“Das Klimaschutzministerium weist in seiner Stellungnahme darauf hin, dass „HyTrain“ in den vergangenen Monaten erste Meilensteine verpasst habe. Deshalb seien von der ExpertInnen-Jury strenge Auflagen definiert worden, „unter denen eine Fortführung gerechtfertigt ist und die es nun einzuhalten gilt“. Eine dieser Auflagen ist die Lieferung des Testzugs und der Start des Probebetriebs mit 1. September.”
„In unseren Augen liegt die technologiepolitische Relevanz dieses Projekts vor allem im möglichen Export der Technologie gerade in nichteuropäische Länder, wo die Bedingungen für die Elektrifizierung schwieriger sind als etwa in Österreich“, heißt es dazu vom Klimaschutzministerium. Selbstverständlich könnten die Erkenntnisse dieser Forschung auch in ein mögliches Wasserstoffprojekt auf der Zillertalbahn einfließen, wenn sich die dort Verantwortlichen dafür entscheiden.”
Ernst Fleischhacker, FEN Sustain System GmbH: „Die Zillertaler Verkehrsbetriebe AG ist bei unseren Wasserstoffprojekten als Vertragspartner dabei und verfügt für das Projekt ,WIVA P&G HyTrain‘ mittlerweile über das entsprechende Knowhow zur Qualitätssicherung und Risikominimierung des Beschaffungs-, Übernahme-und Betriebsprozesses, schreibt er” (s. “Wieder Zweifel am Wasserstoffzug Zillertal in den Schlagzeilen“)
“Das im August 2020 gestartete Projekt – siehe nebenstehenden Artikel – hat sich jedoch sehr verzögert. Das gibt Fleischhacker selbst zu.”
Alexander Trattner HyCentA Research GmbH: “Die Verantwortung der HyCentA GmbH im Konsortium des Projektes „WIVA P&G HyTrain“ ist es, forschungs- und entwicklungsrelevanten Fragestellungen zur Umstellung von nicht-elektrifizierten Strecken auf Wasserstoff systematisch beantworten und Lösungen mit österreichischem Knowhow bereitstellen. Die H2 Zillertalbahn ist dabei ein wesentlicher Projektinhalt. „WIVA P&G HyTrain“ zielt vor allem auf die Generierung von Knowhow und Expertise zu Wasserstoffbahnen, um Dienstleistungen, Produkte und Lösungen aus Österreich für den internationalen Raum bereitzustellen. So wird im Rahmen des „WIVA P&G HyTrain“ Projektes aktuell auch ein Handbook erarbeitet, dass die wesentlichsten Schritte der Analyse von nicht-elektrifizierten Strecken aufzeigt und Empfehlungen für Planungs- und Umsetzungsabläufe für Wasserstoffbahnen ausspricht.
Im Hinblick auf die H2Zillertalbahn erfolgten beispielhaft folgende Schritte: Bestimmung der System- und Betreiberanforderungen (Lastenheft, Fahrzyklen, Kosten etc.), Konzeptentwicklungen des Zugantriebs und der Infrastruktur (Elektrolyse und Betankungsanlage) mit Hilfe von Auslegungs- und Simulationswerkzeugen (Längsdynamik, CFD-Simulation, CAD etc.) und Konzeptbewertungen auf Basis der wirtschaftlichen und technischen Anforderungen hinsichtlich Funktion, Zuverlässigkeit, Kosten, Effizienz, Leistungsreserve, Lebensdauer etc.
So wurde ein detailliertes Längsdynamiksimulationsmodell des Wasserstoffzugs der H2Zillertalbahn erstellt, das es erlaubt Topologie Untersuchungen des Antriebstrangs (Konfiguration aus Batterie, Brennstoffzelle, Wasserstoffspeichersysteme und HVAC etc.) durchzuführen und auch verschiedene klimatische Randbedingungen (z.B.: Sommer und Winter) zu untersuchen. Dieses Fahrzeugmodell wurde auch für die Diesel Züge erstellt und zu Beginn der Untersuchungen anhand von Messungen der Dieselzüge validiert, das heißt es wurden die Fahrleistungen der Dieselzüge mit GPS aufgezeichnet und den errechneten Verbrauchsdaten gegenübergestellt, wobei eine Abweichung von kleiner 3 % erzielt wurde. Daher kann der Schluss gezogen werden, dass die Grundkonfiguration des Modells valide Ergebnisse liefert. Untersucht wurden und werden auch verschiedene Betriebsmodi des Wasserstoffzugs wie reiner Brennstoffzellenbetrieb, Hybridbetrieb von Brennstoffzelle und Batterie und der reine zwischenzeitliche Batteriebetrieb. Dabei werden durchgängig möglichst realistische Kenndaten der Komponenten inkludiert, wie bei der Batterie der begrenzte State of Charge (SoC)-Bereich, begrenzte C-Raten und das Verhalten zu verschiedenen Lebensdauerzuständen.
Auch für die Wasserstoffinfrastruktur wurde ein Simulationsmodell aufgesetzt, um Topologien hinsichtlich Kosten (CAPEX und OPEX), Betriebsweisen und auch Zuverlässigkeit untersuchen zu können. Dafür wird am HyCentA das Simulationsmodell HYDRA – Hydrogen Infrastructure Simulation and Optimization Model – eingesetzt, das die Analyse der vielfältigen Potentiale von erneuerbaren, wasserstoffbasierten Infrastrukturen erlaubt. Basierend auf den geforderten Randbedingungen des Zugbetriebs und des zukünftigen Fahrplans im Zillertal wurden mit dem Modell Komponenten und Systeme der Infrastruktur dimensioniert, z. B. Anzahl der Kompressoren, Anzahl Speicher, Speicherdrücke etc. und damit wurden dann Optimierungen beispielsweise hinsichtlich Kosten und Ausfallsicherheit durchgeführt. Eine gut geeignete Anlagenkonfiguration konnte damit erarbeitet werden. Die Genehmigungsfähigkeit und Sicherheitstechnik der Wasserstoffinfrastruktur wurde ebenso mitbetrachtet.
Zusätzlich dazu erfolgten detaillierte Berechnungen des Befüll- und Entleervorgangs verschiedener Wasserstoffspeichersysteme des Zugs. Dabei wurden die im Betankungssystem vorkommenden Komponenten wie Dispenser als Randbedingung, ein Speichermodell, Rohre, T-Stücke und viele weitere Komponenten, die das Druckverlustverhalten im Strömungspfad beeinflussen thermodynamisch abgebildet. Gut geeignete Layouts des Speichersystems inklusive Positionierung im Zug konnten damit identifiziert werden. Ergebnisse dazu wurden auch auf der European Hydrogen Energy Conference 2022 in Madrid veröffentlicht. Parallel dazu laufen Forschungsarbeiten zur Identifikation von Alterungsvorgängen von Brennstoffzellen und die Entwicklung von neuartigen Diagnosemethoden hierfür. Die Betriebsparameter und die Strecke der H2Zillertalbahn wurden bereits am Systemprüfstand im HiL System (Hardware in the Loop) implementiert, wodurch ein virtueller Zugbetrieb und damit Untersuchungen am Prüfstand unter möglichst realitätsnahen Randbedingungen durchgeführt werden können. Darüber hinaus wird aktuell auch am Lebensdauersplit der modularen Brennstoffzellensysteme geforscht, das heißt dass die Betriebsstrategie des Zugs auf die unterschiedliche Alterung der Systeme reagieren kann und dadurch wiederum die Gesamtlebensdauer verlängert wird.
Der aufzubauende Zug-Versuchsträger wird aktuell entwickelt und befindet sich teilweise bereits in der Beschaffung. An Hand des Versuchträgers werden Simulationsmodelle und neue Lösungsansätze des „WIVA P&G HyTrain“-Projektes validiert und Optimierungspotenziale abgeleitet.
Neben den technischen Forschungsarbeiten ist das „WIVA P&G HyTrain“ Konsortium auch laufend bestrebt die Öffentlichkeit und weitere Interessensgruppen über nicht geheimzuhaltende Ergebnisse und Erkenntnisse zu Wasserstoffzügen zu informieren.”
Alexander Trattner HyCentA Research GmbH: “Es konnten im laufenden Forschungsprojekt zahlreiche Ergebnisse und Erkenntnisse erarbeitet werden. Beispielhaft betrifft dies:
Die Fahrzeuguntersuchungen mit dem Simulationsmodell haben eine Topologie eines Hybridantriebs bestehend aus Batterie, Wasserstoffspeicher und Brennstoffzelle identifiziert, der einerseits modular aufgebaut ist und andererseits für die Brennstoffzelle eine reduzierte Dynamik ermöglicht, wodurch die Lebensdauer verbessert werden kann. Für das Wasserstoffspeichersystem des Zugs konnte eine gut geeignete Lösung (Leitungsführung, Speichertypen, Ventile etc.) identifiziert werden, die eine möglichste schnelle und effiziente Betankung des Zugs erlaubt. Die maximal erforderliche Betankungszeit eines einzelnen Zuges beträgt 35 Minuten. Der Wasserstoff wird an Bord in Druckbehältern mit einem Druck von 350 bar gespeichert.
Ebenso konnten für die Elektrolyseanlage und Betankungsanlage in Mayrhofen wichtige Ergebnisse und Erkenntnisse generiert werden. Beispielsweise werden durch Redundanzen der Elektrolyseanlage mit drei Elektrolyseureinheiten Ausfallswahrscheinlichkeiten enorm reduziert. Die Betriebsführung und Dimensionierung der Anlage konnten bereits vorab der Umsetzung optimiert werden. Im Hinblick auf die Kosten hat sich gezeigt, dass ein hybrides Betankungskonzept (kaskadiertes Gasdruckspeichersystem in Verbindung mit Booster-Kompressoren) der kostengünstigste und praktikabelste Betankungsansatz ist. Im Vergleich zu den anderen Anlagenkonfigurationen können mit diesem Ansatz mehrere Millionen Euro bei der Investition eingespart werden.“
Alexander Trattner HyCentA Research GmbH: “Leider hat sich das Umsetzungsprojekt der H2Zillertalbahn auf Grund der kontroversiellen Technologiediskussion im Land Tirol enorm verzögert und daher läuft dort aktuell weiter der klimaschädliche Dieselbetrieb. Damit steht die H2Zillertalbahn als Versuchsträger für „WIVA P&G HyTrain“ nach wie vor nicht zur Verfügung und es wird daher ein vom Umsetzungsprojekt unabhängiger Versuchsträger für die Technologieforschung des „WIVA P&G HyTrain“ Projektes entwickelt und aufgebaut. Teilsysteme werden in Q4/2023 in Betrieb genommen und der zeitliche Betrieb auf der Schiene ist vom Umsetzungsprojekt der H2Zillertalbahn abhängig. Parallel zu den Arbeiten am Versuchsträger laufen die Forschungsarbeiten weiter, so wurden Anschaffungen zu den Untersuchungen der Brennstoffzellenstapel und Systeme getätigt. Die Untersuchungen am Brennstoffzellenprüfstand werden ein nächster zentraler Schritt sein, bei dem experimentelle Erkenntnisse zur Alterung der Zellen im Hinblick auf verschiedenste Betriebsstrategien sowie auch Kaltstartverhalten etc. erarbeitet werden.”
Ass. Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Alexander Trattner, Geschäftsführer und Forschungsleiter des Hydrogen Centers Austria GmbH (HyCentA) an der Technischen Universität Graz
Wasserstoffregion Zillertal – Zillertalbahn 2020+ energieautonom mit Wasserstoff Stand 2018 (Video English)
Projekt “HyTrain”: Leuchtturmprojekt der Wasserstoffinitiative-Vorzeigeregion Austria Power & Gas
Projekt “HyWest”: Flaggschiffprojekt der Wasserstoffinitiative-Vorzeigeregion Austria Power & Gas
Land Tirol: „Wasserstoffbahn im Zillertal: bewusste Entscheidung für Innovation“
