A tüzelőanyag-cellás rendszerek üzemeltetési lehetőségei

A tüzelőanyag-cellák fejlesztése és üzemeltetése nem triviális feladat. Nem elegendő lecserélni például a gépjárművek meghajtását robbanómotorról tüzelőanyag-cellára és elektromos motorra. Egy komplex rendszer tervezésénél figyelembe kell venni a tüzelőanyag-cella méretét (hidrogénfogyasztását), a feltöltés gyakoriságát és a hidrogéntermelés technológiáját (költségét). Mindezt pedig úgy kell megtenni, hogy gazdaságosan lehessen üzemeltetni, azaz profitot is termeljen. A következőkben egy városi hidrogén tüzelőanyag-cellás járműflotta gazdasági adatait számítjuk ki, beleértve a hidrogéntermelés és az üzemeltetés lehetőségeit.

A flotta változó költségeit alapvetően a hidrogénfogyasztás határozza meg. A hidrogénfogyasztást pedig a tüzelőanyag-cella mérete, illetve a napi megtett távolság befolyásolja. A járműflotta bevételeit az eladott menetjegyek vagy a km, illetve időarányos használati díjak jelentik. Azaz minél többet megy a flotta, annál több bevételt is generál. Nyilvánvaló, hogy ebben az esetben sok hidrogén is szükséges az üzemeltetéshez, azaz a költség is nagyobb. Mint minden üzleti modellben, ebben az esetben is létezik egy gazdasági optimum méret.

Ennek az optimumnak a kiszámításához figyelembe kell vennünk a járművek és a hidrogén-infrastruktúra kialakításának a költségeit is, amiket a következő elvek alapján lehet meghatározni. A hidrogén előállításához elektrolízist választottunk, hogy a víz bontásából keletkező oxigént is fel tudjuk használni (értékesíteni), például kórházak oxigénellátásához. Azaz a bevételek a menetdíjak és az oxigén értékesítéséből származnak.

A flotta hidrogénfogyasztásából és az egyes hidrogéngenerátorok termeléséből meghatározható az elektrolizálók darabszáma, így az összköltsége, ami a beruházások közt szereplő legnagyobb tétel. A fajlagos adatok között szerepel a járművekbe épített tüzelőanyag-cellák mérete, ami jelentős mértékben befolyásolja a jármű árát. Az így kapott összeget felszorozva a flotta méretével megkapjuk a járműpark beszerzési értékét.

A járművek feltöltéséhez szükséges egységek számát valószínűségi alapon lehet meghatározni. A járművek átlagos városbeli sebességéből, napi üzemidejéből és a feltöltések időtartamból kiszámítható, hogy pontosan mennyi hidrogénkútra van szükségünk a flotta napi szintű ellátásához. A hidrogénkutak és az elektrolizálók árához az infrastruktúra kialakításának egyéb költségeit is hozzá kell számolni: a gáztartályokat és a kompresszorokat, illetve a hőcserélő berendezéseket. A méretgazdaságosság és a megtérülés elemezhető az egyes változó költségek változtatásával, mint a flotta mérete, a járművek kihasználtsága (értékesített órák száma / 24 óra), vagy a fajlagos költségekből, mint a hidrogén költsége, a tüzelőanyag-cella hatásfoka, a viteldíj és az oxigén ára.

2.2.4.1. ábra Forrás: ELTE Elektrokémiai és Elektroanalítikai Laboratórium

2.2.4.2. ábra Forrás: ELTE Elektrokémiai és Elektroanalítikai Laboratórium

2.2.4.3. ábra Forrás: ELTE Elektrokémiai és Elektroanalítikai Laboratórium

A 2.2.4.1. és 2.2.4.2. ábrák elemzéseiből jól látszik, hogy a gazdasági megtérülésre a flotta mérete és kihasználtsága hat a leginkább. A tüzelőanyag-cella mérete bár kezdetben jelentősen befolyásolja a gazdasági eredményeket, logaritmikusan változik, így a hatása kisebb nagyobb teljesítményeknél. Minél nagyobb flottával tudunk számolni, annál kedvezőbbek a gazdasági mutatók, azonban 200 darab felett már nem kapunk kedvezőbb értéket, itt elértük a méretgazdaságosság határát. A tüzelőanyag-cella hatásfoka furcsa módon kevésbé befolyásolja az üzleti eredményeket. Ebben az esetben kimutatható, hogy egy kicsivel rosszabb cella kisebb bekerülési költsége (kevesebb Pt felvitel miatt) és a kevésbé hatékony működés okozta nagyobb hidrogénfogyasztás kedvezően befolyásolják egymást, és üzletileg nem okoznak jelentős eltérést. Ebben az esetben több oxigén keletkezik, ami jelen üzleti modellben szintén fontos „melléktermék”.

Figyelembe véve a méretgazdasági számításokat, az üzleti kalkulációt egy 2 kW méretű 50 fős flottára végeztük el. A kezdeti beruházás több mint 1 millió USD, amit az első hároméves működéshez még további 2.5 millió dollárral kell kiegészíteni, amíg el nem érjük a pozitív üzemi eredményt. Azaz a teljes beruházási igény 1 milliárd Ft körül mozog.

A tüzelőanyag-cellás járműflotta fő teljesítménymutatója (key performance indicator) a flotta kihasználtsága.

Ezért az üzleti tervet 3 forgatókönyv alapján lehet kiszámítani: (1) az optimista esetben a kihasználtság 50%-ra növekszik, (2) realista esetben 35% (ez az átlagos kihasználtság car-sharing szolgáltatásoknál), (3) pesszimista esetben pedig 25% marad.

Az egyes esetek összehasonlítását a 2.2.4.4. ábra mutatja.

2.2.4.4. ábra Forrás: ELTE Elektrokémiai és Elektroanalítikai Laboratórium

Ebből jól látszik, hogy még pesszimista esetben is lehet megtérüléssel számolni, igaz ez 5-6 év múlva következik be.

2.5. A leckéhez kapcsolódó esettanulmányok

A Suzuki és az IE (Inteligent Energy) közös fejlesztése az újonnan bemutatott üzemanyagcellás robogó, amely a városon belüli ingázás új, környezetbarát formája lesz – írta a Calgary Herald. Napjainkban a piac leginkább húzó ágazatai az energiahatékony termékek, és ebben nagy előrelépés lenne, ha 2015-re hidrogén-üzemanyagcellás autókat tudnának piacra dobni – mondta Henri Winand.

2.2.4.5. ábra Forrás: http://www.calgaryherald.com/

A hidrogént már régóta tesztelik alternatív energiaforrásként, azonban eddig a legnagyobb hátráltató körülmény a töltőállomások hiánya volt. A robogót hidrogénnel töltik meg, ami ellenőrzötten reagál a levegő oxigénjével, és vizet, valamint elektromos áramot termel. A jármű teljes energiáját a tüzelőanyag-cella és egy lítium elem biztosítja, végtermékként pedig csak vízgőz távozik a levegőbe. A hidrogén alapú üzemanyagcella előnye más tüzelőanyag-cellákkal szemben, hogy nem kell regenerálni magát a cellát, addig termel energiát, amíg a rendelkezésre álló hidrogén el nem fogy.

A jármű 350 km-t tud megtenni egy feltöltéssel, és a tankolás kevesebb, mint 5 percet vesz igénybe. A Londoni Hidrogén Társaság (LHP) 6 kút beüzemelését tervezi 2012-ig, amit 2015-ig még tovább bővítenének. A robogók mellett üzemanyagcellás taxikat és öt buszt is beüzemelnek majd az LHP reményei szerint.