Im Folgenden steht die Frage im Fokus, wie die Transformation von heutigen Lkw-Dieseltankstellen hin zu Alternativen Antrieben aussehen kann. Insbesondere im Schwerlastbereich zielen technologische Entwicklungen der Alternativen Antriebe dabei auf eine Vielzahl von Möglichkeiten ab – sowohl auf die Wasserstoff- als auch auf die Batterieelektrische Mobilität (BEV – Batterie Electric Vehicle). Zukünftige Tankstellen werden daher diesen unterschiedlichen Anforderungen begegnen müssen.
Für die Abschätzung der Bedarfe zukünftiger Wasserstofftankstellen ist es essenziell, Daten heutiger Dieseltankstellen zu kennen. Die Herausforderung im Umgang mit den Daten ist dabei, dass an öffentlichen Tankstellen von den Anbietern zumeist nicht zwischen den Abnehmern (Pkw/Lkw) unterschieden wird – im folgenden werden daher die Mengen sowohl für reine Lkw-Tankstellen als auch für kombinierte Tankstellen gezeigt. Zur Datenerhebung haben CEP-Mitglieder und Betreiber reiner Lkw-Tankstellen zugearbeitet.
Heutige Tankstellen haben einen Bedarf von 1,5 Mio. t bis 11 Mio. t Diesel im Jahr. Diese Tankstellen decken zugleich ca. 96 % des Marktes ab – in der Grafik rechts werden die Marktanteile der Tankstellengrößen in Deutschland dargestellt. Die Grafik unten zeigt die unterschiedlichen Tankstellengrößen im Detail – die Referenztankstelle ist eine Tankstelle, bei der die Daten von 365 Tagen im Jahr im Detail vorliegen.
Für die Auslegung einer Tankstelle ist deren Auslastung von Bedeutung. Zur Ermittlung zukünftiger Bedarfe an Wasserstofftankstellen und um die Anforderung der Transformation heutiger Dieseltankstellen in Wasserstofftankstellen besser abschätzen zu können, wurde ein Wasserstofftankstellenreferenztool entwickelt (das demnächst auf dieser Seite heruntergeladen werden kann). Hierin können die Annahmen angepasst werden, so dass flexibel und zugleich so präzise wie möglich auf neue Erkenntnisse und Daten reagiert werden kann.
Für die weitere Berechnung der Tankstellengröße sind zudem die Profile einer Shell LNG-Tankstelle hinterlegt, an der ausschließlich Lkw während einer 5 ½ Tage Woche betankt worden sind. Zudem sind Auslastungsspitzen und Zeiten des Stillstands berücksichtigt worden, da sie die Anzahl der Dispenser und Ladesäulen beeinflussen.
Schließlich spielt bei der Berechnung der Auslegung einer Tankstelle der Anteil an unterschiedlichen Betankungstechnologien eine Rolle – bei der Wasserstofftankstelle die Anzahl an 350 bar- bzw. 700 bar-Dispensern, bei der Batterielektrischen Mobilität die Anzahl kW- und MW-Chargern. Es muss auch die Betankungsgeschwindigkeit in die Berechnung einfließen. All diese Aspekte sind beeinflussbar, weshalb sie auch im Tool bearbeitet werden können.
© Philip Kröger (2021), Konzeptentwicklung von Wasserstofftankstellen für den Straßengüterverkehr unter Berücksichtigung notwendiger Erweiterbarkeit bei zukünftig steigender Auslastung, S. 48
+ + + Von der Diesel- zur Wasserstofftankstelle und zum Ladepark + + +
Die Daten zu den Dieseltankstellen wurden in der CEP erhoben.
Die dargestellten Tankstellengrößen entsprechen den Verteilungsgrößen von 95 % heutiger Dieseltankstellen in Deutschland. Reine Lkw-Tankstellen und Lkw/Pkw-Tankstellen der gleichen Größe unterscheiden sich in der Abtankmenge an Lkw, jedoch ist die Gesamtmenge an bevorratetem Diesel in den dargestellten Größenordnungen jeweils vergleichbar.
Die Größen der Wasserstofftankstellen sind unabhängig von den H₂Betankunsgformen (CGH₂/CcH₂/sLH₂) und beziehen sich auf die Mindestkapazitäten, die erreicht werden müssen. Die Größen xs/s entsprechen bereits aktuellen H₂Tankstellenkonfigurationen. Die Größen bis zu 2 t/d H₂ können nach heutigem Wissensstand modular aufgebaut werden. Bei den nächsten Größen ist für die gasförmige Betankung ein Technologiesprung in Abhängigkeit von der H₂Lagermenge zu erwarten, da hier Platz- und Energiebedarfe sowie Redundanzen noch eine andere Rolle spielen werden als bei den kleineren Größen. Für die LH₂- und CcH₂-Betankung ist dieser Technologiesprung derzeit nicht absehbar, da diese bereits in ihrer Grundkonfiguration für eine Betankungsmenge von bis zu 3 t/d geplant sind.
Die Referenztankstelle ist eine Autobahntankstelle, von der wir die Daten von 365 Tagen des Jahres 2022 hinterlegt haben (55 % Lkw/45 % Pkw).
Wie aus der Aufteilung der Tankstellengrößen deutlich wird, werden aktuelle Wasserstofftankstellenkonfigurationen, bzw. ihr modularer Aufbau, für die erste Netzausbauphase von Wasserstofftankstellen ausreichend sein, da sie den Bedarfen von 50 % heutiger Dieseltankstellen entsprechen. Erst bei einem weiteren Netzausbau bzw. bei höherer Nachfrage an bestimmten Standorten, werden dann größere Tankstellenkonzepte benötigt werden.
Wasserstofftankstellgrößen auf Grundlage heutiger Dieseltankstellenanforderungen
Wie in der Grafik dargestellt, ist insbesondere der Energiebedarf an der Tankstelle vor Ort abhängig von der verwendeten Wasserstoffbetankungstechnologie: sLH₂- und CcH₂-Betankungsformen benötigen vor Ort wesentlich geringere Anschlussleistungen als die gasförmigen Betankungsformen – bei denen zwischen der 350 bar- und der 700 bar-Betankung unterschieden werden muss. In der Grafik sind die Anschlussleistungen für die 700 bar-Betankung hinterlegt.
Ladeparkgrößen auf Grundlage heutiger Dieseltankstellenanforderungen
Die Tankstellentankdaten der oben dargestellten Grafik zeigen die Daten der Referenztankstelle transformiert auf die Wasserstoffbedarfe vor Ort. Sie zeigen, dass heutige Tankstellen sehr flexibel auf unterschiedliche Bedarfe reagieren müssen und selbst eingerechnete Mehr-/Unterbedarfe von 20 % für die Auslegung einer Tankstelle nicht ausreichend sind: An mehr als 100 Tagen wird diese Auslegung gerissen.
Flexibilitätsanforderungen an Wasserstofftankstellen auf Grundlage von Echtzeitdaten
+ + + Die Tankstelle der Zukunft + + +
Wasserstofftankstellen werden darauf mit flexiblen Betriebskonzepten reagieren können. Ladeparks hingegen werden eine Höchstauslastung bestimmen und Konzepte entwickeln müssen, die auf den dann nicht mehr zu befriedigenden Mehrbedarf reagieren.
Die folgende Grafik zeigt die Bedarfe für eine reine Tankstelle für Lkw, die batterieelektrisch geladen werden sollen:
Vorschlag für eine Wasserstoff-/BEV-Referenztankstelle als Tankstelle der Zukunft
Aufgrund der prognostizierten Flottenentwicklung muss davon ausgegangen werden, dass an zukünftigen Tankstellen sowohl Wasserstoff getankt als auch Batterieelektrische Lkw geladen werden. Die folgende Wasserstoff-/BEV-Referenztankstelle ist ein Diskussionsvorschlag, um allen Verkehrsträgern zu Beginn an einem Standort gerecht werden zu können – ohne den Netz- als auch Pipelineausbau zu überfordern.
Dieser Vorschlag entspräche auch der “Verordnung über den Aufbau der Infrastruktur für alternative Kraftstoffe“ (AFIR), die festlegt, dass alle 200 km sowie an urbanen Knoten eine Wasserstofftankstelle auf 1 t/d ausgelegt sein muss.
Eine besondere Herausforderung wird zukünftig der Platzbedarf sein. Bei der Darstellung unten handelt es sich um eine Referenz heutiger Konzepte für Wasserstofftankstellen. Deutlich wird hier, dass es neben dem systembedingten Platzbedarf für die Wasserstofftechnologie zusätzlich Bedarfe für Warteflächen gibt – in diesem Fall um den Faktor 2.
Bei den batterielektrischen Bedarfen muss entsprechend auch ein Faktor angesetzt werden, da die Flächenbedarfe bisher nur auf die Ladepunkte Peak + 20 % Mehrauslastung angenommen sind. Die Autorasttankstelle hat dabei gezeigt, dass der Peak sich ggf. verdoppeln kann, was bei den Flächen berücksichtigt werden muss.
Um größtmögliche Flexibilität zu erreichen, muss die H2-Technologie den Bedarfen von Grundlast und Peaks angepasst werden.
Platzbedarfe für die Wasserstofftechnologie (gasförmige Betankung)
Die Daten zu den Dieseltankstellen wurden in der CEP erhoben.