Feasibility study on hydrogen refuelling station for green transition in transportation sector

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:This study provides a comprehensive modeling and optimization framework for hydrogen refueling station design, including Taguchi DOE application.

🏢実務担当者:Corporate teams can use the cost analysis and subsidy impact to assess investment viability for hydrogen refueling infrastructure projects.

🏛政策担当者:The subsidy sensitivity analysis demonstrates the critical role of government support in achieving commercially competitive green hydrogen for transport.

今日、気候変動と環境問題への関心の高まりは、人類と地球の生態系を保護するために、世界のコミュニティからの迅速かつ継続的な対応を必要とする世界的な課題と見なされている。この重要な問題に対処するためには、エネルギー効率の向上、温室効果ガス（GHG）排出の大幅な削減、太陽光や風力などの再生可能エネルギー源（RESs）の利用促進を含む多面的な戦略が必要である。しかし、これらのエネルギー源は、その断続性と変動性のためにエネルギー生産上の問題を提示しており、エネルギーが効率的に貯蔵されない限り、エネルギー需要に追従することを可能にしない。RESsの断続性を克服するための有力な選択肢の一つは、宇宙で最も豊富な元素として知られる水素をエネルギーキャリアとして使用することである。実際、水素の生産と輸送・産業部門の脱炭素化への利用は、欧州連合の2050年のカーボンニュートラル目標の一部である。現在、化石燃料ベースの工業的方法、主にメタン水蒸気改質によって生産される水素の大部分は、長期的なエネルギーおよび環境目標を満たすことができない。RESsを使用した水の電気分解によるグリーン水素の取得は、二酸化炭素（CO2）を大気中に放出せず、進行中のエネルギー転換のための潜在的な選択肢となっている。また、水素は、モビリティおよび暖房部門における化石エネルギー代替に有益であり、多くの産業プロセスは適切な貯蔵システムを必要とする。H2をモビリティ部門で使用するためには、その開発のためのインフラを先進化させ、構築しなければならない。本論文は、乗用車や鉄道列車などの軽量/重量車両に水素燃料を供給するための水素ステーションインフラの経済的実現可能性までのモデリングからシナリオのさまざまな側面を探求し、以下の側面を考慮する： • 1: 水素ガスステーションの動的モデリング、車載車両タンクのタンク間充填の分析。 • 2: スペインの鉄道列車のためのオンサイト水素ステーションの事前実現可能性技術経済評価。 • 3: 軽量商用車のための新しいタグチアルゴリズムアプローチを使用した水素充填プロセスの最適化。 • 4: 水素ステーションインフラに対する政府補助金の影響。 最初のケースでは、H2FILLのソフトウェアを使用してHRSの熱力学的タンク間モデリングが実施され、車載車両タンクの充填性能（最終ガス温度と充電状態（SOC））に対するいくつかの充填パラメータの影響を調査することを目的とした。異なる充填要因を調査するために複数のシミュレーションが実施され、特にH2供給温度がタンク温度とSOCに与える重大な影響が明らかになった。供給温度を-40°Cから20°Cに上げると、最終ガス温度が65.2%上昇し、SOCが9.3%減少する。しかし、2番目のケースでは、スペインの路面電車のための太陽光発電HRSのH2供給コスト動態を評価する詳細な事前実現可能性技術経済研究が、さまざまな運用および財務面を分析して実施された。2.8 MWpの太陽光発電プラントと0.515 MWのPEM電解槽を含むベースケースでは、15年間で7.49 €/kgのH2コストが見込まれた。余剰エネルギーの販売により、コストは2.27 €/kgまで下がる可能性がある。考慮された3番目のケースでは、車載車両タンクの充填中により良い熱物理的洞察を提供することを目的として、プロセスパラメータを最適化するためにタグチ実験計画法（DOE）アプローチが採用された。最後に、本論文は、利用可能なスペイン政府の補助金値（0%から40%）をHRS施設に考慮した経済分析を提示し、補助金値0%から40%に対してH2コストは6.43 €/kgから3.76 €/kgとなり、政府が提供する補助金がグリーン水素技術とインフラを商業的に競争力のあるものにするために不可欠であることを示している。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

Today, climate change and growing environmental concerns are considered worldwide issues that necessitate prompt and ongoing response from global communities to protect humanity and the Earth's ecosystem. A multifaceted strategy that includes boosting energy efficiency, significantly reducing Greenhouse Gas (GHG) emissions, and encouraging the use of Renewable Energy Sources (RESs) like solar and wind energy is needed to address this noteworthy problem. However, these energy sources present an energy production issue due to their intermittency and volatility, which do not allow for following energy demand unless energy can be stored efficiently. One of the compelling options to overcome the intermittency of RESs could be the use of hydrogen as an energy carrier, known as the most plentiful element in the Universe. In fact, hydrogen production and use for decarbonizing the transport and industrial sectors is part of the European Union's 2050 carbon neutrality goal. At the moment, most of the hydrogen produced by fossil fuel-based industrial methods, mostly methane steam reforming, can not meet the long-term energy and environmental goals. Obtaining green hydrogen through electrolysis of water by using RESs does not release carbon dioxide (CO2) into the atmosphere, making it a potential option for the ongoing energy transition. Also, hydrogen can be beneficial for fossil energy replacement in the mobility and heating sector, and numerous industrial processes require proper storage systems. In order to use H2 for the mobility sector, the infrastructure for its development must be advanced and built. This thesis explores different aspects of scenarios from modelling to economic feasibility of hydrogen refuelling stations infrastructure for providing hydrogen fuel to light/heavy-duty vehicles such as passenger cars and railway trains, and aspects considered as: • 1: Dynamic modelling of a hydrogen gas station, analyzing tank-to-tank refuelling for onboard car tanks. i • 2: Pre-feasibility techno-economic assessments of an on-site hydrogen refuelling station for a Spanish railway train. • 3: Optimizing the hydrogen refuelling process using a novel Taguchi algorithm approach for light-duty commercial vehicles. • 4: Government subsidies' effects on hydrogen station Infrastructure. In the first case, a thermodynamic tank-to-tank modelling of HRS was conducted using H2FILL's software, aiming to investigate several charging parameters' effect on the refuelling performance (end gas temperature and State of Charge (SOC)) of the onboard vehicle tank. Multiple simulations were conducted to examine different refuelling factors, notably revealing the significant impact of H2 supply temperature on tank temperature and SOC. Increasing supply temperature from -40°C to 20°C causes a 65.2% rise in final gas temperature and a 9.3% decrease in SOC. However, in the second case, a detailed pre-feasibility technoeconomic study evaluated the H2 dispensing cost dynamics of a solar-powered HRS for a Spanish tram, analyzing various operational and financial aspects. The base case, involving a 2.8 MWp solar plant and 0.515 MW PEM electrolyser, projected an H2 cost of 7.49 €/kg over 15 years. With excess energy sales, costs could drop to 2.27 €/kg. The third case considered, a Taguchi Design of Experiment (DOE) approach was employed to optimize process parameters with the aim of providing better thermo-physical insights during charging of the onboard vehicle tank. Finally, the thesis presents an economic analysis by considering available Spanish governmental subsidy values (0% to 40%) to the HRS facility, resulting in H2 costs of 6.43 €/kg to 3.76 €/kg for subsidy values of 0% to 40%, indicating subsidy funds provided by the government are essential to make green hydrogen technologies and infrastructure commercially competitive.

• openalex https://hdl.handle.net/11367/160318first seen 2026-05-05 07:49:13 · last seen 2026-06-03 04:42:35