personen) definiert. Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

31 Basis-Anforderungen an Planer von H2-Tankanlagen im Freifeld Grundsätzlich muss für jede Wasserstofftankstelle eine spezifische Gefährdungsbeurteilung gemäß Betriebssicherheitsverordnung durch den Arbeitgeber durchgeführt werden, um die standortspezifischen Randbedingungen berücksichtigen zu können. Im Bereich von Bahnanlagen sind Gefährdungen durch die Fahrleitung mit entsprechend hohen Spannungen (15 kv) und Strömen (40 ka Kurzschlussstrom) vorhanden. Insbesondere die geringe erforderliche Zündenergie für ein Wasserstoff-Luft Gemisch werden durch die Bahnstromanlagen schnell überschritten und müssen wirksam verhindert werden. Der Gefährdungsbereich der Oberleitung und entsprechende Maßnahmen sind in der EN angegeben. Folgende Gefährdungen sind beispielhaft für den Bereich von Oberleitungen: direkter Kontakt / Funken durch die Oberleitung / Stromabnehmer Beschädigung an der Oberleitung oder Stromabnehmer (vorbeifahrend) von der Oberleitung ausgehendes elektrisches Feld mit entsprechender Induktionsbeeinflussungen Potentialgefälle am Erdboden ausgehend vom Schienenpotential Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

32 Betriebliche Planung Gerd Moderzinski, SIGNON Deutschland GmbH

33 Änderung der Fahrzeugkonfiguration Coradia LINT (Diesel-Traktion) - Coradia ilint (H 2 -Traktion) Unterbringung Dieselantrieb Unterbringung Diesel- Kraftstofftanks Abschlusspräsentation Wasserstoff für die Schiene Juli

34 Fahrzeugkonfiguration Parameter / Fahrzeug LINT 54 LINT 41 (EVB) Antrieb Diesel Brennstoffzelle Diesel v max 140 km/h 140 km/h 120 km/h Motorleistung 2 x 390 kw 3 x 390 kw 2 x 200 kw 2 x 315 kw Im Zug verfügbare Leistung für Antrieb und Hilfsbetriebe 780 kw 2 x 390kW 850 kw 2 x 200 kw Brennstoffzelle + 2 x 225 kw Batterie 630 kw 2 x 315 kw Kapazität Fahrgäste Tankvolumen 2 x 800 l 178 kg 2 x 800 l Reichweite ca km ca. 600 km* ca km Abschlusspräsentation Wasserstoff für die Schiene Juli

35 Planung und Konzeption der Tankstelle Grundsätzlich wird unterschieden in: Zapfsäule direkt am Gleis und ggf. als eine Einheit mit dem Kompressor kombiniert Kraftstofflager / Gasfüllanlage mit entsprechender Umfülleinrichtung und Rohrverbindungen Für die Betankungsanlagen sind folgende Flächen vorzuhalten: Kompressoren: 125 m², Stationärer Hochdruckspeicher : 200 m² und Dispenser 2 Stück: 5 m². Abschlusspräsentation Wasserstoff für die Schiene Juli

36 Betankung der Fahrzeuge Füllkupplung Abreißsicherung Schlauchset Abschlusspräsentation Wasserstoff für die Schiene Juli

37 Betankung der Fahrzeuge Integration der Fahrzeuge in den gelebten Betriebsablauf und Festlegung neuer Abläufe Geschlossene Betankung Befüllgeschwindigkeit der Tankstelle: 25 g/s bis 120g/s Anzahl der Tanks am Fahrzeug: 2 Stück, je Wagenkasten ein Behältersystem Füllstutzen am Fahrzeug: 2 Stück / Wagenkasten (Tankbehältersystem) Tankgeschwindigkeit fahrzeugseitig: bis 7,2 kg/min Erhöhung der Sicherheit Bei Abriss der Füllkupplung, z.b. durch versehentliches Wegfahren des Fahrzeuges mit angeschlossener Füllkupplung, trennt die Abreißsicherung kontrolliert die Verbindung zwischen Zapfsäule und Füllschlauch. Sie dichtet beide Seiten ab. Das Öffnen eines Tankdeckels kann in die Sicherheitsschleife des Fahrzeuges integriert werden (Wegfahrsperre ist aktiviert). Bei Auslösen des Tankvorganges wird automatisch eine Gleissperre aktiviert. Abschlusspräsentation Wasserstoff für die Schiene Juli

38 Wasserstoffquellen und Einsatzmöglichkeiten im Schienennetz 38

39 Referenzstrecken Überblick Abschlusspräsentation Wasserstoffinfrastruktur für die Schiene Juli

40 Anforderungen an die betriebliche Planung Land Niedersachsen Energie Einsparung 28,7 % = 750kW / Runde Abschlusspräsentation Wasserstoff für die Schiene Juli

41 Anforderungen an die betriebliche Planung Land Niedersachsen Abschlusspräsentation Wasserstoff für die Schiene Juli

42 Anforderungen an die betriebliche Planung Nordrhein - Westfalen Abschlusspräsentation Wasserstoff für die Schiene Juli

43 Anforderungen an die betriebliche Planung Hessen Gegenüber der Taunus Bahn sind auf der Strecke der Königsteiner Bahn Steigungen von bis zu 25 ppm zu überwinden. So kommen die Vorteile des kombinierten Brennstoffzellen / Batterie Antriebs wieder zum Tragen. Abschlusspräsentation Wasserstoff für die Schiene Juli

44 Anforderungen an die betriebliche Planung Baden - Württemberg Nr. Referenzstrecke Vergleichsdaten Streckenlänge pro Runde Anzahl der Stationen Verbrauchswerte Energieeinsparung Diesel Wasserstoff D / H2 [km] [-] [l/km] [kg/km] [%] 7 Offenburg Hausach Offenburg 66,4 18 1,44 0,3 28,6 Abschlusspräsentation Wasserstoff für die Schiene Juli

45 Anforderungen an die betriebliche Planung Zusammenfassung der Verbrauchssimulationen und erste Ergebnisse aus der Antriebs Testzelle der Fa. Alstom Nr. Referenzstrecke Vergleichsdaten Streckenlän ge pro Runde Anzahl der Stationen Verbrauchswerte Energieeinsparung Dies Wassersto el ff D / H2 [km] [-] [l/km] [kg/km] [%] Durchschnitt, gesamt 116,44 25,1 1,36 0,28 27,8 Prüfstand Ergebnisse Verbräuche liegen ca % unter den berechneten Werten 0,25 38,7 Die Umwandlung des Wasserstoffes in Bewegungsenergie ist emissionsfrei und effizienter als konventionelle Dieselantriebe. Diese Antriebsenergie ergänzt somit wesentlich umweltfreundlicher den elektrischen Bahnbetrieb. Trend: Der immer größer werdende Bedarf an Brennstoffzellen in der Fahrzeugtechnik wird zu einer Weiterentwicklung dieser Antriebsart führen, welche sich unmittelbar auf die Steigerung des Wirkungsgrades auswirken wird. So wird sich der Verbrauch an Wasserstoff prognostisch um weitere 10% bis 15% senken. Abschlusspräsentation Wasserstoff für die Schiene Juli

46 Fazit Emissionsfreier Fahrgastbetrieb. Sicherer Fahrgastbetrieb unabhängig von der Traktionsart. Fahrten im Mischbetrieb (H 2 Diesel) ohne Einschränkung möglich. Die Vorteile des kombinierten Brennstoffzellen / Batterie Antriebs liegen besonders auf Strecken mit häufigen Haltepunkten und Strecken mit wechselnden Höhenprofilen. Instandhaltungsaufwand verringert sich um 10% gegenüber konventioneller Diesel Traktion. Geringeren Tankvolumens erfordert Anpassung des Bereitstellungszyklus für die Fahrzeuge (tägliches Betanken). Abschlusspräsentation Wasserstoff für die Schiene Juli

47 Rechtliche Rahmenbedingungen Dr. Christian Jung & Dr. Martin Altrock & Dr. Roman Ringwald Becker Büttner Held

48 Was haben wir untersucht? Rechtliche Anforderungen für Errichtung und Betrieb Wasserstoff-Erzeugungseinrichtungen, Tankstellen und Rohrleitungen Gefährdungsbeurteilungen und Arbeitsschutzmaßnahmen/ -anforderungen Energierechtliche Aspekte: Belastung Erzeugung und Einsatz von Wasserstoff im Schienenverkehr mit EEG-Umlage, Netzentgelten, Stromsteuer und Energiesteuer Vergaberechtliche Rahmenbedingungen für Nutzung von Wasserstoff im Schienenverkehr Haftungsfragen im Zusammenhang mit Wasserstoff-Bereitstellung Mögliche Beschaffungs- und Realisierungsmodelle Hürden für einen wirtschaftlichen Betrieb und Lösungsvorschläge Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

49 Zulassungs- und Genehmigungserfordernisse Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

50 Energiewirtschaftliche Aspekte Stromnebenkosten bei Wasserstofferzeugung (1) Ausgangspunkt: Die Belastungen mit Netzentgelten, EEG-Umlage, Stromsteuer und Energiesteuer spielen eine erhebliche Rolle bei der Wirtschaftlichkeit des Einsatzes von Wasserstoff im Schienenverkehr 1. Strombezug eines Elektrolyseurs zur Wasserstofferzeugung Netznutzungsentgelte Netzentgelte sind bei einer Belieferung über das Energieversorgungsnetz grds. zu zahlen Eine zeitlich befristete Netzentgeltbefreiung ist nach 118 Abs. 6 Sätze 1 und 7 EnWG möglich; es ist aber umstritten, ob sie auch bei Nutzung des Wasserstoffs als Kraftstoff eingreift. Klarstellung / Gesetzesänderung wäre für Wasserstoff im Schienenverkehr sinnvoll Netznutzungsentgelte im weiteren Sinne Fallen bei einer Belieferung über das Energieversorgungsnetz grds. an Umstritten, ob sie nach Ausnahmeregelung in 118 Abs. 6 Sätze 1 und 7 EnWG entfallen Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

51 Energiewirtschaftliche Aspekte Stromnebenkosten bei Wasserstofferzeugung (2) EEG-Umlage EEG-Umlage fällt bei Strombezug des Elektrolyseurs grds. an, Speicherprivileg greift nicht Begrenzung durch besondere Ausgleichsregelung für Schienenbahnen nach 63, 65 EEG 2014 ist nicht völlig sicher: Erfolgt die Nutzung des Elektrolyse-Stroms unmittelbar für den Fahrbetrieb? Bislang ggf. fraglich, Klarstellung / Gesetzesänderung dringend empfehlenswert, um Gleichstellung mit Elektro-Zügen zu sichern Reduzierung über besondere Ausgleichsregelung für stromkostenintensive Unternehmen oder über Eigenversorgungsprivileg möglich; ist aber aus Sicht der Nutzung von Wasserstoff für die Schiene zufällig und kann nicht in allen Fällen erreicht werden Stromsteuer Erlass/Erstattung nach 9a Abs. 1 Nr. 1 StromStG bei Unternehmen des Produzierenden Gewerbes möglich. Aber grundsätzlich kein Erlass bei Schienenbahnunternehmen Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

52 Energiewirtschaftliche Aspekte Stromnebenkosten bei Wasserstoffeinsatz 2. Stromsteuer und Energiesteuer bei Einsatz von Wasserstoff in Schienenfahrzeugen Stromsteuer Stromsteuer kann bei Entnahme des Stroms aus der Brennstoffzelle grds. entstehen Aber eine Steuerbefreiung wird nach 9 Abs. 1 Nr. 3 a) StromStG in aller Regel für Entnahme aus dezentralen Kleinanlagen (2 MW) geltend gemacht werden können; außerdem ggf. auch für Entnahme im ÖPNV-Fahrbetrieb von Schienenfahrzeugen Energiesteuer Verwendung von Wasserstoff in der Brennstoffzelle ist kein Energieerzeugnis, daher fällt u.e. keine Energiesteuer an Hilfsweise geht man doch vom Anfallen einer Energiesteuer an könnte ein Schienenbahnbetreiber eine Entlastung in voller Höhe geltend machen ( 47 Abs. 1 Nr. 3 i.v.m. 25 Abs. 1 S. 1 EnergieStG) Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

53 Hürden für den wirtschaftlichen Betrieb von Brennstoffzellen-Fahrzeugen In Teil Rechtliche Rahmenbedingungen identifizierte Hürden: Aufgabenverteilung für Wasserstofferzeugung, Wasserstofftransport, Betankung und Einsatz in Schienenfahrzeugen: Schienenbahnen werden von Eisenbahnverkehrsunternehmen betrieben. Für Wasserstofferzeugung, -transport und -angebot kommen aber diverse Akteure in Betracht. Modelle zu einer integrierten Betrachtung müssen noch entwickelt werden. Zugang zu Flächen in der Bahn-Infrastruktur: Zugangsmöglichkeiten zu den erforderlichen Flächen können problematisch sein Stromnebenkosten bei der Wasserstoff-Erzeugung: Netzentgelte, EEG-Umlage und Stromsteuer fallen grds. an. Im Einzelfall können Entlastungen oder Befreiungen gelten. Aus Sicht des Einsatzes von Wasserstoff für Schienenfahrzeuge sind diese aber zufällig. Umfangreiche Genehmigungsverfahren: Genehmigungsverfahren lassen sich im geltenden Recht abbilden. Für Praxis ist aber wichtig, dass umfangreiche Verfahren gestrafft durchgeführt werden. Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

54 Ansatzpunkte für eine (regulatorische) Weiterentwicklung Vorschläge zur Weiterentwicklung des regulatorischen Rahmens: Eine Integrierte Betrachtung vom Aufbau der Wasserstoff-Infrastruktur, Nutzung von Wasserstoff- Schienenfahrzeugen und Gewinnung von Wasserstoff ist erforderlich Gleichstellung mit Elektro-Zügen bei Stromnebenkosten: Die Gewinnung von Wasserstoff in Elektrolyseuren für Schienenbahnen muss mindestens ebenso privilegiert behandelt werden wie Strom beim Einsatz in Schienenbahnen. Insbesondere muss die Anwendung der besonderen Ausgleichsregelung für Schienenbahnen auf Einsatz von Strom zur Wasserstoffgewinnung für Schienenbahnen klargestellt werden. Erleichterungen innerhalb der Genehmigungsverfahren: Genehmigungsverfahren müssen nicht zwingend neu geregelt werden. Für Wasserstoffnutzung ist aber gestraffte Durchführung der potenziell langwierigen Planfeststellungsverfahren nötig. Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

55 Vergaberechtliche Rahmenbedingungen (1) Ausgangspunkt: Beschaffung von Wasserstoff und Wasserstoffzügen sowie Betrieb und Errichtung der Ladeinfrastruktur sind öffentliche Aufträge isv 99 Abs. 2-4 GWB Ist es vergaberechtlich zulässig, speziell die Beschaffung von Wasserstoffzügen auszuschreiben? Mögliche Ausgestaltungen einer Ausschreibung: 1. Bei der Ausschreibung von Schienenfahrzeugen wird ein Wasserstoffbetrieb der Fahrzeuge vorgegeben 2. Die gewünschte Funktion der emissionsfreie Betrieb wird vorgegeben Rechtliche Bewertung: Der Auftraggeber darf einen Wasserstoffantrieb der Züge vorgeben. Die Beschränkung auf den Wasserstoffbetrieb muss sachlich begründet sein und dokumentiert werden. Wichtig dürfte hier sein, dass der Einsatz anderer Technologien (z.b. Batterien) nicht gleich sicher möglich ist und zudem durch weitere Infrastruktur Mehrkosten entstehen. Alternativ ist auch die funktionale Leistungsbeschreibung emissionsfreier Betrieb möglich Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

56 Vergaberechtliche Rahmenbedingungen (2) Grundsatz: Losweise Vergabe (mittelstandsfreundlich) Los 1: Lieferung und Wartung der Züge Los 2: Wasserstoff und Ladeinfrastruktur Frage: Können beide Lose zusammengefasst werden? Problem: Es kann wohl nur ein Unternehmen die Züge liefern. Einschränkung des Wettbewerbsgrundsatzes. Aktuell aber wohl möglich, da erfolgreiche Realisierung des Gesamtprojekts bei den ersten Beschaffungsvorgängen am Markt für die Auftraggeber mangels Erfahrungswerten sonst in Frage steht Direktvergabe ohne Ausschreibung nur bzgl. der Züge denkbar, wenn allein ein Anbieter diese liefern kann Die Beschaffung von Wasserstoff und Ladeinfrastruktur nur im Rahmen einer Ausschreibung zu vergeben Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

57 Betreiberkonzepte und Wirtschaftlichkeitsanalyse Dr. Ralf Seidenspinner Ernst & Young GmbH

58 Betreibermodelle Status Quo und Herausforderungen Bislang: Drei Leistungsbausteine Erbringung Verkehrsleistung Bereitstellung der Fahrzeuge/Züge Wartung und Instandhaltung der Fahrzeuge/Züge Neu: Leistungsbaustein H2-Infrastruktur H2-Versorgung Bereitstellung H2-Infrastruktur Zwei Grundsätzliche Beschaffungsoptionen Separate Vergabe der H2-Versorgung Integrierte Vergabe der H2-Versorgung Herausforderungen Betreten von (vergabetechnischem) Neuland Bislang keine Erfahrungswerte hinsichtlich Machbarkeit und Effektivität/Wirtschaftlichkeit Sinnvolle und machbare Leistungsbündelung Marktgängigkeit SPNV-Aufgabenträger Bereitstellung Züge Wartung u. Instandhaltung Züge Bereitstellung H2- Infrastruktur Erbringung Verkehrsleistung Vorhandene Schieneninfrastruktur Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

59 Separate Beschaffung der H2-Versorgung Standardform und unterstützende Instrumente Standardform der Vergabe von SPNV-Verkehrsleistungen Bereitstellung der Fahrzeuge durch das mit der Verkehrsleistung auf der Strecke beauftragte EVU Beschaffung Finanzierung Wartung und Instandhaltung der Züge Instrumente zur Risikominimierung, u. a. Wiederzulassungsgarantie Wiedereinsatzgarantie (Fahrzeuge) Kapitaldienstgarantie Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

60 Separate Beschaffung der H2-Versorgung Alternative Realisierungsmodelle Aufgabenträger-Fahrzeugpool Beschaffung und Finanzierung der Fahrzeuge durch AT sowie von der Vergabe der Verkehrsleistung unabhängige Vorhaltung in einem Fahrzeugpool EVU erhält Fahrzeuge während der Laufzeit des Verkehrsvertrags beigestellt RRX-Modell Grundsatz des AT-Fahrzeugpools mit Stärkung der Rolle des Fahrzeugherstellers (Herstellung, Wartung, Instandhaltung und Reinigung der Züge) VRR-Modell Zwischenschritt zwischen konventioneller Beschaffung und AT-Fahrzeugpool EVU legt gewünschte Fahrzeuge fest, bestellt diese beim Hersteller und veräußert sie weiter an den Aufgabenträger, der finanziert (Zurück)verpachtung der Fahrzeuge an EVU Fahrzeug-Dienstleistungsmodell Beschaffung, Finanzierung und Betrieb über Projektgesellschaft (SPV) Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

61 Separate Beschaffung der H2-Versorgung Beschaffung H2-Versorgung Mögliches Betreibermodell Vergeben wird die streckenbezogene Versorgung mit Wasserstoff (gesamte H2-Infrastruktur, H2- Bereitstellung sowie Logistikkette zur Belieferung der Tankstelle) Grundmodell Refinanzierung über Verkauf des Wasserstoffs über die Tankstellen an die EVU Mögliche Instrumente: Abnahmegarantien (durch Aufgabenträger) und/oder Preisgarantien Abnahmeverpflichtung des EVU Jeweils zeitlich begrenzt Optionales Modell Verfügbarkeitsentgelt (Basierend auf Verfügbarkeit der H2-Tankstelle) H2 kann frei am Markt angeboten werden Konzessions- vertrag H2-Versorger bzw. SPV Aufgabenträger / Zweckverband H 2 -Lieferung H 2 -Kaufpreis Abnahmeverpflichtung EVU Verkehrs- vertrag Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

62 Integrierte Beschaffung der H2-Versorgung LNVG-H2-Modell Grundmodell: Aufgabenträger-Fahrzeugpool ähnlich RRX- Variante Hersteller ist zuständig für: Herstellung und Lieferung der Züge Wartung und Instandhaltung der Züge H2-Versorgung inklusive der zugehörigen Infrastruktur Hersteller wird sich eines Partners zur H2-Versorgung bedienen Funktion als Integrator Fahrzeug-Hersteller Kaufvertrag Fahrzeuge Aufgabenträger / Zweckverband Mietvertrag Fahrzeuge Fahrzeug-Dienstleister Verkehrsvertrag Servicevertrag Wartung + Energie (H 2 ) H2-Dienstleistungsmodell Basierend auf Fahrzeug-Dienstleistungsmodell Erweiterung der Projektgesellschaft (SPV) um einen H2- Versorger EVU Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

63 Wirtschaftlichkeitsabschätzung AP 4.1 Methodisches Vorgehen Zielstellung: Wirtschaftlichkeitsabschätzung der Infrastrukturbereitstellungskosten für die Wasserstoff- und Diesel-Infrastruktur für die Schiene (pro Fahrzeug in MEUR/Jahr) einschließlich Sensitivitäts- und Szenarioanalysen. Die Investitionskosten werden separat betrachtet. Infrastruktur Eingangsparameter (Base Case/Grundszenario) Statische Berechnung 1. Investitionskosten pro Zug 2.1 Betriebskosten 2.2 Treibstoffkosten 2.3 Gebühren für Nutzung Infrastruktur Infrastrukturbereitstellungskosten 2.4 Korrekturfaktor Reifegrad Technologie 2.5 Subventionen Diesel Bereinigte Infrastruktur.-kosten Diesel- Infrastruktur Einmalige Investitionskosten [MEUR] Laufleistung [km/jahr] Instandhaltung [EUR/km] Treibstoffverbrauch [l Diesel /km] Betankung frei Zapfpistole [EUR/l Diesel ] Trassenpreise [EUR/km] Stationspreise [EUR/Station] Pos pro Fahrzeug [MEUR/Jahr] - Subvention [EUR/l Diesel ] Pos pro Fahrzeug [MEUR/Jahr] (abweichend) (abweichend) + + (abweichend) (identisch) = x (abweichend) + (abweichend) = Wasserstoff- Infrastruktur Einmalige Investitionskosten [MEUR] Laufleistung [km/jahr] Instandhaltung [EUR/km] Treibstoffverbrauch [kg H2 /km] Betankung frei Zapfpistole inkl. Marge [EUR/kg H2 ] Trassenpreise [EUR/km] Stationspreise [EUR/Station] Pos pro Fahrzeug [MEUR/Jahr] Faktor - Pos pro Fahrzeug [MEUR/Jahr] Basis: Marktrecherche Einschätzung der Beratergruppe Basis: Herstellerangaben Einschätzung der Beratergruppe Basis: Ergebnisse Abschlussbericht Basis: Angaben Verkehrsbetriebe Basis: Einschätzung der Beratergruppe Basis: Diesel-Subvention 2016 Abschlusspräsentation Wasserstoffinfrastruktur für die Schiene Juli

64 Wirtschaftlichkeitsabschätzung AP 4.1 Ergebnisse: Base Case Die Infrastrukturbereitstellungskosten weisen für die Wasserstoff- Infrastruktur einen Wirtschaftlichkeitsvorteil von ca. 5 % bzw. ca. EUR netto p.a. pro Zug auf (einmalige Investitionskosten für die Züge nicht inbegriffen). Geht man mittelfristig von Kostenreduktionseffekten von 15 % für die Wasserstoff-Infrastruktur aus und werden zusätzlich die aktuellen Subventionen für den Diesel-Kraftstoff berücksichtigt, erhöht sich der Wirtschaftlichkeitsvorteil zugunsten der Wasserstoff-Infrastruktur auf ca. 23 %. Die positive Differenz für die Wasserstoff-Infrastruktur beträgt demnach ca. MEUR 0,23 netto p.a. Damit stellt sich die Wasserstoff-Infrastruktur im Grundszenario unter ökonomischen Gesichtspunkten zu einer interessanten und wettbewerbsfähigen Alternative gegenüber der Diesel-Infrastruktur dar 1. Investitionskosten - einmalig Einheit Wasserstoff- Infrastruktur Brennstoffzellenantrieb Diesel- Infrastruktur Dieselantrieb Angenommene Investitionskosten pro Zug MEUR 5,3 4,3 2.1 Betriebskosten laufend Jahreslaufleistung km/jahr Instandhaltung (ohne Nebenkosten) EUR/km 0,72 0, Treibstoffkosten - laufend Treibstoffverbrauch Betankung frei Zapfpistole inkl. Marge auf H 2 -Treibstoffkosten (i.h.v. 12 %) 2.3 Gebühren - laufend kg H2 /km bzw. l Diesel /km EUR/kg H2 bzw. EUR/l Diesel 0,23 1,20 5,05 1,10 Trassenpreise EUR/km 2,25 2,25 Preise je Stationshalt EUR/Station 2,47 2,47 Infrastrukturbereitstellungskosten (Pos ) 2.4 Korrekturfaktor für Reifegrad der Technologie MEUR/Jahr 0,92 0,96 Faktor 0, Subventionen EUR/l Diesel - 0,18 Bereinigte Infrastrukturbereitstellungskosten (Pos ) MEUR/Jahr 0,78 1,0 Abschlusspräsentation Wasserstoffinfrastruktur für die Schiene Juli

65 Wirtschaftlichkeitsabschätzung AP 4.1 Ergebnisse: Sensitivitätsanalyse Die Sensitivitätsanalyse bestätigt den im Base Case ermittelten Wirtschaftlichkeitsvorteil der Wasserstoff- Infrastruktur gegenüber der Diesel-Infrastruktur für die Infrastrukturbereitstellungskosten Die bereinigten Infrastrukturbereitstellungskosten für die Wasserstoff-Infrastruktur sind in jedem Betrachtungsfall wirtschaftlicher Bei den nicht bereinigten Infrastrukturbereitstellungskosten ist die Wasserstoff- Infrastruktur mit Ausnahme der Erhöhung der Preise für die Betankung frei Zapfpistole stets die wirtschaftlichere Alternative Durch die Reduzierung der H 2 -Treibstoffverbräuche sind Kostenminderungseffekte möglich, die positive Auswirkungen auf die Gesamtwirtschaftlichkeit haben Die Sensitivierung der durchschnittlichen Jahreslaufleistung der Züge sowie der Instandhaltungskosten bestätigen die Ergebnisse für den Base Case ebenfalls im Grundsatz Die einmaligen Investitionskosten der Züge machen grundsätzlich einen großen Anteil für die Gesamtwirtschaftlichkeit aus, gehen aber im Rahmen der Wirtschaftlichkeitsabschätzung nicht in die Infrastrukturbereitstellungskosten ein, sondern werden separat betrachtet Sensitivierung Infrastrukturbereitstellungskosten Durchschnittliche Laufleistung Züge Infrastrukturbereitstellungskosten [MEUR/Jahr] Wasserstoff- Infrastruktur Diesel- Infrastruktur Bereinigte Infrastrukturbereitstellungskosten [MEUR/Jahr] Wasserstoff- Infrastruktur Diesel- Infrastruktur Reduzierung um 25 % auf km 0,71 0,75 0,60 0,78 Instandhaltung Erhöhung um 35 % für Diesel-Züge auf EUR 1,08 netto pro km Treibstoffverbrauch 0,97 1,0 0,82 1,1 Reduzierung um 10 % für Wasserstoff 0,89 0,96 0,76 1,0 Betankung frei Zapfpistole H 2 Pfad 2: EUR 6,50 netto/kg H2 1,0 0,96 0,87 1,0 H 2 Pfad 5: EUR 5,70 netto/kg H2 0,98 0,96 0,83 1,0 Treibstoffkosten Diesel Erhöhung um 20 % auf EUR 1,32 netto pro l 0,92 1,0 0,78 1,1 Abschlusspräsentation Wasserstoffinfrastruktur für die Schiene Juli

66 Wirtschaftlichkeitsabschätzung AP 4.1 Ergebnisse: H 2 -Szenarioanalyse Die H 2 -Szenarioanalyse ergibt im Worst Case für die nicht bereinigten und bereinigten Infrastrukturbereitstellungskosten jeweils einen Wirtschaftlichkeitsnachteil von ca. 35 % bzw. ca. 17 % gegenüber dem Base Case der Diesel-Infrastruktur Im Best Case besteht im Hinblick auf die nicht bereinigten und bereinigten Infrastrukturbereitstellungskosten jeweils ein Wirtschaftlichkeitsvorteil von ca. 12 % bzw. ca. 32 % gegenüber dem Base Case der Diesel-Infrastruktur Einheit Diesel- Infrastruktur Wasserstoff- Infrastruktur Wasserstoff- Infrastruktur Base Case Best Case Worst Case 1. Investitionskosten (einmalige Kosten) Dieselantrieb Brennstoffzellenantrieb Brennstoffzellenantrieb Angenommene Invest.-kosten pro Zug MEUR 4,30 5,16 5, Betriebskosten (laufende Kosten) Jahreslaufleistung pro Zug km/jahr Instandhaltung pro Zug EUR/km 0,80 0,64 0, Treibstoffkosten (laufende Kosten) Treibstoffverbrauch Betankung frei Zapfpistole inkl. Marge auf H 2 -Treibstoffkosten (i.h.v. 12 %) 2.3 Gebühren (laufende Kosten) kg H2 /km bzw. l Diesel /km EUR/kg H2 bzw. EUR/l Diesel 1,20 0,20 0,30 1,10 4,54 10,19 Trassenpreise pro Zug EUR/km 2,25 2,25 2,25 Stationspreise pro Zug EUR/Station 2,47 2,47 2,47 Infrastrukturbereitstellungskosten (laufende Kosten) 2.4 Korrekturfaktor für Reifegrad der Technologie MEUR/Jahr 0,96 0,85 1,30 Faktor - 0,80 0, Subventionen EUR/l Diesel 0, Bereinigte Infrastrukturbereitstellungskosten (laufende Kosten) MEUR/Jahr 1,0 0,68 1,17 Abschlusspräsentation Wasserstoffinfrastruktur für die Schiene Juli

67 Wirtschaftlichkeitsabschätzung AP 4.1 Fazit: Wesentliche Ergebnisse Base Case: Die nicht bereinigten Infrastrukturbereitstellungskosten weisen für die Wasserstoff-Infrastruktur einen Wirtschaftlichkeitsvorteil von ca. 5 % bzw. ca. EUR netto p.a. auf. Bei den bereinigten Infrastrukturbereitstellungskosten erhöht sich der Wirtschaftlichkeitsvorteil zugunsten der Wasserstoff- Infrastruktur auf ca. 23 % bzw. ca. MEUR 0,23 netto p.a. Szenarioanalyse: Die Wasserstoff-Infrastruktur stellt im Base Case und im Best Case hinsichtlich der nicht bereinigten und bereinigten Infrastrukturbereitstellungskosten eine ökonomisch sinnvolle Alternative zur Diesel-Infrastruktur dar. Hier können jeweils Wirtschaftlichkeitsvorteile erzielt werden. Lediglich im Worst Case der Wasserstoff-Infrastruktur für die nicht bereinigten und bereinigten Infrastrukturbereitstellungskosten lassen sich Wirtschaftlichkeitsnachteile erwarten Angenommene Investitionskosten pro Zug in MEUR Infrastrukturbereitstellungskosten in MEUR/Jahr Verhältnis H 2 zu Diesel- Infrastruktur in Prozent Differenz H 2 zu Diesel- Infrastruktur in MEUR/Jahr Differenz H 2 zu Diesel- Infrastruktur in Prozent Bereinigte Infrastrukturbereitstellungskosten in MEUR/Jahr Wasserstoff- Infrastruktur Diesel- Infrastruktur Szenarioanalyse zur Wasserstoff-Infrastruktur Base Case Base Case Best Case Worst Case 5,3 4,3 5,16 5,59 0,92 0,96 0,85 1,30 95,1-88,1 135,6 (0,05) - 0,11 0,34 (4,8) - (11,8) 35,4 0,78 1,0 0,68 1,17 Sensitivitätsanalyse (nicht in nebenstehender Tabelle dargestellt): Die bereinigten Infrastrukturbereitstellungskosten für die Wasserstoff- Infrastruktur sind in jedem Betrachtungsfall wirtschaftlicher. Bei den nicht bereinigten Infrastrukturbereitstellungskosten ist die Wasserstoff-Infrastruktur mit Ausnahme der Erhöhung der Preise für die Betankung frei Zapfpistole stets die wirtschaftlichere Alternative Verhältnis H 2 zu Diesel- Infrastruktur in Prozent Differenz H 2 zu Diesel- Infrastruktur in MEUR/Jahr Differenz H 2 zu Diesel- Infrastruktur in Prozent 77,4-67,6 116,6 (0,23) - (0,33) 0,17 (22,6) - (32,4) 16,6 Abschlusspräsentation Wasserstoffinfrastruktur für die Schiene Juli

68 Öffentlichkeitsbeteiligung Christian Klasen, IFOK GmbH

69 Warum benötigen wir Öffentlichkeitsbeteiligung? 1. Weil Legalität nicht mehr zwingend mit Legitimität gleichgesetzt wird. Früher: Top-Down Steuerung Heute: New Governance Industriegesellschaft Herrschaftswissen Fortschritts- & Machbarkeitseuphorie Obrigkeitsdenken & hohe Grundakzeptanz in der Fläche Überschaubarkeit politischer Prozesse Der Politiker als Volksvertreter Eingeschränkte mediale Begleitung Analoge Mobilisierungsinstrumente Informationsgesellschaft Dezentrale Wissensressourcen Planungsernüchterung Bildungsexpansion, neue Teilhabebedürfnisse und Beteiligungskultur Viele Akteure, Interessen & Interdependenzen Entfremdung & Vertrauensschwund Mediendemokratie Web Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

70 Warum benötigen wir Öffentlichkeitsbeteiligung? 1. Weil Legalität nicht mehr zwingend mit Legitimität gleichgesetzt wird. 2. Weil um Akzeptanz frühzeitig geworben werden muss. Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

71 Warum benötigen wir Öffentlichkeitsbeteiligung? 1. Weil Legalität nicht mehr zwingend mit Legitimität gleichgesetzt wird. 2. Weil um Akzeptanz frühzeitig geworben werden muss. 3. Weil Projekte insgesamt mit geringeren Kosten umgesetzt werden können. Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

72 Was ist bei der Öffentlichkeitsbeteiligung zu H2-Schiene beachten? KONZEPTION Klare Rahmenbedingungen Einbezug aller Beteiligten Sachliche Auseinandersetzung/ Faktenklärung Verzahnung von formell und informell & Anschlussfähigkeit Gute Öffentlichkeitsbeteiligung Qualifizierte Fachpartner Professionelle und neutrale Moderation Transparente Information und verständliche Sprache Konsens & Meinungsbildung durch Dialog UMSETZUNG Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

73 Betrachtete Bereiche Was ist bei der Öffentlichkeitsbeteiligung zu H2-Schiene beachten? 1. Themen-Analyse Betrachtete Themen Sicherheit Umweltverträglichkeit/ Nachhaltigkeit Zuverlässigkeit Wirtschaftlichkeit Erzeugung (+)* / (+++)** (++++) (+) (+++) Transport (+++) (+++) (+) (+) Speicherung (+++) (++) (+) (+) Betankung (+++) (++) (+) (+) Nutzung (++++) (+++) (++++) (++++) Hohe Relevanz = (++++) (+++) (++) (+) = geringe Relevanz * zentrale Erzeugung / ** dezentrale Vor-Ort Erzeugung Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

74 Was ist bei der Öffentlichkeitsbeteiligung zu H2-Schiene beachten? 1. Themen-Analyse 2. Sensitivitäts-Analyse Übergeordnete Einflüsse Finanzierung / Förderung Klima-, Umwelt und Gesundheitsschutz Innovationen Schienenverkehr / Modal Split Regionale Einflüsse Erdöl- und Erdgas- Förderung Kavernen-Nutzung Chemie-Industrie / ChemCoast BVWP / Y-Trasse Bahnlärm Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

75 Was ist bei der Öffentlichkeitsbeteiligung zu H2-Schiene beachten? 1. Themen-Analyse 2. Sensitivitäts-Analyse 3. Stakeholder-Analyse Wissenschaft Universitäten und Fachhochschulen Forschungsinstitute Medien (Leit-)Medien Regionale Medien Fachmedien Wirtschaft und Verbände Alstom, evb H2-Erzeugung und H2-Vertrieb Deutsche Bahn VDV, Allianz pro Schiene Politik und Verwaltung Ministerien und Parteien auf Bundes- und Länderebene MdB & MdL Landräte und Bürgermeister Gesellschaft Bürger/innen o Fahrgäste o Anwohner/innen o Interessierte Öffentlichkeit Umwelt-, Verbraucher-, Fahrgastverbände (Regionale) Bürgerinitiativen Kirchen Bahnbegeisterte ( Trainiacs ) Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

76 Was ist bei der Öffentlichkeitsbeteiligung zu H2-Schiene beachten? 1. Themen-Analyse 2. Sensitivitäts-Analyse 3. Stakeholder-Analyse Ableitungen 1. Pilotprojekt in Niedersachsen ist wegweisend für die Technologieeinführung insgesamt. 2. Kommunikation und Öffentlichkeitsbeteiligung statt Akzeptanz-Management. 3. Klarer Rahmen der Beteiligung: Information und Konsultation (Dialog), aber nur geringe Mitgestaltung. 4. Politische Akteure und Fachakteure durch frühzeitige Einbindung als Fürsprecher gewinnen; Bürger/innen zu Laien-Experten entwickeln; Medien als Multiplikatoren nutzen. 5. Trennung von (i) Tank-to-Wheel und (ii) Well-to-Tank (i) Tank-to-Wheel: Vorteile des innovativen Antriebs; keine lokalen Emissionen (ii) Well-to-Tank: Transparenz über perspektivischen Beitrag zum Klimaschutz. 6. In der Pilotphase: zur Vermeidung eines negativen Bildes hinsichtlich der Zuverlässigkeit keine Kennzeichnung von Brennstoffzellenzüge im Fahrplan. 7. Öffentlichkeitsbeteiligung muss flexibel anpassbar sein; dazu laufendes Monitoring. 8. Möglichst neutraler Absender; Vorteil auch für Übertragbarkeit der Erfahrungen auf Folgeprojekte. Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

77 Kommunikation und Öffentlichkeitsbeteiligung für die Einführung der Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie im Schienenverkehr beim Pilotprojekt in Niedersachsen Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

78 Podiumsgespräch: Fallstudie Niedersachsen Dr. Ulrich Bünger, Gerd Moderzinski, Christian Klasen, Nadja Gläser

79 Übersicht: Fallstudie Niedersachsen Ausgangslage LNVG / Land Niedersachsen als Vorreiter und Partner von Alstom als Hersteller Strecke: Cuxhaven Buxtehude, Bahnhof Bremervörde mit Depot und Werkstatt auf halber Strecke Inbetriebnahme von 2 Prototypen von Brennstoffzellen- Triebwagen in 2017 Konzept betrachtet den Einsatz einer Flotte von 10 Fahrzeugen ab 2020 Studieninhalte Experteninterviews (u.a. LNVG, Ministerium, evb, Alstom) Überführung der Analyseergebnisse aus AP 1-7 in das Konzept Feedback für das Konzept durch Experten (s.o.) 79

80 Die Strecke Streckenlänge: 240 km pro Runde Streckenprofil ; eben, sehr geringe Steigungen und Gefälle Bahnstationen: 22 Abschlusspräsentation Wasserstoffinfrastruktur für die Schiene Juli

81 Die Akteure Aufgabenträger: Landesnahverkehrsgesellschaft Niedersachsen (LNVG) / Freie Hansestadt Bremen Land Niedersachsen mit 100%iger Beteiligung an LNVG EVU: Eisenbahnen- und Verkehrsbetriebe Elbe-Weser GmbH (evb) EIU: Eisenbahnen- und Verkehrsbetriebe Elbe-Weser GmbH (evb) Anbieter Infrastruktur: Neuer Leistungsbestandteil, der ausgeschrieben werden muss Fahrzeuglieferant: Ausschreibung für neue Beschaffung in 2020; Alstom im Gespräch Wasserstoffquelle: DOW Chemicals in Stade Abschlusspräsentation Wasserstoffinfrastruktur für die Schiene Juli

82 100% Landeseigene Gesellschaft Fahrzeughersteller Kaufvertrag Fahrzeuge Fahrzeughersteller Dienstleister Servicevertrag:Wartung & Energie Integrator Aufgabenträger LNVG Landesnahverkehrsgesellschaft Niedersachsen mbh Weitere Dienstleister Dienstleistungsvertrag inkl. Betankung Eisenbahnverkehrs-Unternehmen (EVU) evb Fahrplan Einsatz d. Fahrzeuge Trassen- und Stationswartungsvertrag Eisenbahninfrastruktur- Unternehmen (EIU) evb Trasse und Station (Genehmigung) LCC-Vertrag Dritte Land Niedersachsen

83 Vorbereitende Schritte: Akzeptanz Sensitivitätsanalyse Bahnlärm Fracking Kavernennutzung Chemie- und Nahrungsmittelindustrie Kraftwerke Chemcoast Stakeholderanalyse Politischer Rahmen Gesellschaft Medien Empfehlung: Einrichtung Projektbüro zur Begleitung der Einführung Abschlusspräsentation Wasserstoffinfrastruktur für die Schiene Juli

84 Kommunikation und Öffentlichkeitsbeteiligung für die Einführung Stand: Juni 2016 Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

85 Wasserstoffbedarf Kriterium Pro Fahrzeug Fahrzeuge Fahrzeuge Durchschnittlicher Umlauf /d 654 km / d km / d km / d Fahrzeit: gemäß Fahrplan gemäß Fahrplan gemäß Fahrplan Verbrauch an H 2 / Flotte: 150 kg H2 /d 300 kg H2 /d kg H2 /d Zusätzlicher Mindest Reservegrundstock (Empfehlung): nach Flottengröße ca. 68 kg Reservegrundstock 20% ca. 85 kg Reservegrundstock 5 % Abschlusspräsentation Wasserstoff für die Schiene Juli

86 Wasserstoffversorgung Bereitstellung im Depot Elektrolyse vor Ort Anlieferung LKW Bahnkesselwaggon Pfad Bahn LKW Waggon Menge H 2 / Transporteinheit entfällt 490 kg H2 660 kg 1) H2 490 kg H2 Anzahl / d Abmessung der Transporteinheit Flächenbedarf für Anlieferung, insgesamt Bewertungskriterien entfällt 16m x 2,5m 13,7m x 20 m x 2,5 m 2,5m Bis zu m² 103m² 200m² m² Flächenbedarf Logistik Emissionsfreie Anlieferung Investitionskosten Auswertung Abschlusspräsentation Wasserstoffinfrastruktur für die Schiene Juli

87 Betankung Abschlusspräsentation Wasserstoff für die Schiene Juli

88 Integration der Fahrzeuge in den Betriebsablauf Bewertung Örtlichkeit Betriebsablauf, gegenwärtig Mit H2- Fahrzeugen Anordnung der Dispenser Gleis 5, in der Waschhalle Neuanordnung der H2 - Dispenser auf dem Gelände Zwei mögliche Standortvarianten, Festlegung im Rahmen einer Feinplanung Anlieferung des Kraft-/Brennstoffes LKW - Tankwagen Bahnwaggons Nutzbarkeit für Dritte Bus Perspektivisch Bus und Privatverkehr Schnittstelle zum Fahrzeug Tankanschluss, Lage Offene Betankung Geschlossenen Betankung Tankvolumen l 178 kg Füllstutzen 2 je WK 2 je WK Tankablauf Rangieren der Fahrzeuge 25 min / Fahrzeug 25 min / Fahrzeug Betankung 20 min / Fahrzeug 20 min / Fahrzeug, entsprechende Auslegung des Tankstellensystems Tankdauer 45 min / Fahrzeug 45 min / Fahrzeug Frequenz Zweitätig Täglich Umlaufplanung der Fahrzeuge Fahrgastbetrieb Keine Einschränkungen Keine Einschränkungen Tägliche max. Laufleistung 654 km 654 km Reichweite km 734 km, siehe Tankfrequenz Energieeinsparung [Grundwert] - 28,7 % Instandhaltung Keine Einschränkungen Keine Einschränkungen im Wartungsablauf, Hallendeckenentlüftung muss installiert werden Abschlusspräsentation Wasserstoff für die Schiene Juli

89 Ausblick und Synergien Dr. Ulrich Bünger, Ludwig Bölkow Systemtechnik GmbH

90 Synergiepotenziale mit der H 2 -Versorgung von Brennstoffzellen-Stadtbussen Fahrzeugseitig Durch 35 MPa Druckwasserstoff ähnliche Komponenten für Kraftstoffspeicherung und -zuleitung: Druckwasserstofftanks Ventile Kraftstoffstutzen Kraftstoffleitungen Gleichteile für unterschiedliche Ausführungen: Bus: Ein Tanksystem mit kg H2 Schienenfahrzeug: zwei Tanksysteme je 90 kg H2 Schienenfahrzeug entspricht nach Einzelkomponenten fünf BZ-Bussen Tankstellenseitig Busbetankungskupplung: Befüllgeschwindigkeiten ( 120 g H2 /sek). Gleichteile: Zapfsäule und -pistole Flexibler Druckschlauch Abreißkupplung Gleiche H 2 -Konditionierung und -bereitstellung: Druckwasserstoff Flüssigwasserstoff Druckspeicher LH 2 -Speicher Kompressoren Kyropumpe Druckleitungen Verdampfer Flüssig- und Druckleitungen Betankungsanlage für 10 BZ-Regionalzüge vergleichbar mit der für 50 BZ-ÖPNV-Busse Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

91 Synergiepotenziale mit H 2 -Versorgung von Brennstoffzellen- Stadtbussen Synergien mit Versorgung von Brennstoffzellen- Stadtbussen Gleichteile, gleicher Druck, gleiche Redundanz- Anforderungen, konkrete Interessen Pilotprojekte Versorgung mit grünem Wasserstoff Innovative Logistikansätze Regulatorik entwickeln "(Projekt CertifHy)", Sektorkopplung, onsite-konzepte stärken, Betreiber identifizieren Mangelnde Akzeptanz für H 2 -Lkw-Trailer, H 2 - Bahnlogistik entwickeln, HD-Tanktechnologie entwickeln, H 2 -Transportbedarfe bündeln Übertragung der Erfahrungen auf andere Anwendungen im Schienenverkehr Nutzung der Wasserstofftankstellen für Triebfahrzeuge für andere Einsatzfelder Sektorkopplung von Schienenverkehr und Schifffahrt z.b. in Hafenlogistik Lokale Rangierlokmotiven (USA), Straßenbahnen (CHN), Güterlokomotiven (NO) Intersektorale Nutzung der H 2 -Infrastruktur (z.b. Netzdienlichkeit), konkrete Interessen aller Pilotprojekte Vermeidung lokaler Emissionen, See- und Binnenhäfen, Bordstromversorgung Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli

92 Synergiepotenziale mit H 2 -Versorgung von Brennstoffzellen-Stadtbussen Komponentengleichheit (Stadtbusse, Treibwagen) Quelle: Weh Beispiel: Betankungskupplung für BZ-Stadtbusse (Befüllgeschwindigkeiten 120 g H2 /sek) Betankungsanlage für Flotte mit 10 BZ-Regionalzügen vergleichbar mit der für 50 BZ-ÖPNV-Busse Synergien als Option zur schnelleren Kostensenkung (Stückzahlen) Zapfsäule und -pistole Flexibler Druckschlauch Abreißkupplung Druckspeicher LH 2 -Speicher Kompressoren Kyropumpe Druckleitungen Verdampfer Flüssig- und Druckleitungen Wasserstoffnachfrage als potenzieller Infrastrukturtreiber auch für andere Sektoren Nachfragepotenziale bündeln Abschlusspräsentation Wasserstoff-Infrastruktur für die Schiene Juli