Mercedes Benz Werk Düsseldorf goes green!

Transkript

1 Mercedes Benz goes green! Nationales Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NIP) Entwicklungsvorhaben BZ-Flurförderfahrzeuge Daimler AG, VAN/PSM VAN/PET

2 Überblick Projektinhalt: Budget: Erprobung und technische Bewertung des Einsatzes von Brennstoffzellenantrieben für Flurförderfahrzeuge im innerbetrieblichen Werksverkehr EUR (Förderung: EUR) Laufzeit: Partner: Linde Material Handling (Lieferant BZ-Stapler) Air Products (Lieferant H 2 -Tankstelle und H 2 ) FH Hamm (Wissenschaftliche Begleitung) 2

3 Projektstruktur Projektleitung Projekt und Systempartner Projektunterstützung Projektförderung Bund 3

4 Mercedes-Benz Die Daimler AG ist ein weltweit erfolgreich agierendes Automobilunternehmen, dessen Geschäfte in 5 Feldern organisiert sind: Mercedes-Benz Cars, Daimler Trucks, Mercedes-Benz Vans, Daimler Buses und Daimler Financial Services. Das Mercedes-Benz Werk in Düsseldorf ist eines von 8 Produktionsstandorten für Mercedes-Benz Vans weltweit. Insgesamt arbeiten etwa der insgesamt VAN Mitarbeiter im, von denen der Großteil in gewerblichen Abteilungen arbeitet. Im Werk können bis zu 740 Fahrzeuge je Arbeitstag in 3 Schichten gefertigt werden. 4

5 Entwicklungsgeschichte Wasserstoff-/ Brennstoffzellentechnologie im Unternehmen Daimler ist Pionier in der Entwicklung des Brennstoffzellenantriebs. Seit Anfang der 90er Jahre arbeiten Forscher und Ingenieure an der praktischen Umsetzung dieser Technologie. Der Serienstart von PKW mit BZ-Antrieb ist für 2017 geplant. Daimler bekennt sich nachdrücklich zu einem integrierten Umweltschutz an seinen Produktionsstandorten. Am Standort Düsseldorf kommt dem Einsatz von energiesparenden, emissions- und abfallarmen Technologien eine besondere Rolle zu, da das Werk direkt an Wohnbebauung und ein Wasserschutzgebiet angrenzt. Daimler sieht im Brennstoffzellenantrieb eine erfolgversprechende Technologie für die Mobilität der Zukunft und setzt daher auch in der innerbetrieblichen Logistik auf den innovativen Kraftstoff Wasserstoff. 5

6 Projekt: Ziele Durchführung eines Praxistests mit zunächst 2 Fahrzeugen und perspektivischer Vergrößerung der Testflotte auf bis zu 10 Fahrzeuge, Aufbau einer Betankungs- und Wartungsinfrastruktur mit entsprechender Schulung der Mitarbeiter, Sammlung von eigenen Erfahrungen und Auswertung des Testbetriebs, Optimierung des Betriebs durch Wegfall von Batteriewechseln, Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen und Nutzerbefragungen zum Testbetrieb, Aufbau von Know-how mit H 2 -betriebener Intralogistik innerhalb der Daimler AG, Weitergabe der Erfahrungen über einen zentralen Expertenkreis für Flurförderzeuge im Daimler Konzern, perspektivisch: Konzernweite Einführung der BZ- Flurförderzeuge in den Produktionsstandorten. 6

7 Zeitlicher Aufwand vor Projektstart Start Projektbetrieb: Dez

8 Fahrzeuge Lieferant: Linde MH Typ: E 30/FC-600 HL Baureihe: 387 Antrieb: 80 V Drehstrom Tragkraft : 3,0 t 8

9 Brennstoffzelle Hersteller: Plugpower GenDrive Typ: CEA Nennspannung: 80 V Abmessungen: 1025mm x 708mm x 722mm Dauerleistung: kw Verfügbare Energiemenge: 27 kwh Gewicht: 1558 kg Tankkapazität: 1,8 kg Betankungssystem: 350 bar Betankungszeit: 3-5 min 9

10 H 2 -Tankstelle Hersteller: Air Products Typ: S125 mit 4 Hochdruck Tubes Typ 230 Kapazität: max. 204 kg gasförmiger Wasserstoff (H 2 ): 4 Tubes á 38,5 kg bei 200 bar 2 Bündel á 25 kg bei 420 bar Tankdruck: 350 bar 1

11 Standort Wasserstofftankstelle Einsatzbereich der BZ-Stapler 11

12 Schulung der Mitarbeiter In Zusammenarbeit mit den Projektpartnern wurden Schulungsunterlagen für die beteiligten Bereiche erarbeitet (Fahrer, Wartungspersonal, Werksicherheit und Werkfeuerwehr). Wasserstofftankstelle: First Level Support Regelmäßige Inspektionen Fahrzeug: Betrieb der Brennstoffzelle und des Staplers Fehler / Fehlerbehebung Betankung der Stapler Funktionsweise einer Brennstoffzelle Gefahren durch den Umgang mit Wasserstoff 12

13 Testbetrieb Beginn des Testbetriebs im Dezember 2014 Einsatz der Fahrzeuge in der internen Produktionsversorgung und Materialbereitstellung Erste Erfahrungen: Energieverbrauch: 0,25-0,45kg/Bh (Ø 0,37) Laufleistung: 4-5 Betriebsstunden(Bh) Projektstart im 1-Schicht Betrieb KW 13 Umstellung auf 2-Schicht Betrieb KW 43 Umstellung auf 3-Schicht Betrieb Bisherige Laufzeit: 2000 Bh Über 400 Betankungsvorgänge 13

14 Angefallene Störungen Stapler: Bisherige Ausfallzeit = 3 Stunden Brennstoffzelle: Insgesamt 35 Störungen Ausfallzeit 48 Tage (Reparaturzeit 6 Tage) Austausch einzelner Lithium-Ionen Zellen Ausfall eines Gerätes für 3 Tage Beschaffung spez. Wasserabsaugkupplungen Ausfall beider Geräte für 17 Tage Tankstelle: 35 Störungen Ausfallzeit jeweils ca. 1 Stunde (3 x 1 Tag komplett) Gesamtausfallzeit) 5 Wartungen Ausfallzeit jeweils ca. 3 Stunden 14

15 Herausforderungen BZ-Stapler: Schalldämmung zwischen BZ und Fahrgastzelle, Wärmeableitung optimiert Optimierung der Wasserabsaugung Genehmigung der Tankstelle: Umsetzung der Nebenbestimmungen aus dem Erlaubnisbescheid der Bezirksregierung und des TÜV, wie z.b. die Nachrüstung eines Blitzschutzes F&E: Erstellung eines Leitfaden zur Installation einer H 2 -Tankstelle 15

16 Checkliste Projektdefinition Interne Genehmigung (Werkleitung, Umweltschutz, Betriebsrat, ) Prüfung Fördermöglichkeiten Vorortbesichtigung mit Verantwortlichen (Projektleiter, Tankstellenhersteller, ZÜS, Bezirksregierung) Beschaffung BZ-Stapler & H2-Infrastruktur Genehmigungsprozess (BetrSichV, BImSchG, Baugenehmigung) Erstellung Gutachten (Brandschutz, Umweltverträglichkeit, ) Aufbau Infrastruktur und Schutzmaßnahmen Inbetriebnahme der Tankstelle und BZ-Flurförderzeuge Schulung der Mitarbeiter Zeitaufwand: Monate (min. 6 Monate zusätzlich bei Förderung) 16

17 Genehmigungen Outdoor-Tankstelle Speicherkapazität <3t 3-30t >30t Betriebserlaubnis nach 18 BetrSichV & Baugenehmigung BImSchG Genehmigung Vereinfachtes Verfahren 19 BImSchG Genehmigung Förmliches Verfahren Monate Bearbeitungszeit 3-5 Monate Bearbeitungszeit 5-9 Monate Bearbeitungszeit 17

18 Ausblick Unterstützung durch die FH Hamm für: Systematische Auswertung des Betriebs und Wirtschaftliche und technische Auswertung Aufstockung der Flotte von BZ-Fahrzeugen nach erfolgreichem Testverlauf auf bis zu 10 Fahrzeuge im. Die durch den Einsatz einer größeren Flotte auftretenden Skaleneffekte (z. B. bessere Auslastung der Tankstelle und der Wartungskapazitäten) werden die Wirtschaftlichkeit des Fahrzeugeinsatzes weiter verbessern. Pilotfunktion des Projekts im Daimler Konzern: Bei insgesamt positiver technischer und wirtschaftlicher Bewertung ist die Ausweitung der Nutzung von BZ-Flurförderzeugen auch in anderen Werken vorgesehen 18

19 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

20 Back up 20

21 Genehmigungen * ab 30 Tonnen mit Öffentlichkeitsbeteiligung Indoor-Tankstelle BImSchG Halle/Werk bereits nach BImSchG genehmigt Halle/Werk nicht nach BImSchG genehmigt <3t >3t <3t >3t Änderungsanzeige nach 15 BImSchG & Erlaubnis nach 18 BetrSichV & Baugenehmigung Änderungsgenehmigung nach 16 BImSchG* Erlaubnis nach 18 BetrSichV & Baugenehmigung Neugenehmigung nach 4 BImSchG* 3-5 Monate 5-7 Monate 3-5 Monate 7-9 Monate 21

22 Stand im internationalen Vergleich Trotz Förderung beschränkt sich der Einsatz von BZ-Flurförderzeugen in Deutschland bisher auf Tests mit wenigen Fahrzeugen. In den USA sind in Werken und Logistikzentren bereits mehrere hundert Fahrzeuge im Einsatz, deren Alltagstauglichkeit unter Beweis gestellt wurde. Die Berechnungen für die Leistungsfähigkeit beruhen auf anderen Grundlagen. Es sind keine 80V äquivalente Stapler im Einsatz, somit lassen sich diese Projekte nur bedingt vergleichen. Kein Flurförderzeughersteller hat zur Zeit in seinem Portfolio eine zertifizierte Flotte für den kurzfristigen Einsatz von Brennstoffzellen-Fahrzeugen in Europa. 22

23 Funktionsweise Die Blei-Säure Batterien wird durch eine PEM basierte Brennstoffzelle in Verbindung mit einer Lithium- Ionen Batterie ersetzt. Die Brennstoffzelle versorgt die Batterie und hält sie auf einem optimalen Ladezustand Batterien werden für Spitzenlasten wie zum Beispiel schwere Hebevorgänge zugeschaltet. Im Prinzip wie ein Hybridauto nur völlig emissionsfrei. Die Brennstoffzelle wird mit Wasserstoff betrieben und kann in weniger als 3 Minuten durch den Fahrer selbst befüllt werden Die BZ erzeugt saubere Energie mit gleichmäßiger Spannung und erzeugt außer Wasser und Wärme keine Emissionen PEM basierte Brennstoffzellen sind mit einem hochentwickelten Energiespeicher verbunden und liefern Gleichstrom für den Betrieb des Flurförderzeuges 23

24 Funktionsweise Wie funktioniert eine Brennstoffzelle? Eine Brennstoffzelle ist ein elektrochemischer Energiewandler, in dem Wasserstoff und Sauerstoff kontrolliert und ohne Verbrennungsflamme zu Wasser reagieren und dabei Strom und Wärme erzeugen. Der gleiche Prozess läuft umgekehrt bei der Elektrolyse ab. Eine Brennstoffzelle ist durch eine dünne Kunststofffolie, die Polymer Elektrolyt Membran (PEM), in zwei Teile getrennt. Die Folie ist auf jeder Seite mit einem Katalysator und einer gasdurchlässigen Elektrode beschichtet. Durch die feinen Gaskanäle strömen Wasserstoff und Sauerstoff von einer Seite zur anderen. Der Katalysator zerlegt den Wasserstoff in ein Elektron und ein Proton. Die positiv geladenen Protonen können durch die PEM-Folie hindurch schlüpfen, die negativen Elektronen aber nicht. Dadurch wird eine Spannung erzeugt. Verbindet man die Elektroden, fließt ein Gleichstrom. Als Resultat dieser elektrochemischen Reaktion entsteht reines Wasser (H 2 O). 24 Für den Fahrzeugantrieb werden viele Brennstoffzellen in Reihe zu Stapeln (engl.: Stacks) zusammengeschaltet, um die elektrische Spannung zu erhöhen.

25 Wasserstofftankstelle 2 Bündel à 25 kg H2 mit max. 420 bar Druck 4 Tubes à 38,5 kg H2 mit max. 200 bar Druck Füllkupplung (Bajonett Verschluss) für 350 bar Befülldruck 2.Workshop 25 Intralogistik Berlin Wolfgang Radtke VAN/PSM ; Matthias Kromm VAN/PET Mercedes-Benz

26 Brennstoffzellentechnologie als alternative Antriebstechnik im Flurförderzeug 26

27 Befüllvorgang 1. Füllstandsanzeige im Fahrzeug Tank fast leer 2. Fahrzeug fährt rückwärts in Position 3. Tankklappe öffnen 27

28 Befüllvorgang 7. Befüllkupplung aufsetzen 8. Befüllkupplung verriegeln 8. Befüllvorgang starten mit Refuelling Start 9. Anzeigen während des Befüllvorganges 10. Tank voll 11. Klappe schliessen 28