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Mercedes Benz Werk Düsseldorf goes green
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VAN/PSM VAN/PET
29.10.2015
Nationales Innovationsprogramm Wasserstoff- und
Brennstoffzellentechnologie (NIP)
Entwicklungsvorhaben BZ-Flurförderfahrzeuge Daimler AG, Werk Düsseldorf
Vans. Born to run.
2.Workshop Intralogistik 29.10.2015 Berlin Wolfgang Radtke VAN/PSM ; Matthias Kromm VAN/PET Mercedes-Benz
Werk Düsseldorf 2
Projektinhalt: Erprobung und technische Bewertung des Einsatzes von
Brennstoffzellenantrieben für Flurförderfahrzeuge im
innerbetrieblichen Werksverkehr.
Budget: 724.000 EUR (Förderung: 347.500 EUR)
Laufzeit: 01.06.2012 – 31.12.2016
Partner: Linde Material Handling (Lieferant BZ-Stapler)
Air Products (Lieferant H2-Tankstelle und H2)
FH Hamm (Wissenschaftliche Begleitung)
Überblick
Vans. Born to run.
Projektleitung
Projekt – und
Systempartner
Projektunterstützung
Projektförderung Bund
Projektstruktur
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Vans. Born to run.
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Mercedes-Benz Werk Düsseldorf
Insgesamt arbeiten etwa 6.500 der insgesamt 15.600 VAN Mitarbeiter im Werk Düsseldorf, von denen der
Großteil in gewerblichen Abteilungen arbeitet. Im Werk können bis zu 740 Fahrzeuge je Arbeitstag in 3
Schichten gefertigt werden.
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.
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• 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.
Entwicklungsgeschichte
Wasserstoff-/ Brennstoffzellen-
technologie im Unternehmen
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• 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 H2-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.
Projekt: Ziele
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• Start Projektbetrieb: Dez. 2014
Zeitlicher Aufwand vor
Projektstart
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• Lieferant: Linde MH
• Typ: E 30/FC-600 HL
• Baureihe: 387
• Antrieb: 80 V Drehstrom
• Tragkraft : 3,0 t
Fahrzeuge
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• Hersteller: Plugpower GenDrive
• Typ: 1600-80CEA
• Nennspannung: 80 V
• Abmessungen: 1025mm x 708mm x 722mm
• Dauerleistung: 10-12 kW
• Verfügbare
Energiemenge: 27 kWh
• Gewicht: 1558 kg
• Tankkapazität: 1,8 kg
• Betankungssystem: 350 bar
• Betankungszeit: 3-5 min
Brennstoffzelle
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• Hersteller: Air Products
• Typ: S125 mit 4 Hochdruck Tubes
Typ 230
• Kapazität: max. 204 kg gasförmiger
Wasserstoff (H2):
4 Tubes á 38,5 kg bei 200 bar
2 Bündel á 25 kg bei 420 bar
• Tankdruck: 350 bar
H2-Tankstelle
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Standort Wasserstofftankstelle
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Einsatzbereich der BZ-Stapler
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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
Schulung der Mitarbeiter
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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
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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
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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 H2-Tankstelle
Herausforderungen
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• 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: 12-18 Monate (min. 6 Monate zusätzlich bei Förderung)
Checkliste
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Genehmigungen
Outdoor-Tankstelle
Speicherkapazität
Betriebserlaubnis
nach §18 BetrSichV
& Baugenehmigung
BImSchG
Genehmigung –
Vereinfachtes
Verfahren §19
BImSchG
Genehmigung –
Förmliches
Verfahren §4
3-5 Monate Bearbeitungszeit 3-5 Monate Bearbeitungszeit
<3t 3-30t >30t
5-9 Monate Bearbeitungszeit
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• 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 Werk Düsseldorf.
• 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
Ausblick
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
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Back up
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Genehmigungen
Indoor-Tankstelle
BImSchG
Halle/Werk bereits
nach BImSchG
genehmigt
Halle/Werk nicht
nach BImSchG
genehmigt
Änderungsanzeige
nach §15 BImSchG
& Erlaubnis nach
§ 18 BetrSichV &
Baugenehmigung
Änderungs-
genehmigung
nach
§16 BImSchG*
Erlaubnis nach
§ 18 BetrSichV &
Baugenehmigung
5-7 Monate 3-5 Monate 7-9 Monate
Neugenehmigung
nach
§ 4 BImSchG*
* ab 30 Tonnen mit
Öffentlichkeitsbeteiligung
<3t >3t <3t >3t
3-5 Monate
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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.
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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
Funktionsweise
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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 (H2O).
Für den Fahrzeugantrieb werden viele Brennstoffzellen in Reihe zu Stapeln (engl.: Stacks)
zusammengeschaltet, um die elektrische Spannung zu erhöhen.
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Wasserstofftankstelle
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Füllkupplung (Bajonett –Verschluss)
für
350 bar Befülldruck
4 Tubes à 38,5 kg H2
mit max. 200 bar Druck 2 Bündel à 25 kg H2
mit max. 420 bar Druck
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Brennstoffzellentechnologie als alternative
Antriebstechnik im Flurförderzeug
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1. Füllstandsanzeige im
Fahrzeug Tank fast leer
2. Fahrzeug fährt rückwärts in
Position
3. Tankklappe öffnen
Befüllvorgang
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8. Befüllkupplung verriegeln
7. Befüllkupplung aufsetzen
11. Klappe schliessen
8. Befüllvorgang starten mit
Refuelling Start
9. Anzeigen während des Befüllvorganges 10. Tank voll
Befüllvorgang