EP2908044A2 - Verfahren und Anlagen für eine Gastankstelle zur größenoptimierten Abgabe gasförmiger Gaskraftstoffe an mobile Verbraucher - Google Patents

Verfahren und Anlagen für eine Gastankstelle zur größenoptimierten Abgabe gasförmiger Gaskraftstoffe an mobile Verbraucher Download PDF

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EP2908044A2
EP2908044A2 EP15000124.6A EP15000124A EP2908044A2 EP 2908044 A2 EP2908044 A2 EP 2908044A2 EP 15000124 A EP15000124 A EP 15000124A EP 2908044 A2 EP2908044 A2 EP 2908044A2
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pressure
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filling
shut
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    • F17C2270/0134—Applications for fluid transport or storage placed above the ground
    • F17C2270/0139—Fuel stations

Definitions

  • LPG vehicles converted to LPG have been part of the state of the art since the 1990s. Since the mid-1990s, vehicles that are operated with natural gas (CNG) are increasingly being used in Germany. The use of this fuel is associated with significantly less pollutant emissions than the use of gasoline or even diesel. For example, CNG vehicles emit between 20% and 25% less CO 2 than comparable gasoline and diesel vehicles.
  • CNG natural gas
  • German stock of street legal CNG vehicles is approx. 95,000 automobiles.
  • the street legal stock of 95,000 CNG vehicles consists of approx. 77,000 cars, approx. 16,000 light commercial vehicles, approx. 1,600 buses and approx. 400 special vehicles such as Refuse collection trucks.
  • CNG bus consumes about 50 times as much gaseous fuel as an average CNG car
  • light CNG commercial vehicles consume about 8 times as much
  • a CNG special vehicle about 30 times as much as a CNG car.
  • Passenger Cars this results in a demand of 290,000 passenger car equivalents for the entire German gas fuel market.
  • CNG cars account for approx. 780,000,000 kWh Hi , on light CNG commercial vehicles approx. 1.200.000.000 kWh Hi , on CNG buses approx. 800,000,000 kWh Hi and CNG special vehicles approx. 120,000,000 kWh Hi .
  • Refueling motor vehicles with gas engines usually gaseous natural gas, gaseous bio-methane, a gaseous mixture of these two fuels or in the future also gaseous hydrogen, gaseous ethane, gaseous propane and synthetic gaseous methane (SynMethan) produced from regenerative hydrogen and atmospheric CO 2 as fuel use, therefore, carried out with special refueling technology under high pressures of up to 800 bar.
  • gas fuels are usually produced or processed in a few suitable facilities in central locations, the gas stations are built and operated decentralized at the places of demand as liquid petrol filling stations in more or less large numbers.
  • the filling (mobile) compressed gas tank is technically much more complex the simple pumping of liquids.
  • the example show the previously known EP0653585A1 (Sulzer-Burckhardt AG), EP0995943A2 (m-tec Gastechnologie GmbH), DE19730459A1 (Mannesmann AG), DD282351A7 (VEB Chemieanlagenbaukombinat für-Grimma) and EP1559949 A1 (Gaveco AB). While EP0653585A1 .
  • EP0995943A2 and DE19730459A1 refer to the solution of the temperature problems arising during the filling process want EP15599 49A1 and DD282351A7 solve the problem of refueling time, EP1559 949A1 especially for vehicles with large gas tanks (CNG buses and CNG trucks).
  • this gas treatment plant consists of a gas dryer and a gas filter.
  • the function of the gas dryer is to extract enough moisture from the gas so that the dew point at 200 bar is at least -20 ° C. If this dew point is not reached, hydrates may form in the gas or multi-fuel vehicle, causing malfunctions in winter.
  • the gas is fed into the compressor (compressor, booster), which compresses it to the desired final pressure. Since the operating pressure of the natural gas networks is usually 0.2 bar to 70 bar lower than the target filling pressure of the gas tank to be filled a CNG motor vehicle - this is usually about. 200 bar - the natural gas extracted from the natural gas network must be compressed by means of compressors (compressors, boosters) to at least this nominal filling pressure.
  • the gaseous gas to be filled is passed through a gas supply line (eg a high, medium or low pressure natural gas line) into a compressor which compresses the gaseous gas.
  • a gas supply line eg a high, medium or low pressure natural gas line
  • a compressor one-, two-, three-, four- or even five-stage units can be used. The higher the number of compressor stages connected in series, the lower the required forces, the lower the thermal load of the compressor and the lower its wear, the higher the technical complexity. The higher the pressure in the gas network, the fewer compressor stages are
  • the compressors work against the filling pressure built up in the downstream line or against the downstream gas accumulator (Line or storage pressure).
  • the filling pressure increases the work to be performed per Nm 3 of gas from the compressor.
  • the compression power therefore decreases with increasing backpressure or with increasing difference between inlet pressure and storage pressure.
  • the compression rate is ceteris paribus consequently higher than at the end of the filling.
  • the average mass flow capacity of the compressor is higher when the gas storage to be filled is completely emptied, i. from e.g. 250 bar to a residual pressure of e.g. 5 bar, as if the emptying to a much higher residual pressure of, for example, 200 bar.
  • the compressor has to work on average against a pressure of 127.5 bar, in the latter case against an average pressure of 225 bar.
  • the illustrated power bandwidth of the compressor / s is summarized below to an average compaction performance or to an effective compaction performance.
  • the compressor technology is subject to economies of scale and the specific, related to a Nm 3 gas energy consumption decreases with increasing compressor size
  • the advantage is usually enormous: the kWh el measured power input at a given compression capacity is in large compressors by up to 40% lower than in small and very small compressors.
  • the proportionate expense for maintenance and repairs decreases. For these reasons, hardly any compressors are installed in Germany under a capacity of 100 Nm 3 / h.
  • the compressed gas From the compressor, the compressed gas enters a high-pressure distributor. This controls and regulates the filling of the downstream gas storage as well as the removal of the gas from these gas storages for the purpose of filling the gas or multi-fuel vehicle tanks. Usually, various safety systems are also integrated in the high-pressure distributor.
  • the compressed by the compressor and passed through the high-pressure distributor into the stationary gas storage or gas is stored there until the refueling of a gas or multi-fuel vehicle.
  • the gas storage of several gas containers (so-called bottles), which are interconnected in batteries to so-called memory banks .
  • the gas storage is used to store the compressor work performed by the compressor, ie both the pressurization and the gas storage.
  • the refueling of the gas or multi-fuel vehicle can be done in a very short period of time.
  • the gas fuel is usually delivered via a gas pump to the gas or multi-fuel vehicle.
  • the dispenser may also have indications indicating the quantities of gas dispensed by the gas station and the price charged for these quantities.
  • the entire system technology of the gas filling station has so far mostly been installed and operated in a compact housing made of concrete or sheet metal. Above all, it serves to protect against the weather, the emission of compressor noise and vandalism.
  • the refueling technology described is usually controlled, regulated and monitored by a central gas station control.
  • the compressed gas is stored in the at least one gas storage. If necessary, it can be delivered to a mobile gas tank (eg a gas or multi-fuel vehicle with its compressed gas tank) (cf. FIG. 1 of the DE19650999C1 (Mannesmann AG)).
  • a mobile gas tank eg a gas or multi-fuel vehicle with its compressed gas tank
  • the compressed to up to 200 bar gaseous (natural) gas from the pressurized gas tank of the vehicle is usually performed via a pressure reducing valve and a mixture control module to the cylinders of the internal combustion engine. There It is converted by combustion into mechanical drive energy and into heat as in gasoline or diesel technology.
  • the sequence in the multi-stage gas storage is then as follows: First, the first gas storage is connected to the mobile gas tank. It flows as long as gas into the mobile gas tank until the pressure in both containers is the same. Depending on how large the geometric volumes of the first gas storage tank and the mobile gas tank (vehicle tanks) are, how much residual gas with which residual pressure is still contained in the mobile gas tank and how high the storage pressure in the first gas storage is, a certain compensation pressure arises.
  • This balancing pressure typically amounts to 120 bar at an outlet pressure of 250 bar.
  • the line between the first gas storage and the mobile gas tank is closed and the line to the second gas storage opened with its pressure of 250 bar.
  • gas fuel flows over, until on new, higher Level has set a pressure equalization. This is typically 185 bar.
  • the line from the second gas storage is closed, then the line is opened by the third gas storage, which is initially also under a pressure of 250 bar.
  • the third pressure equalization takes place at approx. 200 bar, the target nominal filling pressure of the mobile gas tank (vehicle tanks).
  • gas station 1 Although the type of gas station 1 described below has established itself as the standard in Germany with a market share of over 95%, the gas filling stations can in principle have very different designs, sizes and modes of operation and thus also properties. To solve the above-described and as yet unsolved chicken-and-egg problem, the different characteristics of the various gas station types are of central importance. Especially in the context of a relatively small and slowly growing gas vehicle fleet, the differences in properties are of high relevance, at least in Germany. The various gas station types are therefore described in detail below.
  • Gas stations generally comply with one of the 7 types of service stations listed below.
  • the conventional public gas filling station supplied with natural gas or hydrogen or BioMethane or SynMethan or with a corresponding mixed gas via a gas pipeline network represents the type 1 gas station .
  • This type 1 is structurally connected to the ground and therefore fully stationary. It can not simply be dismantled and rebuilt elsewhere. Over 95% of the gas stations operated in Germany correspond to this type 1, which is constructed as described above.
  • the compressor compresses the gas to be filled to a pressure substantially above the filling pressure of the gas tank to be filled, because the gas flows only from the gas storage in the mobile gas tank, if there is a corresponding pressure gradient. Since the pressure in the gas storage decreases steadily during the filling process, the gas storage pressure, especially at the beginning of the filling, must be considerably higher than the filling pressure of the mobile gas tank. For reasons of technical and economic complexity, the compressor is usually designed in such a way that it requires considerably more time to fill the gas reservoir than the filling of the mobile gas tank takes. That is, in gas stations, i.d.R. only the gas storage the gas to be filled ready.
  • pressurized gas reservoirs are usually connected downstream of the compressors, which if necessary are operated in multiple stages, so that gas-powered vehicles such as petrol and diesel vehicles using liquid fuels can be refueled within minutes.
  • the size of the gas filling stations is determined less by the number of dispensers than by the performance of the compressor and by the capacity of existing from a different number of individual cylinders memory banks.
  • the compressor capacities measured in Nm 3 gas / h determine which daily number of refueling operations can be performed or which number of customers can be supplied. As demand fluctuates and there are times of day when no or few vehicles drive to the gas filling station when the storage banks are full, the compressor does not run all day.
  • the experts usually assume that the compressors on average Run only 12 hours per day and that this 50% partial performance determines which number of customers can provide the appropriate gas station permanently with gas fuel. The remaining 12 hours are usually required to cover any peak demand.
  • a German CNG car consumes an average of approx. 10,000 kWh CNG or approx. 1,000 Nm 3 of (gas) fuel, which, when using CNG-H, results in a gas mass of approx. 800 kg and when using CNG-L a gas mass of approx. 780 kg.
  • CNG-H results in a gas mass of approx. 800 kg
  • CNG-L a gas mass of approx. 780 kg.
  • a gas filling station with an (average) compression capacity of 103 m 3 / h can compress a quantity of gaseous fuel of 1,236 m 3 or 12,360 kWh Hi per day and a gas fuel quantity of 4,450,000 kWh Hi per year. This amount is enough to supply 445 car equivalents permanently with gas fuel.
  • the gas storage capacity downstream of the gas compressor determines how many gas or multi-fuel vehicles can be refueled in rapid succession, one after another, or at one peak load hour.
  • the (geometric) storage volume at the German gas filling stations is approx. 2,240 liters or 2.24 m 3 .
  • the real gas factor (compressibility factor Z) for methane naturally consists of 80% to 99% methane
  • 2.24 m 3 x 250 bar x 1 / 0.90 approx. 622 m 3 gas and thus approx. 6.220 kWh Hi are stored.
  • the filling pressure of the CNG motor vehicle's full tanks is usually 200 bar, ie only one part, namely a pressure difference of 50 bar, is used by the filling pressure of the storage banks, which is at 250 bar.
  • this pressure difference results in a given gas volume of 2,240 liters for a gas volume difference of approx. 112 m 3 gas (1,117 kWh Hi ) and taking into account this factor to a gas volume difference of approx. 124 m 3 gas (1,240 kWh Hi ). That is, with one with 250 bar filled memory bank with a geometric storage capacity of 2,240 liters, 6.8 car equivalents can be refueled directly in series, each with 182 kWh Hi .
  • the average compressor with its capacity of 103 m 3 gas / h can reach approx. 103 m 3 to a pressure of 250 bar.
  • the smallest of the gas refueling stations built by Schwelm are 3 filling stations with a compaction capacity of 15 Nm 3 / h, 2 filling stations with a compaction capacity of 20 Nm 3 / h and 1 filling station each with a compaction capacity of 25 Nm 3 / h, 26.5 Nm 3 / h, 27 Nm 3 / h, 30 Nm 3 / h and 33 Nm 3 / h. Almost all of these 10 smallest gas stations were built in 2001 and earlier.
  • the smallest Schwelm gas filling station compresses in daily 12-hour operation with an availability of 360 days per year (this corresponds to an availability of 98.6%) annually approx. 64,800 Nm 3 gas to the filling pressure of at least 200 bar.
  • a (lower) methane calorific value of 9.971 kWh Hi / Nm 3 this corresponds to an amount of energy of approx. 646,000 kWh Hi / a.
  • an average annual consumption of approx. 10,000 kWh Hi / Pkw can the smallest Schwelm gas filling station in normal operation so approx. Supply 65 car equivalents.
  • Such small gas stations are not built since 2002.
  • the gas filling stations built in 2010 ff. With their compressor capacity of 134 Nm 3 / h, can boast approx. Supply 577 car equivalents with CNG.
  • the demand is for the 800 gas stations, which do not supply CNG buses, but on average only approx. 223 car equivalents (see above), ie the compressors of the average German car gas filling station are at industry standard 12-hour operation only to approx. 39% utilized.
  • the petrol station manufacturer Bauer-Kompressoren built more than 100 miniature gas stations of the type Mini Fuel Station (MFS) in the years 1997 to 2000.
  • the three compressor types used have a delivery capacity of 16.9 to 12.6 Nm 3 / h and 43.7 to 34.7 Nm 3 / h and from 51.5 to 30.0 Nm 3 / h. With a filling pressure of 250 bar and a memory bank idle pressure of 200 bar, they promote an effective average of approx. 13.0 Nm 3 / h or approx. 35.6 Nm 3 / h or approx. 32.2 Nm 3 / h.
  • the Bauer compressors can meet a demand for gaseous fuel of 560,000 kWh Hi or 1,533,000 kWh Hi or 1,387,000 kWh Hi Demand of 56, 153 and 139 car equivalents, respectively. That is, the smallest Bauer gas station is on the supply of at least approx. Targeted at 56 car equivalents. In this catchment area / customer base and at approx. 55 refueling per car equivalent per year results in a refueling frequency of approx. 8.6 refuelings per day.
  • the smallest filling station of the gas station manufacturer Greenfield is designed with a compression capacity of 80 - 150 Nm 3 / h for 53 to 100 car refueling per day, ie this still relatively large filling station type provides approx. 345 to 650 car equivalents.
  • the average capacity of newly installed memory banks in the new gas filling stations increased from 1,640 liters in 2002 to 2,470 liters in 2008, 2,250 liters in 2009 and 2,430 liters in 2010.
  • the operators of the gas filling stations have thus currently adjusted to a peak demand of approx. 7 - 14 refuelings directly after one another or to a peak demand of approx. 9 - 18 refuelings in 1 hour.
  • the gas station type 2 is the non-public garage or home gas stations, which are connected to the domestic gas line.
  • the gas is taken from this domestic gas line, compressed with a (relatively small) compressor and fed without intermediate storage via a refueling hose and a gas-tight coupling directly into the pressure tank of the gas or multi-fuel vehicle.
  • the gas pressure is monitored by a pressure sensor, which is usually located between the compressor and the clutch. Since the refueling process is very slow (this refueling mode is also called "slow fill"), the gas pressure measured between the clutch and the supercharger corresponds approximately to the gas pressure in the pressure tank of the gas or multi-fuel vehicle.
  • the now extinct EP0356377 (Greenfield AG) describes such a non-public home gas station.
  • the Phill unit is fastened to the garage wall with a few screws and connected to the domestic gas line as well as to the domestic power supply. It can be disassembled relatively easily.
  • the Phill unit has an average delivery rate of approx. 1.1 kg / h. Since for CNG cars the usual refueling amount for an average refueling process is about 20 Nm 3 or about 14.4 kg CNG and the gas station does not use memory, the car to be refueled has to be refueled with CNG for about 13 hours stay connected to the home gas station. During this time, the CNG vehicle is not available to the user, unless he decides to drive off with a tank that is only partially filled.
  • a home gas station of this type could cover the gas fuel requirement of up to 8 passenger car equivalents with a running time of 12h / d, but refueling would not be driven by demand but by supply.
  • a home gas station with the above-described compression capacity could supply up to 4 passenger car equivalents with a time delay of gas fuel.
  • the total specific petrol station costs related to the kWh gas are approximately 200% to 300% higher than the full costs arise during the operation of large filling stations.
  • the manufacturer BRC Fuelmaker offers the compressor models FMQ-2, FMQ-2.5 and FMQ-2-36, which usually work without memory, but with 2.5 Nm 3 / h to 4.3 Nm 3 / h (in the effective average 3.4 Nm 3 / h) has a higher compression capacity.
  • Smaller and medium-sized non-public depot or liquefied petrol stations represent type 3 gas station . These function like home gas stations , but due to the higher number of gaseous gas fueled CNG vehicles, compressors with higher compression capacity are used. In addition, gas storage can be used. There are many different ways of storing gaseous fuels for this type of refueling station so that the refueling times can be adapted to the requirements of the respective gas or multi-fuel vehicle fleet.
  • the requirement for refueling with CNG for gas station type 3, as for gas station type 2, is the connection to the natural gas grid.
  • this type of filling station are the small FMQ models of the Italian manufacturer BRC Fuelmaker, namely the FMQ-2, FMQ-2.5 and the FMQ-2-36, as well as the large FMQ models of the manufacturer BRC Fuelmaker, namely the FMQ-10 and FMQ-8-36 (10.3 Nm 3 gas / h to 17.0 m 3 gas / h), as well as the tapping point FP 1-M / TA of the manufacturer Bauer compressors in conjunction with the small compressor 120 - 5.5 (12.6 Nm 3 / h - 16.9 Nm 3 / h) and a memory bank of any size (eg Bauer B2000 for outdoor installation or Bauer B1920 for integration into a building).
  • the gas or multi-fuel vehicles to be refueled return to the location before their gas tank is emptied, so that it is not necessary to start up at a public gas filling station.
  • the CNG vehicles can be of any type, including CNG cars, light CNG utility vehicles, heavy CNG commercial vehicles, CNG buses and CNG special vehicles such as CNG refuse collection vehicles and forklifts.
  • type 4 petrol station For type 4 petrol station, the relatively small type 3 public network system for public use will be supplemented by a calibrated dispenser with flow meter and an indication of the unit price, the quantity refueled and the final price. Possibly. It also adds an automated payment option and increased ex-zone protection, which also acts as vandalism protection.
  • This type of gas station is known from Canada and the USA.
  • gas storages are mandatory (see FIG. 17, the gas pump not being shown in FIG. Their size depends on the number of gas or multi-fuel vehicles, which advance within the time for refueling, which requires the compressor to replenish the gas storage to the gas tanked amount. Assuming an average running time of 12 h / d, for example, the compressor type BRC Fuelmaker FMQ-2-36 with its effective compression capacity of 2.7 Nm 3 / h (compression of the gas in the gas storage tank to 248 bar, emptying the gas storage tank to approx cash) and 360 days per year to supply up to 15 car equivalents with gas fuel.
  • the compressor type BRC Fuelmaker FMQ-8-36 can with its effective compaction performance of approx. 11 Nm 3 / h (compression of the gas in the gas storage tank to 248 bar, emptying of the gas storage tank to approx. 200 bar), eg with a running time of approx. 12 h / d with gas fuel for up to 60 car equivalents.
  • the gas station type 5 is represented by small mobile complete gas stations, such as the company BRC Fuelmaker currently manufactures and markets with its model Shark. Despite its compactness, this type 4 has a modular design and can be supplied with various memory banks. Since the compressors operate oil-free, the maintenance costs are relatively low. Nevertheless, it still requires a connection to the natural gas grid.
  • the Shark model from BRC-Fuelmaker is particularly suitable for low inlet pressures of 17 to 200 mbar, which prevail in the natural gas low-pressure network.
  • the Shark model from BRC-Fuelmaker is particularly suitable for low inlet pressures of 17 to 200 mbar, which prevail in the natural gas low-pressure network.
  • the particular advantage of this type 5 is the mobility of this gas station. Except for the connection to the natural gas pipeline network, all modules and components of the gas filling station are integrated in a single concrete housing. After capping the connection to the natural gas pipeline network, the filling station can be quasi hooked, transported by truck somewhere else, and resumed operation there after connection to the local natural gas network, without having to take major structural measures. Nevertheless, the stock in Germany is currently zero.
  • the gas station type 6 represent parent-subsidiary systems, wherein the mother station can also be a gas filling station at the same time.
  • the main purpose of the mother station is the filling of at least one mobile memory bank (gas storage) for the purpose of supplying gas to vehicles located in places / regions without connection to the natural gas grid.
  • the at least one mobile memory bank can have different sizes, depending on how many compressed gas cylinders are integrated in it. It is filled like a very large (mobile) vehicle tank with gas and usually brought by truck to a subsidiary station that is not connected to a natural gas network. Often, however, the filling pressure is not only 200 bar, as in filled vehicle tanks, but 250 to 300 bar or even more. The geometric volume of the memory bank is better utilized by the higher pressure.
  • the Italian manufacturer BRC Fuelmaker markets such Type 6 systems.
  • the gas transport by storage tank and truck is technically more complex than the gas transport by pipeline, not least because approx. 95% of the transport weight consist of steel bottles and only approx. 5% from natural gas.
  • Germany with a length of approx. 400,000 km has a relatively dense natural gas network and the transport of natural gas by bottle or by storage is technically more complex and costly, the German gas industry has renounced the use of parent-subsidiary systems. At most for special events such. Car racing with CNG cars uses mobile memory banks. In Sweden, which has only a rudimentary natural gas network, such parent-subsidiary systems are used to supply decentralized gas stations.
  • the daughter stations are available in three different design or functional versions.
  • gas station type 6a the mobile multi-cylinder storage bank at the subsidiary station provides the gaseous fuel with no downstream compressor and no downstream storage bank. There is only one pressure reducer. The daughter station is thus without a compressor.
  • DE10206502C1 (DaimlerChrysler AG) describes such a type of compressed gas plant with a plurality of compressed gas containers, in which the compressed gas containers are arranged in a common holding frame and connected to a provided with a common shut-off valve common gas channel.
  • the advantage of this daughter-station variant consists in the avoided technical effort for the compressor or compressors (booster). Instead of the avoided technical effort for the booster, however, the effort associated with the truck transport of mobile storage banks occurs, so that the transport costs over a certain transport distance overcompensated for the capital and operating costs for the booster saved and thus no saving effect is given.
  • a mobile, installed on a truck first pressure accumulator battery can be used to (mobile and immobile) decentralized second gas storage to fill after their (partial) emptying. This can be done with and without the use of a mobile, carried out on the truck or on the mobile first accumulator battery compressor.
  • a part of the work done by the compressor is lost in a disadvantageous manner as a result of the unavoidable partial expansion of the recirculated gas.
  • the subsidiary station is equipped with a simple stationary compressor (booster). Since this type of compressor requires a relatively high input pressure of, for example, 30 bar, the mobile or refillable stationary storage bank upstream of it can only be emptied to a residual pressure of approximately 30 bar, which is significantly better than the residual pressure of 200 bar, as described in US Pat Type 6a is achieved. Ceteris paribus this requires less frequent changes of mobile memory or less frequent refilling of stationary memory than at daughter stations without booster. Nevertheless, there is a technical and economic burden on the procurement and operation of the booster.
  • boost simple stationary compressor
  • the booster is followed by one or more banks of memory in this daughter type, which may have after appropriate booster filling between one and two, sometimes up to four pressure levels.
  • the number of pressure levels depends on the capacity of the booster, the booster capacity in turn depends on the (still) contained in the mobile storage gas pressure.
  • the purpose of the multi-stage operation of the gas storage system is the fastest possible filling of the gas or multi-fuel vehicle tanks.
  • DE19650999C1 Mannesmann AG
  • the gas to be filled with a low inlet pressure into a first compressor, brought with this to an elevated pressure, cached with the increased pressure in a first gas storage, from there into a second compressor, with this on a brought further increased pressure level and passed through a second gas storage to a tap system essentially corresponds to this type 6b.
  • the only difference of type 6b to the prior art system of DE19650999C1 is the feature that the first gas storage is mobile.
  • the Italian manufacturer BRC Fuelmaker offers a booster that comes with a Current consumption of 15 - 18 kw el typically between 100 Nm 3 / h (input pressure 30 bar) and 1,000 Nm 3 / h (input pressure 250 bar) can bring to 300 bar.
  • a booster is also the use of one of the in DE19916385C2 (Mannesmann AG) and DD115528A1 (Greer Hydraulics Inc.) described gas storage systems in which the gas storage each have two separate sub-volumes.
  • the partial volumes are separated from one another by a wall which can be changed in position and / or size, so that the content of both partial volumes can be changed.
  • a liquid pump liquid or gas can be pressed into one part of the shared gas storage with the result that the gas is displaced in the other part of the gas storage and / or that increases the gas pressure.
  • the German patent DE915696 (BV ARAL AG, application 31/05/1944, announcement 24/12/1953, publication 16/6/1954) describes a refueling of motor vehicles with gas fuel by means of "portable storage batteries, each at the gas station (meaning the location of the stationary compressor; Verf.) Were filled in order then in turn to refuel the bottles (meaning the mobile pressurized gas tanks, the author) of the car ".
  • the DE915696 (BV ARAL AG) displaces the existing after a pressure equalization with the mobile gas tank gas in the storage batteries by means of a "suitable liquid".
  • the gas compressor is replaced by a liquid pump, which is less expensive in terms of plant engineering and can work more efficiently than a gas compressor. Due to the displacement of the gas by a "suitable liquid", the amount of gaseous fuel unused in the portable containers is reduced to up to 3%.
  • DE102007049458A1 (Applicant: MAN Nutzweakenede AG, Inventor: Prümm, also referred to below as the Prümm process) takes up this idea, which eliminates the partition wall between the two partial volumes in the gas storage, for use in vehicles, in particular in diesel vehicles.
  • a compensation liquid is used, in which the gas can not dissolve.
  • the equalizing liquid is pumped by means of a liquid pump from a liquid container into the at least one gas reservoir.
  • a type 6b subsidiary station is advantageous if the number of refueling or the degree of supply has reached such a level that the technical complexity of the truck transport for the procurement of mobile storage, the technical complexity of the purchase and operation of a Booster exceeds. In which degree of care this is the case, according to new knowledge of the inventor depends multifactor on the general framework conditions and the specific framework data of the affected subsidiary station. Due to the complexity of the calculation i.d.R. an EDP-based simulation program can be used.
  • the subsidiary stations are equipped with double compressors (BiBoosters) and downstream memory banks.
  • BiBoosters double compressors
  • Advantage of this variant is that the mobile memory bank down to a residual pressure of approx. 5 bar can be emptied, which ceteris paribus reduces the number of mobile memory banks.
  • Disadvantages of this variant of the daughter station are the higher technical complexity of a second, the first upstream booster and the higher technical complexity of a higher power consumption.
  • gas station type 6c is conceivable to replace the BiBooster and the at least one memory bank by a compressed gas storage facility, which operates according to the Prümm method described above.
  • a compressed gas storage facility which operates according to the Prümm method described above.
  • Both the pressurized gas storage system operating according to the Prümm method and a type 6c gas filling station equipped with a BiBooster manage, instead of merely approx. 33% or 40% over 90% of the stored or transported gas to use.
  • the Italian manufacturer BRC Fuelmaker offers a BiBooster, with its electrical capacity of 37 kW el to 55 kW el is a typical example, in the already mentioned DE19650999C1 is described. At an inlet pressure of 5 bar, this BiBooster compresses approx. 100 Nm 3 / h to 300 bar and at an inlet pressure of 250 bar approx. 3,000 Nm 3 to 300 bar.
  • AGA Gas AB a subsidiary of Linde AG, is familiar with the type of gas station 7 (see Ragnar Sjödahl, "LBG Infrastructure in Sweden", AGA Gas AB, www.biogasmax.eu/media/4t2_biogasmax_goeteborg_rs_ 096140200_0657_30092009.pdf).
  • the gas fuel is liquefied after production (BioMethan) or after removal from the gas network (natural gas) and after any interim transport at a central location and thus converted into Liquefied Natural Gas (LNG) or in Liquefied BioMethane (LBM) ,
  • LNG Liquefied Natural Gas
  • LBM Liquefied BioMethane
  • the liquid gas is transported to at least one subsidiary station, usually by truck.
  • a compressor removes the LPG from the liquefied gas tank, compresses it, and passes the compressed LPG through a heat exchanger.
  • Heat exchanger takes the compressed liquid gas heat from the environment, making it gaseous.
  • the gaseous, under an elevated pressure (usually 280 bar to 300 bar) standing gas is temporarily stored in a memory bank, which is connected downstream of a pump.
  • the gas tanks of gas or multi-fuel vehicles are filled, usually with a filling pressure of 200 bar.
  • the liquefied, under moderate pressure liquid gas with a corresponding compressor is only slightly further compressed and filled without intermediate storage by means of a liquid gas dispenser directly into the liquefied gas tank of a LNG vehicle.
  • the gas station-type mother-and-daughter systems 7 use liquefied natural gas or liquefied natural gas substitutes.
  • liquefied natural gas less energy is used in the production and conversion process, and in addition to the approx. 3.5 t of gaseous gas can be transported up to 20 t of liquid gas, because the tare weight is up to 16.5 t lower.
  • high-pressure steel gas cylinders weigh much more than liquid gas tanks. The liquefaction of the gas is therefore particularly advantageous when transport routes to the subsidiary stations are (must) be traveled, which are so far that the transport cost savings are higher than the additional costs of (natural) gas liquefaction.
  • DE29816811 U1 (Wiedemann) refers to the storage of flammable fuel gases such as natural gas and hydrogen in a gas storage, which is able to change its geometric volume.
  • Such an LPG module may optionally be used in any of the types of gas stations described above. However, this does not change the fact that the field of disclosure presented here, the optimized delivery of gaseous gas fuels from compressorless memory banks to mobile consumers, is not affected.
  • EP1559949A1 (Gaveco AB) describes a method and system for refueling gas vehicles and redesigning a gas tank to be installed in gas vehicles, but not a method or system for optimally delivering gaseous gaseous fuels from compressorless memory banks to mobile consumers.
  • DE102008007928A1 discloses a method of charging a mobile gas tank with pressurized hydrogen gas, but not a method or system for optimally delivering gaseous gaseous fuels from compressorless memory banks to mobile consumers.
  • the invention is therefore based on the object of solving the hen-egg problem and the cannibalization problem existing in Germany, as well as providing technical refueling solutions (new methods and plant configurations) which, with relatively little technical and economic outlay, even gas or multi-fuel vehicles be supplied with gaseous gaseous fuel, if the number of stationed in the catchment area of a gas station gas or multi-fuel vehicles is low or very low.
  • technical solutions have to be defined that guarantee a gas fuel distribution to the approx. 4,100 (the required 5,000 minus the gas filling stations already installed at 900 locations) of German locations that have so far not had a filling station for gaseous gas fuels.
  • none of these disclosures is directed to minimizing the technical equipment, particularly of small gas filling stations, and to compensate for the reduced technical equipment through intelligent control of the refueling operation and through optimized use of the geometric gas storage volume, particularly not in the sales volume range of less than 640,000 kWh Hi per gas filling station and year ,
  • the inventive on the adaptation of the filling station technology used to the (initially low) gas station specific and gas station cross-cutting customer gas fuel demand-oriented method for refueling mobile gaseous fuel consumers consists first of all in a quantity-specific optimization of the plant and energy costs.
  • a new refueling and a new refueling system disclosed see claims 1 and 2 to 5 and claims 6 and 7 to 10), which provide the use of not connected to the natural gas network, compressorless subsidiary stations as gas stations, the Emptying of the supplied gas storage tank is maximized by means of a plurality of cascaded pressure stages.
  • this sub-type gas station type 6 can in a very advantageous manner refueling to relatively low specific Provide full costs - also and especially in locations with strongly below-average sales.
  • the circuit diagram of FIG. 2 rather, has the purpose of minimizing the work to be performed by the compressor and the loss of work of the compressor due to gas expansion (cf. DE19650999C1 Column 4 lines 46 to 57 as well DE19650999C1 Figure 4 curve b).
  • the first gas or multi-fuel vehicle empties the first gas cylinder, taking into account the thermodynamic real gas factor (compressibility factor) for methane to a residual pressure of approximately 135 bar and the second gas cylinder to a residual pressure of approximately 208 bar.
  • the residual pressure of the first gas cylinder could not be used because it is already below the target filling pressure of the pressure tank of the gas or multi-fuel vehicle, which usually rd. 200 bar. This is different in an advantageous manner in the parallel connection.
  • the second gas or multi-fuel vehicle can at least partially be filled from the first gas cylinder.
  • a new residual pressure of approx. 74 bar is established after pressure equalization.
  • the subsequent filling of the compressed gas tank of the second gas or multi-fuel vehicle from the second gas cylinder results in this after the pressure equalization a residual pressure of about 126 bar.
  • the third gas cylinder must be tapped. Their residual pressure is after the complete refueling of the 2nd gas or multi-fuel vehicle still about 196 bar.
  • the third gas or multi-fuel vehicle with its emptied to a residual pressure of 20 bar tank is first filled according to the inventive method from the 1st gas bottle, the residual pressure of 74 bar after the pressure equalization back to about 47 bar.
  • the following filling of the tank of the third gas or multi-fuel vehicle from the second gas cylinder drops its residual pressure after pressure equalization from approx. 126 bar to approx. 83 bar.
  • the subsequent changeover to the third gas cylinder fills the compressed gas tank of the third gas or multi-fuel vehicle with approx. 158 bar and leaves the third gas cylinder with just this residual pressure of approx. 158 bar.
  • For complete filling is switched to the 4th gas cylinder, which brings the compressed gas tank of the third gas or multi-fuel vehicle to 200 bar and then still has a residual pressure of about 200 bar.
  • the residual pressure of the first gas cylinder drops further from about 47 bar to about 32 bar, the residual pressure of the second gas cylinder of about 83 bar to about 53 bar, the residual pressure of the 3rd Gas cylinder of approx. 158 bar to about 84 bar and the residual pressure of the 4th gas cylinder from about 200 to about 129 bar.
  • the residual pressure in the gas cylinders continues to decrease with each gas or multi-fuel vehicle to be refueled, but never further than the (lowest) residual pressure in the tank of the mobile consumer, in particular the gas or multi-fuel vehicle tank.
  • the residual pressure of the first three gas cylinders in this calculation example after the 12th refueling decreased to 20 bar. It then amounts to 21 bar in the 4th gas cylinder, 24 bar in the 5th gas cylinder, 29 bar still in the 6th gas cylinder, 37 bar still in the 7th gas cylinder, and 45 bar in the 8th gas cylinder 9.
  • thermodynamic real gas factor compressibility factor
  • the advantage of the relatively low investment volume is also used to expand the gas station infrastructure. Now a location for a few tens of thousands of euros can be provided with a first possibility for refueling with gas fuel.
  • Another advantage is that the installation of a compressorless subsidiary station is very fast compared to the construction of a public gas station, there is neither civil engineering nor is a power cable for the most power-intensive compressor required.
  • the systematic use of the type 6a filling station technology according to the invention has the first advantage that no connection to the natural gas grid is required.
  • the laying of a natural gas pipeline even if only laying a more or less short spur line, can be omitted. This saves construction costs and, above all, time.
  • significantly more sites are eligible for the construction of the public gas station, as if in the site search consideration should be taken to the existence of a natural gas grid exit point.
  • the second advantage of the systematic use of the type 6a refueling technology according to the invention is the relatively low investment volume: a public gas filling station can be set up without having to install complex and expensive compressor technology.
  • the compression is rather centrally by a large and efficient compressor of a mother station, the gas can not only compress more efficient than a decentralized compressor of small or medium power class, but usually due to the much higher power consumption also comes to enjoy a lower cost of electricity.
  • the resulting specific kWh gas electricity cost savings and the saved depreciation and capital cost of the decentralized compressors overcompensate for the cost of trucking the loaded memory banks from the mother station to the subsidiary station or multiple subsidiary stations.
  • This second advantage of the type 6 refueling technique is further improved when the above-described sub-type refueling technique according to the invention is used, in which the emptying of the reservoir of the subsidiary station is maximized by its multi-stage operation (see claims 1 and 6).
  • An advantageous consequence is, as described above, that the specific full costs per kWh Hi still go back further than when using only compressorless subsidiary stations.
  • the appropriateness of the selected size of the gas storage facility can be read off in its geometric volume, which should be as small as possible (see claims 5 and 10), and / or on the number of (standard) gas cylinders used, which should also be as small as possible.
  • the design according to the invention of the construction of the gas filling station infrastructure has the particular advantage that the respective filling station operator does not have to invest in uncertainty in filling station infrastructure. Due to the lower break-even sales, the (simple) gas filling station can be set up even if only a relatively low demand has been shown. This advantage can not be overestimated, as it enables the construction of a complete refueling infrastructure and a nearly organic one Growth by itself without the need to undertake very substantial upfront investments, which are usually associated with great uncertainties and therefore can only be undertaken by very well funded companies.
  • the overriding aim of the invention is to build a gas station infrastructure for the physical distribution of new, petroleum-independent, absolutely THG-free, not in area competition with food production standing (!), Sustainably produced gas fuels with the lowest possible upfront investment and financed by the operator (See the disclosures DE10 2010017818A1 and WO2011101137A1 of the inventor) and thus to make it independent from the existing (fossil) CNG distribution structures, whose operators often have (fossil) self-interests that conflict with the interests of marketers of innovative fuels.
  • the new petroleum-independent and at the same time GHG-free gas fuels should thus be helped to make a breakthrough.
  • GHG-reduced bioMethane and SynMethan can be brought to virtually any place in Germany (physically distributed), but also and in particular developed by the inventor petroleum-independent and absolute GHG -free gas fuel methane ZeroEmission (see disclosures DE102010017818 A1 and WO20 11101137A1 of the inventor). This approach avoids overinvestment, but still ensures a full supply.
  • the triangular curve shows the relative infrastructure costs of a medium - sized gas filling station of Stadtwerke Esslingen (whose data were submitted to the essay by Rilling "costs and prices at natural gas filling stations" of the journal for municipal economy, issue 11/2005, page 6 and the squares curve shows the relative infrastructure costs of a typical large type 1 gas filling station, where infrastructure costs are understood to be operating costs excluding gas procurement costs.
  • the filling station operators installed - so far in the section above "state of the art" represented - so far always larger gas station technology. It was forgotten that the low cost has large sales volumes as a condition. If these do not materialize, the operators of large gas stations get into the left, steeply rising part of the FIG. 1 indicated cost curves. Even with medium-sized gas station technology, the infrastructure cost rates already break the critical 2 cent line for less than approx. 450 car equivalents and the 3 cent line for less than approx. 220 car equivalents.
  • FIG. 2 shows in a simplified block diagram the simplest design of a type 6 gas station. Shown are only the system modules that are essential for the subject. These essential parts comprise a natural gas pipeline network with an exit point, a mother station with a (large) compressor, at least one mobile gas storage, at least one subsidiary station each with at least one dispenser with refueling hose and tap, at which at least one gas or multi-fuel vehicle refuels becomes.
  • the at least one mobile, under high pressure of up to 350 bar standing gas storage is at the subsidiary station discontinued and connected to this. There is no further pressure increase in the subsidiary station. It is only so much gas in the tank of the gas or multi-fuel vehicle admitted until the target pressure of 200 bar is reached. When the gas pressure in the mobile gas storage has dropped below 200 bar, this partially emptied mobile gas storage is replaced by a full mobile gas storage.
  • the mobile gas storage consists of a plurality of compressed gas tanks, preferably from standard compressed gas cylinders, wherein the individual pressure stages are not connected in series but in parallel.
  • the parallel connection allows individual access to each individual pressure stage, which makes the method according to the invention possible.
  • the pressure stage 1 of the gas storage system of the gas filling station can be emptied by the inventive connection of the individual pressure levels on the pressurized gas tank to be refueled the mobile consumer without the use of a compressor (compressor) approximately to the lowest pressure level, which is delivered in the form of a pressurized gas tank to be refueled , That is, the corresponding storage tank or the corresponding pressure level of the gas storage system of the gas filling station can be emptied by a multi-stage circuit approximately to the pressure prevailing in the compressed gas tank of the mobile consumer pressure level, ie up to 10 bar and below (s.o.). That's against. the hitherto usual emptying of great advantage (s.o.).
  • FIG. 3 shows a schematic diagram of the essential actions and course for a multi-stage operation of a compressorless subsidiary station of a mother-daughter system for multi-stage refueling of mobile consumers, especially gas or multi-fuel vehicles.
  • the gas delivery system is prepared, by a measured at short intervals and a corresponding logging (storage) of the ambient temperature.
  • the ambient temperature is required in order to be able to extract the correct compressibility factors from known, temperature-dependent tables, which in turn are required in order to be able to determine the respective boundary conditions (gas temperature, Pressure level of the gas reservoir (s), residual pressure of the pressure tank of the mobile consumer etc.) to be able to calculate the highest permissible nominal filling pressure.
  • the (electronic) control of the gas delivery system goes into a waiting loop and waits for the beginning of the (next) refueling process.
  • the fueling process begins with the removal of the fuel nozzle (the tap) from the holder in the pump. After removal of the fuel nozzle from the holder and the pressure-resistant connection of the empty gas vehicle tank GFT of the mobile consumer (gas or multi-fuel vehicle) with the refueling system (by tap and dispensing nozzle of the refueling system) is first checked whether a relevant in Zapfschlauch or in the connecting line Pressure of eg 3 bar can be established. Thus, it is checked whether the dispensing system is in order. If this is the case, the residual pressure p GFT still present in the gas or multi-fuel vehicle tank GFT is measured.
  • the valve to the gas storage GS-1 is opened until pressure equalization DA b) at the same time the gas flowing through or mass and c) the (rising) pressure p GFT in the gas or multi-fuel vehicle tank GFT is still measured.
  • the valve to the gas reservoir GS-1 usually remains open until the pressure equalization DA between the gas storage and the gas or multi-fuel vehicle tank GFT, unless the maximum permitted filling pressure calculated from the ambient temperature and a safety discount is reached in advance. In this case, the valve closes before the complete pressure equalization, ie, in the gas storage tank GS-1 remains a higher gas pressure than in the compressed gas tank GFT of the gas vehicle.
  • the check is made as to whether the residual pressure p GFT is less than the pressure level of the next gas store, ie the gas store GS -2 (p GS-2 ). If this is the case, a) the valve is opened to the gas storage GS-2 to pressure equalization DA, b) measured simultaneously the gas flowing through mass or mass and c) continue the (increasing) pressure p GFT in the gas or multi-fuel vehicle tank GFT measured.
  • the valve GS-1 to the gas storage GS-1 (or the valve GS-2 to the gas storage GS-2) closed and the refueling process ended (see claims 1 and 6).
  • the second gas reservoir GS-2 is activated and if its pressure is insufficient, the third gas reservoir GS-3 and so on until in Gas or multi-fuel vehicle tank GFT the target filling pressure of 198 bar is reached (see claims 1 and 6).
  • the above-described operations of the gas pressure test of the next gas storage stage GS, the opening of the corresponding valve V GS-n , the measurement of the gas flow rate m and the permanent monitoring of the pressure p GFT in the gas or multi-fuel vehicle tank start again with each connection of a gas storage.
  • connection to the next pressure stage is repeated until either the pressure p GFT in the gas or multi-fuel vehicle tank has reached the desired filling pressure (in this case 198 bar) or until the highest or last pressure stage has been actuated (compare claims 1 and 6 ).
  • the number of pressure stages (and consequently also the minimum number of gas storage containers connected in parallel) can be two, but also four, six, eight, ten, twelve, sixteen, twenty or more (see claims 1 and 6 and claims 2 and 8).
  • the target filling pressure in the gas or multi-fuel vehicle tank can not be achieved even with the highest pressure level, generates the (electronic) control system of the gas station before the completion of refueling process 1 to x a corresponding message and sends them including the recording of relevant operating parameters to the central monitoring point, preferably as SMS and especially preferably as e-mail. Furthermore, the control system puts the gas filling station out of operation after the refueling operation has ended (cf. FIG. 3 and claims 1 and 6).
  • the control system closes all relevant open valves of the refueling system and triggers an alarm out (in FIG. 3 not shown).
  • the control system regularly reports the operating data of the subsidiary stations to the central monitoring station (in FIG. 3 Not shown). There, when falling below certain operating data limits (eg falling below a certain pressure level of the highest pressure level), an anticipatory replenishment of the supply of gaseous fuel can be initiated.
  • certain operating data limits eg falling below a certain pressure level of the highest pressure level
  • the refueling process is terminated by the electronic control system which adds the gas masses m overflowed from the individual gas accumulators GS, calculates the price to be paid by the end customer, the expression of a corresponding one Document and by logging the entire refueling process with its relevant operating parameters.
  • the refueling operation can be accelerated in an advantageous manner for the tank end (s) if the gas station control system activates the gas storage stage GS or the gas tank immediately after starting the refueling operation, which has a pressure level sufficient for immediate refueling (cf. Claims 1 and 6).
  • the action "Start of refueling process” includes the activation and / or the up front payment of the refueling process via an SMS or via a so-called app. This is particularly advantageous when the refueling operations are to be processed cashless.
  • the fuel card has an integrated circuit (IC) containing data that the user of the gas or multi-fuel vehicle is aware of. can identify the gas station operator and / or with which the refueling gas or multi-fuel vehicle can be clearly identified, the collection and billing of refueling operations can be automated in an advantageous manner, which the technical and economic effort compared. other forms of capture and billing are reduced.
  • IC integrated circuit
  • the electronic reader of the gas filling station is attached to the tap of the gas pump or on the pump, the driver of the gas or multi-fuel vehicle only has to refuel, the entire collection process is then automated.
  • the specific technical and economic effort for the physical distribution of the at least one gas fuel can be advantageously reduced by not only innovative, GHG-reduced gas fuels are supplied by the cell-specific gas stations, but also natural gas (CNG) and / or from wind power and Atmospheric CO 2 generated SynMethane, because the resulting effort is then distributed to a larger sales volume, which reduces the specific effort.
  • CNG natural gas
  • the collection of preferably electronic documents of individual fueling operations by the end customers and / or by the at least one operator of gas filling stations for the purpose of feeding a certain quantity of gas of a specific quality into the national or international natural gas grid can also be advantageous to compensate for a natural gas equivalent.
  • the energetic gas quantity of a greenhouse gas-reduced, preferably greenhouse-gas-free and particularly preferably greenhouse gas-negative gas is fed into the natural gas network which the members of a certain end customer group, preferably the members of a club or organization, previously fueled and consumed as gas fuel.
  • a remote diagnosis and maintenance system is used, preferably an interactive remote diagnosis and maintenance system.
  • the at least one gas station can retrieve from the Internet, preferably via smartphones or navigation devices.
  • the proportionate equipment and economic outlay can be reduced if the compression system of the mother station is used not only as a compression system for the supply of subsidiary stations, but also as a gas station for the refueling of gas or multi-fuel vehicles, preferably for the refueling of gas-powered Vehicle fleets, particularly preferably for the refueling of light, medium and heavy CNG utility vehicles and in particular for the refueling of gas-powered forwarding vehicles and / or gas-powered vehicles of parcel services and / or buses with gas propulsion.
  • the delivered gas fuels are all the more attractive to the gasoline and / or multi-fuel vehicle refueling drivers, if they are as little as possible burdened with greenhouse gas emissions. Since the greenhouse gas emissions arising during refueling are also taken into account in the context of the Life Cycle Analysis LCA, it is advantageous for the operators of gas refueling stations to use GHG-reduced energies or energy sources for operating the refueling technology, preferably GHG-free energies or energy sources and especially preferably THG-negative energies or energy carriers.

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Abstract

Die hier offenbarte Erfindung betrifft ein Verfahren und Anlagen zum optimierten Aufbau und Betrieb von Gastankstellen, die gasförmige Gaskraftstoffe an mobilen Verbraucher abgeben.

Description

  • Auf Flüssiggasbetrieb umgerüstete Benzinfahrzeuge gehören seit den 1990-er Jahren zum Stand der Technik. Seit Mitte der 1990-er Jahre werden in Deutschland in zunehmendem Maße auch Fahrzeuge genutzt, die mit Erdgas (Compressed Natural Gas = CNG) betrieben werden. Die Nutzung dieses Kraftstoffes ist mit deutlich weniger Schadstoffemissionen verbunden als die Nutzung von Benzin oder gar Diesel. Zum Beispiel emittieren CNG-Fahrzeuge zwischen 20% und 25% weniger CO2 als vergleichbare Benzin- und Diesel-Fahrzeuge.
  • Mittlerweile beträgt der deutsche Bestand an straßenzugelassenen CNG-Fahrzeugen rd. 95.000 Automobile. Daneben gibt es mehrere tausend Gabelstapler mit CNG-Antrieb. Der straßenzugelassene Bestand von 95.000 CNG-Fahrzeugen besteht aus rd. 77.000 Pkw, rd. 16.000 leichten Nutzfahrzeugen, rd. 1.600 Bussen und rd. 400 Sonderfahrzeugen wie z.B. Müllsammel-Lkw. Weltweit gibt es mehrere Millionen CNG-Fahrzeuge.
  • Wenn man davon ausgeht, dass ein CNG-Bus ca. 50 mal so viel Gaskraftstoff verbraucht wie ein durchschnittlicher CNG-Pkw, leichte CNG-Nutzfahrzeuge ca. 8 mal so viel und ein CNG-Sonderfahrzeug ca. 30 mal so viel wie ein CNG-Pkw, dann ergibt sich für den gesamten deutschen Gaskraftstoffmarkt eine Nachfrage in Höhe von 290.000 Pkw-Äquivalenten. Bei einem durchschnittlichen Verbrauch von rd. 10.000 kWhHi pro CNG-Pkw und Jahr ergibt sich eine jährliche Absatzmenge an CNG-Kraftstoff im deutschen Straßenverkehr in Höhe von rd. 2.900.000.000 kWhHi. Davon entfallen auf CNG-Pkw rd. 780.000.000 kWhHi, auf leichte CNG-Nutzfahrzeuge rd. 1.200.000.000 kWhHi, auf CNG-Busse rd. 800.000.000 kWhHi und auf CNG-Sonderfahrzeuge rd. 120.000.000 kWhHi.
  • Gegenwärtig werden die deutschen CNG-Straßenfahrzeuge von rd. 900 öffentlichen CNG-Tankstellen mit Gaskraftstoff versorgt. Im Durchschnitt ergibt das eine Absatzmenge von rd. 3,222 Mio. kWhHi bzw. von rd. 323.159 Nm3 Gaskraftstoff pro CNG-Tankstelle und Jahr. Die Bandbreite ist jedoch sehr groß. Die 1.600 CNG-Busse werden von rd. 90 Kommunalbetrieben eingesetzt, die zur Betankung dieser Busse rd. 100 Gastankstellen nutzen. D.h., diese rd. 100 Gastankstellen decken alleine den Bedarf der CNG-Busse in Höhe von 800.000.000 kWhHi/a ab. Sie decken zudem den Bedarf der CNG-Sonderfahrzeuge in Höhe von 120.000.000 kWhHi ab und von dem verbleibenden Kraftstoffbedarf der CNG-Pkw und der leichten CNG-Nfz in Höhe von 1.980.000.000 kWhHi decken sie außerdem rd. 10% also 198.000.000 kWhHi ab. Insgesamt entfallen damit auf die 100 Gastankstellen der Kommunalbetriebe 1.118.000.000 kWhHi, was rd. 39 % der gesamten deutschen CNG-Absatzmenge darstellt. Pro CNG-Tankstelle der Kommunalbetriebe ergibt sich so eine jährliche Absatzmenge von 11.180.000 kWhHi, was dem Bedarf von 1.118 Pkw-Äquivalenten entspricht. Die restlichen 800 Gastankstellen setzen jährlich 1.782.000.000 kWhHi ab. Damit entfallen auf diese 800 Gastankstellen Absatzmengen von lediglich 2.227.500 kWhHi, pro Gastankstelle und Jahr, was dem Bedarf von 223 Pkw-Äquivalenten entspricht. Im Vergleich dazu versorgt jede der 14.367 konventionellen Benzin- bzw. Dieseltankstellen im Durchschnitt rd. 2.122 Benzin-Pkw, 828 Diesel-Pkw, 408 Zweiräder, 42 schwere Lkw und 135 leichte Nutzfahrzeuge, was 4.451 Pkw-Äquivalenten entspricht. Jede LPG-Tankstelle versorgt dagegen rd. 70 Pkw.
  • Für Benzin- und Dieselkraftstoff gibt es in Deutschland rd. 14.367 Tankstellen, für Flüssiggas (LPG) 6.556 Tankstellen und für Erdgas/BioMethan rd. 900 Tankstellen. Wie die parallele Entwicklung bei der Distribution von Flüssiggas als Kraftstoff gezeigt hat, sind in Deutschland für eine flächendeckende Versorgung mindestens rd. 5.000 Tankstellen erforderlich. Die gegenwärtig rd. 900 CNG-Tankstellen reichen also bei weitem nicht aus, um eine flächendeckende Versorgung mit gasförmigen Gaskraftstoffen sicherzustellen, zumal ein Großteil dieser CNG-Tankstellen mit ihren Standorten in Gewerbegebieten oder auf Betriebshöfen eine unattraktive Fahrlage aufweisen.
  • Der weitere Ausbau des CNG-Tankstellennetzes ist bislang aus 3 Gründen gescheitert: Erstens wächst der deutsche Bestand an CNG-Fahrzeugen nur äußerst langsam. Ein vorgezogener Ausbau des CNG-Tankstellennetzes würde deshalb zweitens zu einer Kunden-Kannibalisierung bei den 800 nicht kommunalen CNG-Fahrzeuge versorgenden CNG-Tankstellen führen (bei 4.100 statt 800 Gastankstellen würde deren Kundschaft von 223 Pkw-Äquivalenten pro Gastankstelle und Jahr auf 44 Pkw-Äquivalente zurückgehen). Drittens erfordern Tankstellen für gasförmige Kraftstoffe aufgrund des zu treibenden deutlich höheren technischen Aufwands wesentlich höhere Investitionen, die das Tankstellengeschäft im Marktsegment der Gaskraftstoffe nochmals riskanter machen als das Tankstellengeschäft für Flüssigkraftstoffe. Um in Deutschland auf die selbe Verzinsung des eingesetzten Kapitals zu kommen wie die 14.367 Tankstellen für Diesel und Benzin, müsste die einzelne CNG-Tankstelle folglich sogar noch deutlich mehr als 4.451 Pkw-Äquivalente versorgen.
  • Aus diesen Gründen gibt es bei der Distribution von gasförmigen Gaskraftstoffen ein typisches, inzwischen selbst von der deutschen Bundesregierung als solches bezeichnete "Henne-Ei-Problem": die (potenziellen) Betreiber von Gastankstellen errichten keine neuen Gastankstellen, weil die Zahl der CNG-Fahrzeuge im jeweiligen Einzugsbereich zu gering ist und/oder nicht schnell genug wächst und die (potenziellen) Käufer / Nutzer von CNG-Fahrzeugen kaufen keine CNG-Fahrzeuge, weil das Tankstellennetz nicht dicht genug ist. Zudem spart CNG ggü. Benzin oder Diesel nur 20 % - 25% an Treibhausgas-Emissionen ein, so dass auch das Argument der relativen Umweltfreundlichkeit nicht recht zieht.
  • Anders als bei der Nutzung von Flüssiggas, Benzin oder Dieselkraftstoff bedingt der Einsatz von Erdgas als Kraftstoff eine Speicherung des Gaskraftstoffes an Bord des CNG-Fahrzeuges in einem hochdruckbeaufschlagten Gastank und nicht wie bei Benzin- und Diesel-Fahrzeugen in einem drucklosen Flüssigkeitstank. Die hohe Druckbeaufschlagung erfordert vollkommen andere Tankstellenkonzepte als es sie für Flüssigkraftstoffe gibt. Während Flüssiggas, Benzin und Dieselkraftstoff bei der Betankung wie andere flüssige Kraftstoffe in relativ kurzer Zeit unter identischen Druckverhältnissen von einem Speichertank in den (mobilen) Flüssiggastank des Fahrzeuges umgepumpt werden, muss man das Erdgas mit einem relativ hohen Ausgangsdruck bereitstellen, um zu kurzen Betankungszeiten zu kommen. Es ist technisch außerordentlich anspruchsvoll, einen Druckbehälter durch Betanken annähernd zu 100% zu füllen, d.h., den Druckbehälter auf einen vorgegebenen Soll-Fülldruck von z.B. 200 bar zu bringen, da der Druck im Druckbehälter multifaktoral von der Umgebungstemperatur, von der Temperatur des eingefüllten gasförmigen Mediums, von der Geschwindigkeit der Befüllung, von dem gasspezifischen Realgasfaktor (Kompressibilitätsfaktor) und von der Art und Weise der Befüllung abhängt.
  • Die Betankung von Kraftfahrzeugen mit Gasantrieben, die gewöhnlich gasförmiges Erdgas, gasförmiges BioMethan, ein gasförmiges Gemisch dieser beiden Kraftstoffe oder zukünftig auch gasförmigen Wasserstoff, gasförmiges Aethan, gasförmiges Propan und synthetisches, aus regenerativem Wasserstoff und atmosphärischem CO2 erzeugtes gasförmiges Methan (SynMethan) als Kraftstoff nutzen, erfolgt deshalb mit spezieller Betankungstechnik und zwar unter hohen Drücken von bis zu 800 bar. Während die Gaskraftstoffe in der Regel in wenigen dafür geeigneten Anlagen an zentralen Orten erzeugt bzw. aufbereitet werden, werden die Gastankstellen wie bereits Tankstellen für Flüssigkraftstoffe in mehr oder weniger großer Zahl dezentral an den Orten der Nachfrage errichtet und betrieben.
    • Stand der Technik
  • Die Befüllung (mobiler) Druckgasbehälter ist anlagentechnisch also wesentlich aufwändiger das einfache Umpumpen von Flüssigkeiten. Das zeigen beispielhaft die vorbekannten EP0653585A1 (Sulzer-Burckhardt AG), EP0995943A2 (m-tec Gastechnologie GmbH), DE19730459A1 (Mannesmann AG), DD282351A7 (VEB Chemieanlagenbaukombinat Leipzig-Grimma) und EP1559949 A1 (Gaveco AB). Während sich EP0653585A1 , EP0995943A2 und DE19730459A1 auf die Lösung der beim Befüllungsvorgang entstehenden Temperaturprobleme beziehen, wollen EP15599 49A1 und DD282351A7 das Problem der Betankungszeit lösen, EP1559 949A1 insbesondere für Fahrzeuge mit großen Gastanks (CNG-Busse und CNG-Lkw).
  • In Deutschland werden konventionelle Erdgas- bzw. CNG-Tankstellen aus dem öffentlichen Erdgasnetz mit Erdgas versorgt. Ein Teil des Erdgasnetzes wird unter Hochdruck betrieben (bis zu 70 bar), ein Teil unter mittlerem Druck (z.B. 16 bar) und ein Teil unter Niederdruck (ab 0,02 bar). Der Gasdruck des Erdgasnetzes schwankt damit in Abhängigkeit von dem Ausspeisepunkt. Je höher der Gasdruck im vorgeschalteten (Erd-) Gasnetz ist, desto geringer der Energieaufwand für die Verdichtung des Gases und die resultierenden Betriebskosten.
  • In Gastankstellen wird das Gas nach der Entnahme aus dem Erdgasnetz i.d.R. in ein Anlagenmodul zur Gasaufbereitung geführt. Üblicherweise besteht diese Gasaufbereitungsanlage aus einem Gastrockner und einem Gasfilter. Der Gastrockner hat die Aufgabe, dem Gas so viel Feuchtigkeit zu entziehen, dass der Taupunkt bei 200 bar mindestens -20°C beträgt. Wenn dieser Taupunkt nicht erreicht wird, können sich im Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeug Hydrate bilden, was im Winter zu Funktionsstörungen führt.
  • Nach der Gasaufbereitung wird das Gas in den Kompressor (Verdichter, Booster) geführt, der es auf den gewünschten Enddruck verdichtet. Da der Betriebsdruck der Erdgasnetze i.d.R. mit 0,2 bar bis 70 bar niedriger ist als der Soll-Fülldruck des zu befüllenden Gastanks eines CNG-Kraftfahrzeuges - dieser beträgt üblicherweise rd. 200 bar - muss das aus dem Erdgasnetz entnommene Erdgas mittels Kompressoren (Verdichtern, Boostern) mindestens auf diesen Soll-Fülldruck komprimiert werden. In der einfachsten Ausführungsform wird das abzufüllende, gasförmige Gas durch eine Gaszuleitung (z.B. eine unter Hoch-, Mittel- oder Niederdruck stehende Erdgasleitung) in einen Verdichter geführt, der das gasförmige Gas verdichtet. Als Verdichter können ein-, zwei-, drei-, vier- oder auch fünfstufige Aggregate zur Anwendung kommen. Je höher die Zahl der hintereinander geschalteten Verdichterstufen, desto geringer die erforderlichen Kräfte, desto geringer die thermische Belastung des Verdichters und desto geringer dessen Verschleiß, desto höher aber auch der technische Aufwand. Je höher der Druck im Gasnetz ist, desto weniger Verdichterstufen werden benötigt.
  • Bei der Verdichtung arbeiten die Verdichter gegen den in der nachgeschalteten Leitung bzw. gegen den in dem nachgeschalteten Gasspeicher aufgebauten Fülldruck (Leitungs- bzw. Speicherdruck). Mit dem Fülldruck steigt die pro Nm3 Gas vom Verdichter zu leistende Arbeit. Bei i.d.R. mehr oder weniger konstanter (elektrischer) Leistungsaufnahme geht die Verdichtungsleistung deshalb mit zunehmendem Gegendruck bzw. mit zunehmender Differenz zwischen Eingangsdruck und Speicherdruck zurück. Zu Beginn der Befüllung der nachgeschalteten Leitung bzw. des nachgeschalteten Speichers ist die Verdichtungsleistung ceteris paribus folglich höher als am Ende der Befüllung.
  • Wie hoch die Verdichtungsleistung im Endeffekt ausfällt, hängt von dem Druckniveau ab, auf dem gearbeitet wird. Die durchschnittliche Massedurchfluss-Leistung des Verdichters ist höher, wenn der zu befüllende Gasspeicher komplett geleert wird, d.h. von z.B. 250 bar bis auf einen Restdruck von z.B. 5 bar, als wenn die Entleerung auf einen deutlich höheren Restdruck von beispielsweise 200 bar erfolgt. Im ersten Fall muss der Verdichter im Durchschnitt gegen einen Druck von 127,5 bar arbeiten, im letzteren Fall gegen einen durchschnittlichen Druck von 225 bar. Um die Darstellung zu vereinfachen, wird die dargestellte Leistungsbandbreite des/der Verdichter im Folgenden zu einer durchschnittlichen Verdichtungsleistung bzw. zu einer effektiven Verdichtungsleistung zusammengefasst.
  • Da die Kompressorentechnik Skaleneffekten unterliegt und der spezifische, auf einen Nm3 Gas bezogene Energieaufwand mit zunehmender Verdichtergröße abnimmt, weisen die üblicherweise elektrisch betriebenen großen Tankstellen-Kompressoren mit einer Kapazität von bis zu 3.000 Nm3/h vergleichsweise günstige Verbräuche an elektrischer Energie auf. Der Vorteil ist in der Regel enorm: der in kWhel gemessene Stromeinsatz bei einer gegebenen Verdichtungsleistung fällt bei großen Verdichtern um bis zu 40% geringer aus als bei kleinen und sehr kleinen Kompressoren. Außerdem sinkt der anteilige Aufwand für Instandhaltung und Reparaturen. Aus diesen Gründen werden in Deutschland kaum noch Verdichter unter einer Kapazität von 100 Nm3/h verbaut.
  • Aus dem Kompressor gelangt das verdichtete Gas in einen Hochdruckverteiler. Dieser steuert und regelt die Befüllung der nachgeschalteten Gasspeicher sowie die Entnahme des Gases aus diesen Gasspeichern zwecks Befüllung der Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeugtanks. Üblicherweise sind in dem Hochdruckverteiler auch diverse Sicherheitssysteme integriert.
  • Das vom Kompressor verdichtete und über den Hochdruckverteiler in den bzw. die stationären Gasspeicher geleitete Gas wird dort bis zur Betankung eines Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges zwischengelagert. Üblicherweise besteht der Gasspeicher aus mehreren Gasbehältern (sogenannten Flaschen), die in Batterien zu sogenannten Speicherbänken zusammengeschaltet werden. Der Gasspeicher dient zur Bevorratung der vom Kompressor geleisteten Verdichterarbeit, d.h. sowohl der Druckbeaufschlagung als auch der Gasspeicherung. Die Betankung des Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges kann so in einer sehr kurzen Zeitspanne erfolgen.
  • Der Gaskraftstoff wird i.d.R. über eine Zapfsäule an das Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeug abgegeben. Die Zapfsäule weist neben dem Befüllungsschlauch, der Zapfpistole und dem Zapfhahn ggf. auch Anzeigen auf, die anzeigen, welche Gasmengen von der Gastankstelle abgegeben wurden und welcher Preis für diese Mengen erhoben wird.
  • Mit Ausnahme der Zapfsäule wurde die gesamte Anlagentechnik der Gastankstelle bislang meist in einer kompakten Einhausung aus Beton oder Blech eingebaut und betrieben. Sie dient vor allem dem Schutz, und zwar vor der Witterung, vor der Emission von Kompressorlärm und vor Vandalismus.
  • Die beschriebene Betankungstechnik wird meist von einer zentralen Tankstellensteuerung gesteuert, geregelt und überwacht.
  • Das verdichtete Gas wird in dem mindestens einen Gasspeicher zwischengelagert. Im Bedarfsfall kann es an einen mobilen Gastank (z.B. ein Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeug mit seinem Druckgastank) abgegeben werden (vgl. Figur 1 der DE19650999C1 (Mannesmann AG)). Im Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeug wird das auf bis zu 200 bar verdichtete gasförmige (Erd-)Gas aus dem Druckgastank des Fahrzeugs üblicherweise über ein Druckminderungsventil und ein Gemischregelungsmodul zu den Zylindern des Verbrennungsmotors geführt. Dort wird es wie bei der Benzin- bzw. Dieseltechnik durch Verbrennung in mechanische Antriebsenergie und in Wärme umgewandelt.
  • Der Aufwand für die Verdichtung des Gaskraftstoffes ist nicht nur infolge des zu erreichenden hohen absoluten Drucks erheblich, sondern auch wegen des damit verbundenen Energieeinsatzes. Deshalb bedarf es üblicherweise zwischen der Verdichterkapazität, dem Volumen des mindestens einen Gasspeichers sowie der Betriebsweise der Betankungstechnik einer konzeptionellen Abstimmung. Bei der im nachgeschalteten Gasspeicher stattfindenden Entspannung des verdichteten Gaskraftstoffes kann ein Großteil der vom Verdichter geleisteten und im Gasspeicher gelagerten Arbeit verloren gehen. Um diesen für den wirtschaftlichen Betrieb einer Gastankstelle relevanten Mangel zumindest teilweise auszugleichen, wurde in der Vergangenheit eine mehrstufige Schaltung für drei parallel geschaltete Gasspeicher entwickelt (vgl. Bartosch, Braun, Drewitz: "Erdgas - ein neuer Kraftstoff für Kraftfahrzeuge. Die Markteinführung durch die Stadt Augsburg", Mannesmann Demag AG 1996, insbesondere Figur 2 der DE19 650999C1 ).
  • Am Anfang des Befüllungsvorgangs haben alle drei Gasspeicher den selben Befülldruck, der zwar erheblich über dem Soll-Fülldruck des (mobilen) Fahrzeuggastanks liegt, aber deutlich geringer ausfällt als in der vorstehend beschriebenen einfachsten Ausführung einer Gastankstelle, nämlich beispielsweise mit 250 bar statt mit 300 bar. Der Ablauf bei der mehrstufigen Gasspeicherung ist dann wie folgt: Zunächst wird der erste Gasspeicher mit dem mobilen Gastank verbunden. Es strömt solange Gas in den mobilen Gastank über, bis der Druck in beiden Behältnissen gleich hoch ist. Je nach dem, wie groß die geometrischen Volumina des ersten Gasspeichers und des mobilen Gastanks (Fahrzeugtanks) sind, wie viel Restgas mit welchem Restdruck noch im mobilen Gastank enthalten ist und wie hoch der Speicherdruck im ersten Gasspeicher ist, stellt sich ein bestimmter Ausgleichsdruck ein. Dieser Ausgleichsdruck beläuft sich bei einem Ausgangsdruck von 250 bar typischerweise auf 120 bar. Nach dieser ersten Teilbefüllung wird die Leitung zwischen dem ersten Gasspeicher und dem mobilen Gastank geschlossen und die Leitung zum zweiten Gasspeicher mit seinem Druck von 250 bar geöffnet. Wiederum strömt solange Gaskraftstoff über, bis sich auf neuem, höherem Niveau ein Druckausgleich eingestellt hat. Dieses beträgt typischerweise 185 bar. Die Leitung vom zweiten Gasspeicher wird geschlossen, danach wird die Leitung vom dritten Gasspeicher geöffnet, der anfänglich ebenfalls unter einem Druck von 250 bar steht. Der dritte Druckausgleich findet bei ca. 200 bar statt, dem angestrebten Soll-Fülldruck des mobilen Gastanks (Fahrzeugtanks).
  • Da die Verdichtung im Gasspeicher aber auf 125% des Fülldrucks des mobilen Gastanks erfolgte, gehen bei der Entspannung im mobilen Fahrzeuggastank immer noch rd. 20% (25% / 125%) der geleisteten Verdichtungsarbeit verloren. DE19650999C1 (Mannesmann AG) löst dieses Problem über die Kombination zweier Verdichter mit zwei Gasspeichern (vgl. nachstehend erläuterten Gastankstellen-Typ 6c).
  • Das Erdgasnetz, die Gastrocknung, der Gasfilter, der Hochdruckverteiler, die Einhausung, die Tankstellensteuerung, die Fahrzeugtechnik und die Aufgaben, die diese Module jeweils erfüllen, stellen im Rahmen der hier behandelten Thematik keine wesentlichen Komponenten dar, sie werden deshalb in der folgenden Erörterung nicht mehr explizit berücksichtigt.
  • Obwohl sich in Deutschland der im Folgenden beschriebene Gastankstellentyp 1 mit einem Marktanteil von über 95% als Standard etabliert hat, können die Gastankstellen grundsätzlich sehr unterschiedliche Bauarten, Größen und Betriebsweisen und damit auch Eigenschaften aufweisen. Für die Lösung des vorstehend beschriebenen und bisher ungelösten Henne-Ei-Problems sind die unterschiedlichen Eigenschaften der diversen Gastankstellentypen von zentraler Bedeutung. Insbesondere unter der Rahmenbedingung eines relativ geringen und nur langsam wachsenden Gasfahrzeug-Bestandes sind die Eigenschaftsunterschiede zumindest in Deutschland von hoher Relevanz. Die diversen Gastankstellentypen werden deshalb im Folgenden ausführlich beschrieben.
  • Gastankstellen entsprechen im Allgemeinen einem der nachstehend aufgeführten 7 Tankstellentypen.
  • Die konventionelle, öffentliche Gastankstelle, die über ein Gasleitungsnetz mit Erdgas oder Wasserstoff oder BioMethan oder SynMethan oder mit einem entsprechenden Mischgas versorgt wird, stellt den Gastankstellentyp 1 dar. Dieser Typ 1 ist baulich mit dem Baugrund verbunden und deshalb voll stationär. Er kann nicht einfach abgebaut und woanders wieder errichtet werden. Über 95% der in Deutschland betriebenen Gastankstellen entsprechen diesem Typ 1, der so aufgebaut ist, wie vorstehend beschrieben.
  • Bei diesem Gastankstellentyp 1 ist es erforderlich, dass der Verdichter das abzufüllende Gas auf einen wesentlich über dem Fülldruck des zu befüllenden Gastanks befindlichen Druck verdichtet, denn das Gas strömt nur dann aus dem Gasspeicher in den mobilen Gastank über, wenn ein entsprechendes Druckgefälle vorliegt. Da der Druck im Gasspeicher während des Befüllungsvorgangs stetig zurückgeht, muss der Gasspeicherdruck, insbesondere am Anfang der Befüllung, erheblich über dem Fülldruck des mobilen Gastanks liegen. Üblicherweise ist der Verdichter aus Gründen des technischen und ökonomischen Aufwands nämlich so ausgelegt, dass er für die Auffüllung des Gasspeichers erheblich mehr Zeit benötigt als die Befüllung des mobilen Gastanks dauert. D.h., in Gastankstellen stellen i.d.R. allein die Gasspeicher die abzufüllende Gasmenge bereit.
  • In den konventionellen Gastankstellen des Typs 1 sind den Verdichtern in der Regel also druckbeaufschlagte Gasspeicher nachgeschaltet, die ggf. mehrstufig betrieben werden, so dass die Gaskraftfahrzeuge wie die flüssige Kraftstoffe nutzenden Benzin- und Dieselfahrzeuge innerhalb von Minuten betankt werden können.
  • Die Größe der Gastankstellen wird dabei weniger durch die Zahl der Zapfsäulen bestimmt als vielmehr durch die Leistung der Verdichter und durch das Fassungsvermögen der aus einer unterschiedlichen Anzahl Einzelflaschen bestehenden Speicherbänke. Die in Nm3 Gas/h gemessenen Verdichterkapazitäten bestimmen, welche tägliche Anzahl an Betankungsvorgängen vorgenommen bzw. welche Anzahl an Kunden versorgt werden kann. Da die Nachfrage schwankt und es Tageszeiten gibt, an denen bei gefüllten Speicherbänken keine oder nur wenige Fahrzeuge die Gastankstelle anfahren, läuft der Verdichter nicht den ganzen Tag hindurch. Üblicherweise geht die Fachwelt davon aus, dass die Verdichter im Durchschnitt pro Tag nur 12 Stunden laufen und dass diese 50%-ige Teilleistung bestimmt, welche Kundenzahl die entsprechende Gastankstelle dauerhaft mit Gaskraftstoff versorgen kann. Die restlichen 12 Stunden werden üblicherweise benötigt, um ggf. auftretende Bedarfsspitzen abzudecken.
  • Ein deutscher CNG-Pkw verbraucht im Durchschnitt jährlich rd. 10.000 kWhCNG bzw. rd. 1.000 Nm3 an (Gas-) Kraftstoff, was bei der Nutzung von CNG-H einer Gasmasse von rd. 800 kg entspricht und bei der Nutzung von CNG-L einer Gasmasse von rd. 780 kg. Bei einer durchschnittlichen Betankungsmenge von aktuell 14,4 kg fahren die CNG-Pkw folglich pro Jahr 55-mal eine Gastankstelle an, wo sie jeweils 182 kWhHi tanken. Mit zunehmender Größe des Fahrzeugtankes sinkt diese Frequenz bei gleichzeitig steigender durchschnittlicher Betankungsmenge.
  • Eine Gastankstelle mit einer (durchschnittlichen) Verdichtungsleistung von 103 m3/h kann pro Tag eine Gaskraftstoffmenge von 1.236 m3 bzw. 12.360 kWhHi verdichten und pro Jahr eine Gaskraftstoffmenge von 4.450.000 kWhHi. Diese Menge reicht, um 445 Pkw-Äquivalente dauerhaft mit Gaskraftstoff zu versorgen.
  • Die dem Gas-Verdichter nachgeschaltete Gas-Speicherkapazität bestimmt, wie viele Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuge in rascher Abfolge unmittelbar hintereinander bzw. in 1 Spitzenlast-Stunde betankt werden können. Üblicherweise beträgt das (geometrische) Speichervolumen bei den deutschen Gastankstellen rd. 2.240 Liter bzw. 2,24 m3. Bei einem Fülldruck von 250 bar können unter Berücksichtigung des Realgasfaktors (Kompressibilitätsfaktors Z) für Methan (Erdgas besteht zu 80% bis 99% aus Methan) 2,24 m3 x 250 bar x 1/0,90 = rd. 622 m3 Gas und damit rd. 6.220 kWhHi gespeichert werden. Der Fülldruck der vollgefüllten Tanks der CNG-Kraftfahrzeuge beträgt in Deutschland üblicherweise 200 bar, d.h. von dem auf 250 bar lautenden Fülldruck der Speicherbänke wird lediglich ein Teil, nämlich eine Druckdifferenz von 50 bar genutzt. Ohne Berücksichtigung des Kompressibilitätsfaktors Z für Methan führt diese Druckdifferenz bei dem gegebenen geometrischen Volumen von 2.240 Litern zu einer Gasmengendifferenz von rd. 112 m3 Gas (1.117 kWhHi) und mit Berücksichtigung dieses Faktors zu einer Gasmengendifferenz von rd. 124 m3 Gas (1.240 kWhHi). D.h., mit einer mit 250 bar befüllten Speicherbank mit einer geometrischen Speicherkapazität von 2.240 Litern können 6,8 Pkw-Äquivalente unmittelbar hintereinander mit jeweils 182 kWhHi aufgetankt werden.
  • Da der Kompressor i.d.R. bereits wieder anläuft, wenn der Speicherdruck in den Speicherbänken unter den Fülldruck gesunken ist, kann der durchschnittliche Verdichter mit seiner Kapazität von 103 m3 Gas /h (s.o.) in der Zeit von 1 Stunde rd. 103 m3 auf einen Druck von 250 bar nachladen. Bei Berücksichtigung des Kompressibilitätsfaktors Z für Methan erhöht sich diese Menge auf 114 m3, so dass bei dieser Verdichterleistung und einer gefüllten Speicherbank mit einem geometrischen Volumen von 2.240 Litern in einer (Spitzenlast-)Stunde insgesamt 124 m3 + 114 m3 = 238 m3 für die Betankung von Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeugen zur Verfügung stehen, was 2.380 kWhHi entspricht und damit der Betankungsmenge wie sie bei der Betankung von rd. 13 Pkw-Äquivalenten anfällt.
  • Bei einem Fülldruck von 300 bar können mit einem geometrischen Speicherbank-Volumen von 2.240 Litern unter Berücksichtigung des methanspezifischen Kompressibilitätsfaktors rd. 723 Nm3 Gas gespeichert werden. Bei einem Soll-Fülldruck von 200 bar für die Druckgastanks der CNG-Kraftfahrzeuge werden 100 bar der 300 bar genutzt, was unter Berücksichtigung des methanspezifischen Kompressibilitätsfaktors und dem wieder anlaufenden Verdichter eine Gasmenge verfügbar macht, die ausreicht, um unmittelbar hintereinander rd. 13 vollständige Pkw-Betankungen durchzuführen.
  • Der Marktführer im deutschen Gastankstellenbau, die Schwelm Anlagentechnik GmbH, die von den aktuell rd. 900 öffentlich zugänglichen deutschen Gastankstellen über 420 errichtet und damit einen Marktanteil von fast 50% erreicht hat, hat die Verdichter- und Speicherkapazitäten dieser über 420 Gastankstellen auf ihrer Website im Internet veröffentlicht (vgl. www.schwelm at.de/fileadmin/user_up-load/Bilder/17_Referenzen_unsere_Kunden/Anlage_09_Referenzliste_CNG _0611.pdf). Im Durchschnitt beläuft sich die Verdichtungskapazität ohne Berücksichtigung der Bustankstellen aktuell auf 103 Nm3/h bei einer gegebenen Bandbreite von 15 Nm3/h bis 288 Nm3/h.
  • Die kleinsten der von Schwelm errichteten Gastankstellen sind 3 Tankstellen mit einer Verdichtungsleistung von 15 Nm3/h, 2 Tankstellen mit einer Verdichtungsleistung von 20 Nm3/h und je 1 Tankstelle mit einer Verdichtungsleistung von 25 Nm3/h, 26,5 Nm3/h, 27 Nm3/h, 30 Nm3/h und 33 Nm3/h. Diese 10 kleinsten Gastankstellen wurden fast alle in den Jahren 2001 und früher errichtet. Die Verdichtungsleistung der danach installierten Gastankstellen nahm kontinuierlich zu, was zeigt, dass einerseits die Erwartungen hinsichtlich der lokalen Marktgröße (Anzahl der im Einzugsbereich der Gastankstelle zu versorgenden CNG-Fahrzeuge) zunahm als auch, dass die Volumeneffekte (economies of scale) für den Betrieb der Gastankstellen genutzt werden sollten. In 2002 belief sich die neu installierte Verdichtungsleistung des Marktführers (und höchstwahrscheinlich auch der anderen Hersteller von Gastankstellen) im Durchschnitt bereits auf 55 Nm3/h. Dieser Durchschnittswert für Neuinstallationen stieg weiter über 77 Nm3/h in 2003, 107 Nm3/h in 2004, 113 Nm3/h in 2005, 121 Nm3/h in 2006 und 119 Nm3/h in 2007 auf 126 Nm3/h in 2008, 129 Nm3/h in 2009 und 134 Nm3/h in 2010. Nur eine einzige der nach 2001 vom Marktführer Schwelm errichteten Gastankstellen hatte mit 25 Nm3/h eine geringere Verdichtungsleistung als 35 Nm3/h. Es kann davon ausgegangen werden, dass es ähnliche Zahlen für den hier nicht betrachteten anderen, 50%-igen Teil des deutschen Gastankstellenmarktes gibt.
  • Mit einer Verdichtungsleistung von 15 Nm3/h verdichtet die kleinste Schwelm-Gastankstelle im täglichen 12-Stundenbetrieb bei einer Verfügbarkeit von 360 Tagen im Jahr (dies entspricht einer Verfügbarkeit von 98,6%) jährlich rd. 64.800 Nm3 Gas auf den Fülldruck von mindestens 200 bar. Bei einem (unteren) Methan-Heizwert von 9,971 kWhHi/Nm3 entspricht dies einer Energiemenge von rd. 646.000 kWhHi/a. Bei einem durchschnittlichen Jahresverbrauch von rd. 10.000 kWhHi/Pkw kann die kleinste Schwelm-Gastankstelle im Normalbetrieb also rd. 65 Pkw-Äquivalente versorgen. Derartig kleine Gastankstellen werden aber seit 2002 nicht mehr errichtet. Tatsächlich können die im Jahr 2010 ff. errichteten Gastankstellen mit ihrer Verdichterleistung von 134 Nm3/h rd. 577 Pkw-Äquivalente mit CNG versorgen. Die Nachfrage beläuft sich für die 800 Gastankstellen, die keine CNG-Busse versorgen, im Durchschnitt aber auf nur rd. 223 Pkw-Äquivalente (s.o.), d.h. die Verdichter der durchschnittlichen deutschen Pkw-Gastankstelle sind bei branchenüblichem 12-Stunden-Betrieb nur zu rd. 39% ausgelastet.
  • Der Tankstellenhersteller Bauer-Kompressoren hat in den Jahren 1997 bis 2000 mehr als 100 Kleinst-Gastankstellen des Typs Mini Fuel Station (MFS) errichtet. Die drei verwendeten Kompressortypen haben eine Lieferkapazität von 16,9 bis 12,6 Nm3/h bzw. von 43,7 bis 34,7 Nm3/h bzw. von 51,5 bis 30,0 Nm3/h. Bei einem Fülldruck von 250 bar und einem Speicherbank-Leerdruck von 200 bar fördern sie im effektiven Durchschnitt rd. 13,0 Nm3/h bzw. rd. 35,6 Nm3/h bzw. rd. 32,2 Nm3/h. Bei der branchenüblich kalkulierten durchschnittlichen Laufzeit von 12 h pro Tag und einer Verfügbarkeit von 360 Tagen pro Jahr können die Bauer-Kompressoren eine Gaskraftstoffnachfrage von 560.000 kWhHi bzw. von 1.533.000 kWhHi bzw. von 1.387.000 kWhHi decken, was dem Bedarf von 56 bzw. 153 bzw. 139 Pkw-Äquivalenten entspricht. D.h., die kleinste Bauer-Tankstelle ist auf die Versorgung von mindestens rd. 56 Pkw-Äquivalenten ausgerichtet. Bei diesem Einzugsbereich / Kundenbestand und bei rd. 55 Betankungen pro Pkw-Äquivalent und Jahr ergibt sich für diese Gastankstelle eine Tankfrequenz von rd. 8,6 Betankungen pro Tag.
  • Die kleinste Tankstelle des Gastankstellenherstellers Greenfield ist mit einer Verdichtungsleistung von 80 - 150 Nm3/h für 53 bis 100 Pkw-Betankungen pro Tag ausgelegt, d.h. dieser immer noch relativ große Tankstellentyp versorgt im 12-Stundenbetrieb rd. 345 bis 650 Pkw-Äquivalente.
  • Insgesamt gab und gibt es damit in Deutschland trotz des relativ geringen Bestandes an CNG-Fahrzeugen einen eindeutigen Trend zu größeren Verdichtungsleistungen. Öffentliche Gastankstellen, die im normalen 12-Stunden-Betrieb weniger als 55 Pkw-Äquivalente versorgen, sind in Deutschland unbekannt. Seinen Grund hat diese allgemeine Entwicklung wie vorstehend dargestellt in dem mit zunehmender Verdichtergröße sinkenden Stromverbrauch und der branchenweiten Fehlmeinung, dass günstige relative Kostenkurven nur mit großer Betankungstechnik erreicht werden können (s.u.). Der Trend geht in Deutschland deshalb zu großen und sehr großen und nicht zu kleinen Gastankstellen.
  • Die durchschnittliche Kapazität der in den neuen Gastankstellen neu installierten Speicherbänke nahm von 1.640 Litern in 2002 auf 2.470 Liter in 2008, 2.250 Liter in 2009 und 2.430 Liter in 2010 zu. Die Betreiber der Gastankstellen haben sich damit aktuell auf einen Spitzenbedarf von ca. 7 - 14 Betankungen unmittelbar hintereinander bzw. auf einen Spitzenbedarf von ca. 9 - 18 Betankungen in 1 Stunde eingestellt. Im Durchschnitt kommt es jedoch für die einzelne der 800 Gastankstellen, die CNG-Pkw und leichte CNG-Nutzfahrzeuge versorgen, in der Zeit von 6 Uhr bis 24 Uhr nur zu rd. 2 Betankungen. D.h., in Deutschland wird eine viel zu große Betankungstechnik vorgehalten.
  • Bei konventionellen Gastankstellen hat der relativ hohe technische Aufwand für Verdichter und Speicher einen relativ hohen Kapitalaufwand (rd. 300.000 Euro; dagegen LPG: 30.000 Euro) und damit auch eine relativ hohe Abschreibung zur Folge (rd. 30.000 Euro pro Gastankstelle und Jahr; dagegen LPG: 3.000 Euro). Daneben ist beim Neubau einer Gastankstelle i.d.R. ein hoher baulicher Aufwand zu treiben. Wenn der üblicherweise elektrisch angetriebene Kompressor eine hohe Stromaufnahme aufweist, die über die übliche Kapazität des vorhandenen Stromnetzes hinausgeht, kann sogar die Errichtung einer ansonsten nicht erforderlichen Trafo-Station erforderlich sein. Dieser technische Aufwand resultiert insgesamt in Errichtungskosten von bis zu 900.000 Euro pro Typ 1-Gastankstelle. Allein die Abschreibung beträgt dann bis zu 90.000 Euro pro Jahr.
  • Ohne Mehrwertsteuer und Energiesteuer erzielen die Betreiber von CNG-Tankstellen einen Nettoverkaufserlös von rd. 6,0 Cent/kWh. Die 340 Energieversorger, die die 900 CNG-Tankstellen betreiben, kalkulieren dabei folgendermaßen: Um bei einer durchschnittlichen Abschreibung von 30.000 Euro pro Jahr auf einen Abschreibungssatz von 1,00 Cent/kWh zu kommen, muss die Gastankstelle jährlich mindestens 3.000.000 kWhGas absetzen, was dem Bedarf von mindestens 300 Pkw-Äquivalenten entspricht. Tatsächlich versorgen die 800 Gastankstellen ohne Bus-Kundschaft jedoch nur 223 Pkw-Äquivalente. D.h., im Durchschnitt beläuft sich der Abschreibungssatz sogar auf 1,35 Cent/kWh, was 22,4% des Verkaufserlöses entspricht. Dagegen beträgt der Infrastrukturkostenanteil bei Benzin- bzw. Dieseltankstellen nur 0,4% und bei LPG-Tankstellen nur 7,9%.
  • Es bedarf also einer bestimmten Mindestzahl an Kunden bzw. an Betankungsvorgängen bzw. einer bestimmten Absatzmindestmenge, damit der Betrieb einer Gastankstelle wirtschaftlich wird. Entsprechend stellt die Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena) anlässlich des vom Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung veranstalteten Fachdialogs zur Erarbeitung einer Mobilitäts- und Kraftstoffstrategie für Deutschland im Workshop zur Erarbeitung von Handlungsempfehlungen für die Politik am 13. November 2012 in Berlin folgendes fest: "Deutschland bleibt damit im in der volkswirtschaftlichen Wissenschaftslandschaft erkannten Koordinierungsfehler ("Henne-Ei-Dilemma") der beiden komplementären Märkte für Kraftstoffe und Fahrzeuge gefangen. Denn wie mit fast allen alternativen Kraftstoffen lässt der bisher erreichte Fahrzeugbestand einen wirtschaftlichen Tankstellenbetrieb nur an wenigen Orten in Deutschland zu. Der Bau und Betrieb von Erdgastankstellen ist bisher nicht attraktiv für Investoren außerhalb der Erdgaswirtschaft."
  • Wie der Vergleich der Kalkulationen einer typischen Großtankstelle des Typs 1 und einer Gastankstelle der Stadtwerke Esslingen beispielhaft zeigen, führt große Betankungstechnik zu geringeren Betriebskosten (inkl. Abschreibung; vgl. Figur 1). Während für die mittelgroße Gastankstelle der Stadtwerke Esslingen nicht einmal 1.000 Pkw-Äquivalente ausreichen, um die Gesamtkosten auf das Marktpreisniveau zu bringen, ist das mit großer Betankungstechnik bereits ab 570 Pkw-Äquivalenten aufwärts möglich. Erst bei einer Absatzmenge von 5,7 Mio. kWhHi kommt große Betankungstechnik mit ihren Kosten unter den von sehr großen, kommunale Busflotten versorgenden Gastankstellen vorgegebenen Marktpreis. Die gesamten Betriebskosten (Abschreibung, Strom, Kapitalverzinsung, Personal, Instandhaltung etc.) dürfen also ohne Gaskosten nicht höher ausfallen als 1,8 Cent/kWhHi. Was Figur 1 auch zeigt, sind die mit abnehmender Absatzmenge exponentiell ansteigenden Betriebs- und Gesamtkosten (der ungleichmäßige Verlauf der Kostenkurven hat seine Ursache in dem wechselnden Maßstab der X-Achse). Bei einer Kundschaft von weniger als 100 Pkw-Äquivalenten sind allein die Betriebskosten ohne Gas-Bezugskosten schon so hoch wie der realisierbare Marktpreis. Vor diesem Hintergrund haben sich die folgende Branchenmeinungen etabliert: 1.) "Nur große und sehr große Betankungstechnik führt zur Senkung der Kostenkurve"; 2.) "Je kleiner der Kundenstamm, desto höher die Verluste". Deshalb werden in Einzugsbereiche mit weniger als 250 Pkw-Äquivalenten kaum neue Gastankstellen installiert und in Einzugsbereichen mit weniger als 100 Pkw-Äquivalenten gar keine.
  • U.a. beschreiben WO-A-93/00264 (Fuel Systems) und EP0653585A1 (Sulzer-Burckhardt AG) eine konventionelle Gastankstelle und Befüllungsvorrichtungen des Typs 1. Dieser Gastankstellentyp 1 wird aktuell u.a. von dem deutschen Marktführer Schwelm, dem schweizerischen Unternehmen Greenfield, dem deutschen Unternehmen Bauer Kompressoren und dem italienischen Unternehmen BRC Fuelmaker hergestellt und vermarktet.
  • DE19933791A1 (Linde Gas AG) legt zwar ein Verfahren und eine Tankstelle zum Betanken eines Fahrzeugtanks mit einem gasförmigen Treibstoff offen, dieses bezieht sich aber sehr speziell auf die Trocknung von Gasen vor der Betankung, insbesondere auf die Trocknung von wasserstoffhaltigen Gasen. Die Offenlegungsschrift DE19933791A1 (Linde Gas AG) lehrt jedoch nicht die optimierte Nutzung verdichterloser Tochter-Gastankstellen sogenannter Mutter-Tochter-Systeme.
  • Den Gastankstellentyp 2 bilden die nichtöffentlichen Garagen- oder Heimtankstellen, die an die häusliche Gasleitung angeschlossen werden. Das Gas wird dieser häuslichen Gasleitung entnommen, mit einem (relativ kleinen) Kompressor verdichtet und ohne Zwischenspeicherung über einen Betankungsschlauch und eine gasdichte Kupplung direkt in den Drucktank des Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges geführt. Der Gasdruck wird von einem Drucksensor überwacht, der i.d.R. zwischen Kompressor und Kupplung angeordnet ist. Da der Betankungsvorgang sehr langsam vonstatten geht (dieser Betankungsmodus wird auch "Slow Fill" genannt), entspricht der zwischen Kupplung und Kompressor gemessene Gasdruck in etwa dem Gasdruck im Drucktank des Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges. Die mittlerweile erloschene EP0356377 (Greenfield AG) beschreibt eine solche nichtöffentliche Heimtankstelle.
  • Als typisches Beispiel beschreiben auch die Patente DE60318083T2 und WO2004 031643 (Anmelder Fuelmaker Corp., Toronto, CA; Inhaber MTM S.r.l., Cherasco, IT) eine Slow Fill-Heimtankstelle. Der Patentinhaber der DE6038083T2 / WO2004 031643 vermarktet diese quasi-mobile Heimtankstelle aktuell unter dem Namen BRC Fuelmaker Phill. Die Heimtankstelle nutzt üblicherweise einen relativ kleinen Kompressor, dessen typische Verdichtungsleistung von 0,8 bis 2,2 Nm3 Gas/h um den Faktor 90 bis 1.350 geringer ist als die Verdichtungsleistung der in großen Gastankstellen eingesetzten Kompressoren (s.o.). Ein Gasspeicher wird i.d.R. nicht eingesetzt, d.h., der Tank des Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeugs wird direkt aus dem Kompressor befüllt.
  • Das Phill-Aggregat wird mit wenigen Schrauben an der Garagenwand befestigt und an die häusliche Gasleitung sowie an die häusliche Stromversorgung angeschlossen. Es kann relativ einfach wieder demontiert werden. In der Erdgas-Version kommt das Phill-Aggregat auf eine durchschnittliche Förderleistung von ca. 1,1 kg/h. Da für CNG-Pkw die übliche Betankungsmenge bei einem durchschnittlichen Betankungsvorgang ca. 20 Nm3 bzw. ca. 14,4 kg CNG beträgt und die Tankstelle keinen Speicher nutzt, muss der zu betankende Pkw bis zur vollen Betankung mit CNG ca. 13 Stunden mit der Heimtankstelle verbunden bleiben. Während dieser Zeit ist das CNG-Fahrzeug für den Nutzer nicht verfügbar, es sei denn, er entscheidet sich, mit einem nur teilweise gefüllten Tank loszufahren. Theoretisch könnte eine Heimtankstelle dieser Bauart bei einer Laufzeit von 12h/d den Gaskraftstoffbedarf von bis zu 8 Pkw-Äquivalenten decken, dann würde die Betankung aber nicht von der Nachfrage geführt, sondern vom Angebot. Unter der Annahme, dass dem Aggregat ein entsprechend dimensionierter Speicher nachgeschaltet wird und der Kompressor täglich lediglich 12 Stunden läuft, könnte eine Heimtankstelle mit der oben beschriebenen Verdichtungskapazität aber bis zu 4 Pkw-Äquivalente zeitversetzt mit Gaskraftstoff versorgen.
  • Von Vorteil ist, dass die Betankung daheim bzw. am Standort des Fahrzeugs erfolgt und der Fahrzeugnutzer keine öffentliche Gastankstelle aufsuchen muss, die ggf. weit entfernt ist. Gleichwohl hat der Fahrzeugnutzer i.d.R. die Kosten für den Stromeinsatz zu tragen, den der Klein-Kompressor verursacht. Dieser beträgt bezogen auf die Betankungsmenge ca. 0,06 kWhel/kWhGas. Er fällt damit um über 40% höher aus als im Durchschnitt bei dem Gastankstellen-Typ 1. Außerdem fallen bezogen auf die Nutzung bzw. bezogen auf die Betankungsmengen relativ hohe Investitionskosten für die Anschaffung und den Anschluss der Heimtankstelle an die häusliche Gasleitung an sowie für eine separate Gasuhr. Letztere ist erforderlich, weil als Kraftstoff genutztes Erdgas zumindest in Deutschland vom Fiskus geringer mit Energiesteuer und resultierend mit Mehrwertsteuer belegt wird als Erdgas, das zum Heizen und Kochen genutzt wird. Ohne Nutzung einer solchen Gasuhr würde der Nutzer der Heimtankstelle Steuern hinterziehen. Um dies zu vermeiden, muss derjenige, der den Kraftstoff in den Verkehr bringt (also der Gasnetzbetreiber, der das Gas an den Fahrzeugnutzer abgibt), die abgegebenen CNG-Mengen separat erfassen - was für eine relativ geringe Gasmenge (rd. 8.000 kWhCNG / Pkw / a) einen erheblichen apparativen und administrativen Aufwand mit sich bringt.
  • Der technische Aufwand der Anschaffung und Installation einer Heimtankstelle erfordert je nach den lokalen Gegebenheiten aktuell Investitionen zwischen 3,5 TEUR und 6,5 TEUR, im Durchschnitt ca. 4,8 TEUR. Um 300 bis 700 Pkw-Äquivalente mit derartiger Betankungstechnik zu versorgen, müsste ein Gastankstellenbetreiber rd. 1,4 bis 3,4 Mio. Euro investieren, was rd. 500% - 1.000% der üblichen Investitionen für eine Großtankstelle des Tankstellentyps 1 sind. Ferner sind die spezifischen, auf eine kWhGas bezogenen Wartungskosten bei Heim- und Flottentankstellen deutlich höher als bei großen Tankstellen. Da zudem für dezentral benötigte, kleinere Strommengen deutlich höhere Preissätze zu zahlen sind als sie von Großtankstellen für große Strommengen bezahlt werden, liegen auch die gesamten spezifischen, auf die kWhGas bezogenen Tankstellen-Vollkosten ca. 200% bis 300% über den Vollkosten, die beim Betrieb von Großtankstellen entstehen.
  • Für den Fall, dass 2 Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuge parallel betankt werden sollen, bietet der Hersteller BRC Fuelmaker die Kompressormodelle FMQ-2, FMQ-2.5 und FMQ-2-36 an, die i.d.R. ebenfalls ohne Speicher arbeiten, aber mit 2,5 Nm3/h bis 4,3 Nm3/h (im effektiven Durchschnitt 3,4 Nm3/h) über eine höhere Verdichtungsleistung verfügt.
  • Offenbar überwiegen bei diesem Gastankstellentyp die Nachteile, denn bis auf einige wenige Test- bzw. Demo-Installationen werden in Deutschland aktuell keine Slow Fill-Heimtankstellen betrieben. In Italien ist das bedingt durch eine massive staatliche Förderung anders. Dort erhielten die Tankstellenbetreiber lange Zeit unter der Bedingung, die Tankstellen mindestens 5 Jahre zu betreiben, einen Zuschuss von 50% der anerkannten Errichtungskosten (siehe "Festsetzung der Kriterien und Modalitäten für die Gewährung und Auszahlung von Beiträgen laut Art. 6 des italienischen Landesgesetzes vom 19. Dezember 1995, Nr. 26, betreffend "Beiträge für Erdgas-Kleintankstellen" ").
  • Kleinere und mittelgroße nichtöffentliche Betriebshof- bzw. Flottentankstellen stellen den Gastankstellentyp 3 dar. Diese fungieren wie Heimtankstellen, aufgrund der höheren Zahl der mit gasförmigem Gaskraftstoff zu versorgender CNG-Fahrzeuge werden jedoch Kompressoren mit höherer Verdichtungskapazität eingesetzt. Außerdem können auch Gasspeicher eingesetzt werden. Für diesen Tankstellentyp existieren viele verschiedene Möglichkeiten der Speicherung von gasförmigen Kraftstoffen, so dass die Betankungszeiten den Bedürfnissen der jeweiligen Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeugflotte angepasst werden können.
  • Voraussetzung der Betankung mit CNG ist beim Gastankstellentyp 3 wie bei dem Gastankstellentyp 2 die Anbindung an das Erdgasnetz. Beispiele für diesen Tankstellentyp sind die kleinen FMQ-Modelle des italienischen Herstellers BRC Fuelmaker, nämlich die FMQ-2, FMQ-2.5 und die FMQ-2-36, sowie die großen FMQ-Modelle des Herstellers BRC Fuelmaker, nämlich die FMQ-10 und FMQ-8-36 (10,3 Nm3 Gas/h bis 17,0 m3 Gas/h), sowie die Zapfstelle FP 1-M/TA des Herstellers Bauer-Kompressoren in Verbindung mit dem kleinen Verdichter 120 - 5,5 (12,6 Nm3/h - 16,9 Nm3/h) und einer Speicherbank beliebiger Größe (z.B. Bauer B2000 für Außenaufstellung oder Bauer B1920 für die Integration in ein Gebäude).
  • Die zu betankenden Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuge kommen i.d.R. zum Standort zurück, bevor ihr Gastank leergefahren ist, so dass das Anfahren einer öffentlichen Gastankstelle nicht erforderlich wird. Üblicherweise werden kleinere Fahrzeugflotten mit 3 bis 9 CNG-Fahrzeugen in deren Nutzungspausen an der nichtöffentlichen Betriebshof/ Flottentankstelle wiederbetankt. Die CNG-Fahrzeuge können jeder Art sein, also CNG-Pkw, leichte CNG-Nutzfahrzeuge, schwere CNG-Nutzfahrzeuge, CNG-Busse und CNG-Sonderfahrzeuge wie z.B. CNG-Müllsammelfahrzeuge und Gabelstapler.
  • Beim Gastankstellentyp 4 wird die relativ kleine, an das Erdgasnetz angebundene Anlagentechnik des Typs 3 für eine öffentliche Nutzung um eine geeichte Zapfsäule mit Durchflussmesseinrichtung und mit einer Anzeige des Einheitspreises, der getankten Menge und des Endpreises ergänzt. Ggf. werden auch eine automatisierte Bezahlmöglichkeit und ein erhöhter Ex-Zonenschutz ergänzt, der gleichzeitig auch als Vandalismusschutz fungiert. Dieser Gastankstellentyp ist aus Kanada und aus den USA bekannt.
  • Da die Betankungszeit bei einer öffentlichen Gastankstelle in etwa so kurz sein muss wie bei einer öffentlichen Tankstelle für Flüssigkraftstoffe, werden zwingend Gasspeicher eingesetzt (vgl. Figur 17, wobei in Figur 17 die Zapfsäule nicht dargestellt ist). Deren Größe richtet sich nach der Anzahl der Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuge, die innerhalb der Zeit zur Betankung vorfahren, die der Verdichter benötigt, um den Gasspeicher um die getankte Gasmenge wieder aufzufüllen. Bei einer angenommenen durchschnittlichen Laufzeit von 12 h/d kann z.B. der Verdichtertyp BRC Fuelmaker FMQ-2-36 mit seiner effektiven Verdichtungsleistung von 2,7 Nm3/h (Verdichtung des Gases im Gasspeicher auf 248 bar, Entleerung des Gasspeichers auf rd. 200 bar) und einer Verfügbarkeit von 360 Tagen im Jahr bis zu 15 Pkw-Äquivalente mit Gaskraftstoff versorgen. Der Verdichtertyp BRC Fuelmaker FMQ-8-36 kann mit seiner effektiven Verdichtungsleistung von rd. 11 Nm3/h (Verdichtung des Gases im Gasspeicher auf 248 bar, Entleerung des Gasspeichers auf rd. 200 bar) z.B. bei einer Laufzeit von rd. 12 h/d bis zu 60 Pkw-Äquivalente mit Gaskraftstoff versorgen.
  • In Deutschland sind aktuell keine derartig kleinen Gastankstellen im öffentlichen Einsatz; für den öffentlichen Einsatz wird die kleinste effektive Verdichtungsleistung aktuell von dem Hersteller Bauer Kompressoren angeboten, nämlich mit dem Kompressormodell 120 - 5,5, das bei einem Fülldruck von 250 bar zwischen 16,9 und 12,6 Nm3/h verdichtet. Bei einem Leerdruck (Restdruck der Gasspeicher nach Betankung des/der Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuge) von 200 bar entspricht dies einer effektiven Leistung von 13,0 Nm3/h.
  • Der Gastankstellentyp 5 wird durch kleine mobile Komplett-Gastankstellen repräsentiert, wie sie z.B. das Unternehmen BRC Fuelmaker aktuell mit seinem Modell Shark herstellt und vermarktet. Dieser Typ 4 ist trotz seiner Kompaktheit modular aufgebaut und mit verschiedenen Speicherbänken lieferbar. Da die Verdichter ölfrei arbeiten, sind die Wartungskosten relativ gering. Es ist gleichwohl immer noch eine Anbindung an das Erdgasnetz erforderlich.
  • Aus dem Bereich der Tankstellen für Flüssigkraftstoffe sind DE000020213688U1 (Quru GmbH) und DE000020309846U1 (Quru GmbH) bekannt, jedoch ist dieser Typ mobiler Tankstellen nicht für die Betankung von Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeugen mit gasförmigem Gas, sondern zum Betanken von konventionellen Kraftfahrzeugen mit Flüssigkraftstoffen vorgesehen, insbesondere von Diesel-Kraftfahrzeugen mit BioDiesel. Bei der Abgabe von gasförmigen Kraftstoffen werden - wie vorstehend erläutert - ganz andere Anforderungen an die einzusetzende Technik gestellt.
  • Das Modell Shark von BRC-Fuelmaker ist besonders geeignet für niedrige Eingangsdrücke von 17 bis 200 mbar, wie sie im Erdgas-Niederdrucknetz herrschen. Bei einer durchschnittlichen Verdichterlaufzeit von 12 h/d und entsprechend großen Speicherbänken können theoretisch bis zu 115 Pkw-Äquivalente mit Gaskraftstoff versorgt werden.
  • Der besondere Vorteil dieses Typs 5 besteht in der Mobilität dieser Tankstelle. Bis auf den Anschluss an das Erdgasleitungsnetz sind alle Module und Komponenten der Gastankstelle in einer einzigen Betoneinhausung integriert. Die Tankstelle kann nach Kappung des Anschlusses an das Erdgasleitungsnetz quasi auf einen Haken genommen, per Lkw woanders hin transportiert werden und dort nach Anbindung an das lokale Erdgasnetz wieder den Betrieb aufnehmen, ohne dass größere bauliche Maßnahmen ergriffen werden müssen. Gleichwohl beträgt der Bestand in Deutschland aktuell null Stück.
  • Den Gastankstellentyp 6 stellen Mutter-Tochter-Systeme dar, wobei die Mutter-Station gleichzeitig auch eine Gastankstelle sein kann. Hauptzweck der Mutter-Station ist jedoch die Befüllung mindestens einer mobilen Speicherbank (Gasspeicher) zwecks der Gasversorgung von Fahrzeugen mit Standort in Orten/Regionen ohne Anbindung ans Erdgasnetz. Die mindestens eine mobile Speicherbank kann unterschiedliche Größen aufweisen, je nach dem, wie viele Druckgas-Flaschen in ihr integriert sind. Sie wird wie ein sehr großer (mobiler) Fahrzeugtank mit Gas befüllt und meist per Lkw zu einer Tochter-Station gebracht, die nicht an ein Erdgasnetz angeschlossen ist. Oft beträgt der Befüllungsdruck aber nicht nur 200 bar, wie in befüllten Fahrzeugtanks, sondern 250 bis 300 bar oder auch noch mehr. Das geometrische Volumen der Speicherbank wird durch den höheren Druck besser ausgenutzt. U.a. vermarktet der italienische Hersteller BRC Fuelmaker solche Systeme des Typs 6.
  • Der Gastransport per Speicherbank und Lkw ist technisch aufwändiger als der Gastransport per Pipeline, nicht zuletzt weil rd. 95% des Transportgewichts aus Stahlflaschen bestehen und nur rd. 5% aus Erdgas. Da Deutschland mit einer Länge von rd. 400.000 km ein relativ dichtes Erdgasnetz aufweist und der Transport von Erdgas per Flasche bzw. per Speicherbank technisch aufwändiger und kostenintensiver ist, hat die deutsche Gaswirtschaft auf den Einsatz von Mutter-Tochter-Systemen verzichtet. Allenfalls für Sonderveranstaltungen wie z.B. Autorennen mit CNG-Autos werden mobile Speicherbänke genutzt. In Schweden, das nur ein rudimentäres Erdgasnetz aufweist, werden derartige Mutter-Tochter-Systeme aber zur Versorgung von dezentralen Gastankstellen eingesetzt.
  • Die Tochter-Stationen gibt es in drei verschiedenen Design- bzw. Funktionsvarianten. Beim Gastankstellentyp 6a stellt die mobile, aus mehreren Druckgasflaschen bestehende Speicherbank in der Tochter-Station den Gaskraftstoff ohne nachgeschalteten Verdichter und ohne nachgeschaltete Speicherbank bereit. Es gibt lediglich einen Druckminderer. Die Tochter-Station ist damit verdichterlos.
  • Bei einem Beladungsdruck von beispielsweise 300 bar kann i.d.R. nur eine Entleerung der (mobilen) Speicherbank auf bis zu 200 bar stattfinden, denn das ist in Deutschland der Soll-Fülldruck der Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuge. Je nachdem, wie groß die mobile Speicherbank ist, kann nur eine mehr oder weniger geringe Anzahl von Betankungen vorgenommen werden, bevor die auf 200 bar entleerte Speicherbank durch eine volle ersetzt werden muss. Aufgrund der Nutzung einer Druckdifferenz von lediglich 100 bar (300 bar./. 200 bar) statt der vollen 300 bar wird die (geometrische) Kapazität der mobilen Speicherbank im einstufigen Betrieb nur zu rd. 33% genutzt.
  • DE10206502C1 (DaimlerChrysler AG) beschreibt einen solchen Druckgasanlagentyp mit mehreren Druckgasbehältern, bei dem die Druckgasbehälter in einem gemeinsamen Halterahmen angeordnet und an einen mit einem gemeinsamen Absperrventil versehenen gemeinsamen Gaskanal angeschlossen sind. Der Vorteil dieser Tochter-Stations-Variante besteht in dem vermiedenen technischen Aufwand für den bzw. die Verdichter (Booster). Anstatt des vermiedenen technischen Aufwands für den Booster tritt jedoch der mit dem Lkw-Transport der mobilen Speicherbänke verbundene Aufwand, so dass der Transportaufwand ab einer gewissen Transportentfernung den eingesparten Kapital- und Betriebsaufwand für den Booster überkompensiert und ein Einspareffekt damit nicht mehr gegeben ist.
  • Das bisher bei dem Betrieb von regulären Tankstellen noch nicht beobachtete Weglassen des Boosters macht dann Sinn, wenn der technische Aufwand des Lkw-Transports geringer ist als der technische Aufwand der Installation und des Betriebs eines oder mehrerer Verdichter in der Tochter-Station. Das kann insbesondere bei einer geringen oder sehr geringen Zahl der Betankungen der Fall sein - was einem kleinen Einzugsbereich entspricht - und/oder bei Nutzung der vorstehend erwähnten und nachstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Mehrstufenschaltung. Nach Kenntnis des Erfinders beläuft sich der aktuelle Bestand an Typ 6a-Gastankstellen in Deutschland auf null Stück.
  • Statt die Speicherbänke der Tochter-Stationen mobil auszuführen, kann alternativ eine mobile, auf einem Lkw installierte erste Druckspeicherbatterie eingesetzt werden, um (mobile und immobile) dezentrale zweite Gasspeicher nach deren (Teil-)Entleerung wieder zu befüllen. Dies kann mit und ohne Einsatz eines mobilen, auf dem Lkw oder an der mobilen ersten Druckspeicherbatterie installierten Verdichters erfolgen. Dabei geht jedoch durch die nicht vermeidbare Teilentspannung des umgefüllten Gases in nachteiliger Art und Weise ein Teil der vom Verdichter geleisteten Arbeit verloren.
  • Beim Gastankstellentyp 6b ist die Tochter-Station mit einem einfachen stationären Verdichter (Booster) ausgerüstet. Da dieser Verdichtertyp einen relativ hohen Eingangsdruck von beispielsweise 30 bar benötigt, kann die ihm vorgeschaltete mobile oder wiederbefüllbare stationäre Speicherbank nur bis auf einen Restdruck von ca. 30 bar entleert werden, was aber deutlich besser ist als der Restdruck von 200 bar, wie er vom Typs 6a erreicht wird. Ceteris paribus erfordert dies weniger häufige Wechsel der mobilen Speicher bzw. eine weniger häufige Wiederbefüllung der stationären Speicher als bei Tochter-Stationen ohne Booster. Gleichwohl fällt technischer und ökonomischer Aufwand für die Beschaffung und den Betrieb des Boosters an.
  • Dem Booster sind bei diesem Tochter-Typ ein oder mehrere Speicherbänke nachgeschaltet, die nach entsprechender Booster-Befüllung zwischen eine und zwei, teilweise auch bis zu vier Druckstufen aufweisen können. Die Zahl der Druckstufen richtet sich nach der Kapazität des Boosters, die Boosterkapazität wiederum richtet sich nach dem (noch) im mobilen Speicher enthaltenen Gasdruck. Zweck des mehrstufigen Betriebs der Gasspeicheranlage ist eine möglichst rasche Befüllung der Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeugtanks.
  • Die vorstehend erwähnte DE19650999C1 (Mannesmann AG), bei der das abzufüllende Gas mit einem niedrigen Eingangsdruck in einen ersten Verdichter geführt, mit diesem auf einen erhöhten Druck gebracht, mit dem erhöhten Druck in einem ersten Gasspeicher zwischengespeichert, von dort in einen zweiten Verdichter geführt, mit diesem auf ein weiter erhöhtes Druckniveau gebracht und über einen zweiten Gasspeicher zu einer Zapfanlage geleitet wird, entspricht im Wesentlichen diesem Typ 6b. Der einzige Unterschied des Typs 6b zur vorbekannten Anlage der DE19650999C1 ist das Merkmal, dass der erste Gasspeicher mobil ist. Der italienische Hersteller BRC Fuelmaker bietet einen Booster an, der mit einer Stromaufnahme von 15 - 18 kwel typischerweise zwischen 100 Nm3/h (Input-Druck 30 bar) und 1.000 Nm3/h (Input-Druck 250 bar) auf 300 bar bringen kann.
  • Statt eines Boosters ist auch der Einsatz einer der in DE19916385C2 (Mannesmann AG) und DD115528A1 (Greer Hydraulics Inc.) beschriebenen Anlagen zur Gasspeicherung möglich, bei denen die Gasspeicher jeweils zwei voneinander separierte Teilvolumina aufweisen. Die Teilvolumina sind durch eine in der Position und/oder Größe veränderbaren Wand voneinander getrennt, so dass der Inhalt beider Teilvolumina veränderbar ist. Mit einer Flüssigkeitspumpe kann Flüssigkeit oder Gas in den einen Teils des geteilten Gasspeicher gepresst werden mit der Folge, dass das Gas im anderen Teil des Gasspeichers verdrängt wird und/oder dass sich der Gasdruck erhöht.
  • Die deutsche Patentschrift DE915696 (BV ARAL AG; Anmeldung am 31.05.1944, Bekanntmachung am 24.12.1953, Veröffentlichung am 16.06.1954) beschreibt eine Betankung von Kraftfahrzeugen mit Gaskraftstoff mittels "ortsbeweglicher Speicherbatterien, die jeweils an der Tankstelle (gemeint ist der Standort des ortsunbeweglichen Verdichters; d. Verf.) gefüllt wurden, um dann ihrerseits die Flaschen (gemeint sind die mobilen Druckgastanks; d. Verf.) des Wagens zu betanken". Um die (mit günstigstenfalls 60% angegebene) begrenzte Nutzungsquote der Speicherkapazität der mobilen Speicherbatterien zu erhöhen, wird gemäß DE915696 (BV ARAL AG) das nach einem Druckausgleich mit dem mobilen Gastank noch in den Speicherbatterien vorhandene Gas mittels einer "geeigneten Flüssigkeit" verdrängt. Der Gasverdichter wird hier durch eine Flüssigkeits-Pumpe ersetzt, die anlagentechnisch weniger aufwändig ist und effizienter arbeiten kann als ein Gasverdichter. Infolge der Verdrängung des Gases durch eine "geeignete Flüssigkeit" reduziere sich die Menge des ungenutzt in den ortsbeweglichen Behältern verbleibenden Gaskraftstoffes auf bis zu 3%.
  • DE102007049458A1 (Anmelder: MAN Nutzfahrzeuge AG; Erfinder: Prümm; im Folgenden auch Prümm-Verfahren genannt) greift diese Idee, bei der im Gasspeicher die Trennwand zwischen den beiden Teilvolumina entfällt, für die Nutzung in Fahrzeugen, insbesondere in Dieselfahrzeugen, auf. Zur Verdrängung der gespeicherten Gase in dem mindestens einen Gasspeicher wird eine Ausgleichsflüssigkeit eingesetzt, in der sich das Gas nicht lösen kann. Die Ausgleichsflüssigkeit wird mittels einer Flüssigkeitspumpe aus einem Flüssigkeitsbehälter in den mindestens einen Gasspeicher gepumpt wird.
  • Es ist vorstellbar, in den Tochter-Stationen die i.d.R. aus Druckgasflaschen bestehenden Speicherbänke durch spezielle, neben dem Druckgas auch Ausgleichsflüssigkeit enthaltende Druckgasflaschen zu ersetzen und diese mit im Sinne der DE19916385C2 , DD115528A1 und DE102004 063071A1 und/oder der 915696 in Verbindung mit der DE102007049458A1 mit einer Flüssigkeitspumpe, einem Flüssigkeitsbehälter und entsprechenden Leitungen und Steuer- sowie Regeleinheiten zu ergänzen, um die teilentleerten Speicherbänke mittels Einpressung von Ausgleichsflüssigkeit noch weiter zu entleeren und um so die Speicherkapazität der mobilen oder ggf. ortsfesten Gasspeicher besser auszunutzen. Eine solche Konstruktion ersetzt in vorteilhafter Weise den Gasverdichter (Booster).
  • Der Betrieb einer Typ 6b-Tochter-Station ist von Vorteil, wenn die Zahl der Betankungen bzw. der Versorgungsgrad ein solches Niveau erreicht hat, dass der technische Aufwand des Lkw-Transports zur Herbeischaffung von mobilen Speichern den technischen Aufwand der Anschaffung und des Betriebs eines Booster überschreitet. Bei welchem Versorgungsgrad dies der Fall ist, hängt gemäß neuer Erkenntnis des Erfinders multifaktorell von den allgemeinen Rahmenbedingungen und den spezifischen Rahmendaten der betroffenen Tochter-Station ab. Für die Berechnung der optimalen Aufrüstpunkte bzw. Aufrüstmengen muss aufgrund der Komplexität der Berechnung i.d.R. ein EDV-gestütztes Simulationsprogramm eingesetzt werden.
  • Da Deutschland mit einem sehr dichten Erdgasnetz versehen ist, sind derartige, vom Erdgasnetz unabhängigen Tochter-Stationen hier weder installiert noch in Betrieb.
  • Beim Gastankstellentyp 6c sind die Tochter-Stationen mit Doppel-Kompressoren (BiBoostern) und nachgeschalteten Speicherbänken ausgerüstet. Vorteil dieser Variante ist, dass die mobile Speicherbank bis auf einen Restdruck von rd. 5 bar entleert werden kann, was ceteris paribus die Zahl der Wechsel der mobilen Speicherbänke reduziert. Nachteile dieser Variante der Tochter-Station sind der höhere technische Aufwand eines zweiten, dem ersten vorgeschalteten Boosters und der höhere technische Aufwand eines höheren Stromverbrauchs.
  • Auch für den Gastankstellentyp 6c ist vorstellbar, den BiBooster und die mindestens eine Speicherbank durch eine Druckgasspeicheranlage zu ersetzen, die nach dem vorstehend beschriebenen Prümm-Verfahren arbeitet. Sowohl die nach dem Prümm-Verfahren arbeitende Druckgasspeicheranlage als auch eine mit einem BiBooster ausgestattete Gastankstelle des Typs 6c schaffen es, statt lediglich rd. 33% bzw. 40% über 90% des zwischengelagerten bzw. herbeitransportierten Gases zu nutzen.
  • Der italienische Hersteller BRC Fuelmaker bietet einen BiBooster an, der mit seiner elektrischen Kapazität von 37 kWel bis 55 kWel ein typisches Beispiel darstellt, das in der bereits erwähnten DE19650999C1 beschrieben ist. Bei einem Eingangsdruck von 5 bar verdichtet dieser BiBooster rd. 100 Nm3/h auf 300 bar und bei einem Eingangsdruck von 250 bar rd. 3.000 Nm3 auf 300 bar.
  • Aus Schweden ist von der AGA Gas AB, einer Tochtergesellschaft der Linde AG, der Gastankstellentyp 7 bekannt (vgl. Ragnar Sjödahl, "LBG Infrastructure in Sweden" AGA Gas AB; www.biogasmax.eu/media/4t2_biogasmax_goeteborg_rs_ 096140200_0657_30092009.pdf). Der Gaskraftstoff wird nach der Erzeugung (BioMethan) bzw. nach der Entnahme aus dem Gasnetz (Erdgas) und nach einem ggf. erfolgten Zwischentransport an einem zentralen Ort verflüssigt und damit in Liquefied Natural Gas (LNG) bzw. in Liquefied BioMethan (LBM) umgewandelt. Nach Abfüllung mit mäßigem Druck (i.d.R. 5 bar bis 8 bar) in einen mobilen Flüssiggastank wird das flüssige Gas zu mindestens einer Tochter-Station transportiert, üblicherweise per Lkw. Dort erfolgt eine Aufstellung des mobilen Flüssiggastanks oder eine Umfüllung in einen stationären Flüssiggastank. In der Tochter-Station entnimmt ein Verdichter das Flüssiggas aus dem Flüssiggastank, verdichtet es und leitet das verdichtete Flüssiggas durch einen Wärmetauscher. In dem Wärmetauscher nimmt das verdichtete Flüssiggas Wärme aus der Umgebung auf, wodurch es gasförmig wird. Das gasförmige, unter einem erhöhten Druck (i.d.R. 280 bar bis 300 bar) stehende Gas wird in einer Speicherbank zwischengespeichert, der eine Zapfsäule nachgeschaltet ist. Mittels der Zapfsäule werden die Gastanks der Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuge befüllt, üblicherweise mit einem Fülldruck von 200 bar.
  • Alternativ wird das verflüssigte, unter moderatem Druck stehende Flüssiggas mit einem entsprechenden Verdichter nur etwas weiter verdichtet und ohne Zwischenspeicherung mittels einer Flüssiggas-Zapfsäule direkt in den Flüssiggastank eines LNG-Fahrzeuges verfüllt.
  • Ggü. den Mutter-Tochter-Systemen des Tankstellentyps 6, die mit gasförmigem Gas arbeiten, nutzen die Mutter-Tochter-Systeme des Tankstellentyps 7 verflüssigtes Erdgas bzw. verflüssigte Erdgassubstitute. Beim verflüssigte Erdgas fließt weniger Energie in den Erzeugungs- und Umwandlungsprozess, außerdem können pro Lkw-Fuhre statt lediglich rd. 3,5 t gasförmiges Gas bis zu 20 t flüssiges Gas transportiert werden, denn das Tara-Gewicht ist um bis zu 16,5 t geringer. Hochdruck-Gasflaschen aus Stahl wiegen bezogen auf die Befüllungskapazität eben deutlich mehr als Flüssiggastanks. Die Verflüssigung des Gases ist deshalb insbesondere dann von Vorteil, wenn Transportwege zu den Tochter-Stationen zurückgelegt werden (müssen), die so weit sind, dass die Transportkosteneinsparungen höher ausfallen als die zusätzlichen Kosten der (Erd-)Gasverflüssigung.
  • In Deutschland gibt es aktuell ca. 6.250 Flüssiggastankstellen, wobei alle diese Flüssiggastankstellen das fossile Rohölderivat LPG abgeben, eine Mischung aus den Rohöl- und Erdgasbegleitgasen Propan und Butan. Keine der deutschen Flüssiggastankstellen transformiert das LPG jedoch in CNG oder in gasförmiges PG.
  • DE10107187A1 (Linde AG) beansprucht den Schutz für eine Tankstelle für kryogene Medien, insbesondere für verflüssigten und/oder gasförmigen, unter hohem Druck stehenden Wasserstoff. Diese Tankstelle für kryogene Kraftstoffe ermöglicht die ggf. gleichzeitige Betankung von Fahrzeugen jeder Art mit einem verflüssigten und einem gasförmigen, unter hohen Druck stehenden Medium. Nicht berührt werden jedoch das erfindungsgemäße Verfahren oder die erfindungsgemäße Anlage zur optimierten Abgabe gasförmiger Gaskraftstoffe aus verdichterlosen Speicherbänken an mobile Verbraucher.
  • DE29816811 U1 (Wiedemann) bezieht sich auf die Speicherung von brennbaren Kraftgasen wie Erdgas und Wasserstoff in einem Gasspeicher, der in der Lage ist, sein geometrisches Volumen zu verändern. Solch ein Gastankstellen-Modul kann ggf. in einem der vorstehend beschriebenen Tankstellentypen zum Einsatz kommen. Dies ändert aber nichts an der Tatsache, dass das Gebiet der hier vorgelegten Offenlegung, die optimierte Abgabe von gasförmigen Gaskraftstoffen aus verdichterlosen Speicherbänken an mobile Verbraucher, nicht betroffen ist.
  • EP1559949A1 (Gaveco AB) beschreibt ein Verfahren und ein System zur Betankung von Gasfahrzeugen und eine Neukonstruktion für einen in Gasfahrzeugen einzubauenden Gastank, jedoch nicht ein Verfahren oder ein System zur optimierte Abgabe von gasförmigen Gaskraftstoffen aus verdichterlosen Speicherbänken an mobile Verbraucher.
  • DE102008007928A1 (Linde AG) legt ein Verfahren zum Befüllen eines mobilen Gastanks mit druckbeaufschlagtem Wasserstoffgas offen, jedoch nicht ein Verfahren oder ein System zur optimierte Abgabe von gasförmigen Gaskraftstoffen aus verdichterlosen Speicherbänken an mobile Verbraucher.
  • In DE102004026728A1 (Fitzner) wird die Idee offenbart, die zur Betankung von Gasfahrzeugen mit gasförmigem Gas erforderlichen Einrichtungen (Verdichter, Drucksensoren) mit an Bord des Gasfahrzeuges zu nehmen, wobei das Gasfahrzeug wie eine Heimtankstelle an die häusliche Erdgasleitung angeschlossen wird. Diese Abart der Slow Fill-Betankung wird vom erfindungsgemäßem Verfahren nicht genutzt und hier auch nicht weiter verfolgt, da sie einen erheblichen Umbau der Gasfahrzeuge bedingt und der in das Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeug integrierte Verdichter das Fahrzeuggewicht unnötig erhöhen würde. Außerdem könnte der Verdichter statt für mehrere Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuge nur für ein einziges Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeug genutzt werden, was den Zweck des hier offenbarten erfindungsgemäßen Verfahrens, die Minimierung des für die Betankung zu treibenden anlagentechnischen Aufwands, konterkarieren würde.
  • Aufgrund der vorstehend aufgeführten höheren Effizienz großer Verdichter (Volumeneffekte bzw. economies of scale) haben sich die Betreiber von Gastankstellen bislang für große Verdichter statt für kleine und damit für große Gastankstellen statt für kleine entschieden. Die Stromkosten stellen nämlich unter den variablen Kosten den mit Abstand größten Posten in Gewinn- und Verlustrechnung einer Tankstelle. Im Durchschnitt haben die Verdichter eine Kapazität von rd. 103 Nm3/h (s.o.), mit der dauerhaft rd. 444 Pkw-Äquivalente versorgt werden könnten (die kleinsten in Deutschland in eine öffentliche Gastankstelle verbauten Verdichter haben eine Verdichtungskapazität von 15 Nm3/h; in den letzten 10 Jahren sind in öffentlichen Gastankstellen jedoch kaum Verdichter verbaut worden, deren Leistung nicht mindestens 35 Nm3/h betrug).
  • Bei einem ausreichend großen Kundenbestand können mit Verdichtungsleistungen von rd. 103 Nm3/h und einem Einzugsgebiet von 444 Pkw-Äquivalenten auch gute spezifische Vollkosten von erreicht werden (vgl. Figur 1). Das Problem ist, dass die weitaus meisten CNG-Tankstellen diesen Kundenbestand nicht erreicht haben. Statt 444 und mehr Pkw-Äquivalente versorgen sie mit relativ großer Betankungstechnik im Durchschnitt lediglich 223 Pkw-Äquivalente (s.o.), in Einzelfällen deutlich weniger. Die Betriebs- und die Vollkosten befinden sich deshalb auf hohem Niveau (vgl. Figuren 1). Diese Kostensätze werden nur von CNG-Tankstellen unterschritten, die (auch) kommunale Busflotten versorgen und die Absatzmengen von mehr als 10.000.000 kWhHi pro Tankstelle und Jahr aufweisen, was 1.000 Pkw-Äquivalenten entspricht.
  • Da das allgemeine Marktpreisniveau im CNG-Tankstellenmarkt jedoch von eben diesen sehr großen, kommunale Busflotten versorgenden CNG-Tankstellen bestimmt wird, lassen sich Betriebskosten von mehr als 1,8 Cent/kWhHi kaum durchsetzen (siehe Figur 1). U.a. aus diesem Grund sind innerhalb der letzten 12 Jahre, in denen Gasfahrzeuge propagiert werden, nicht mehr als die aktuell rd. 900 CNG-Tankstellen errichtet worden (vgl. die Studie der deutschen Energieagentur GmbH (dena) "Erdgas und Biomethan im künftigen Kraftstoffmix - Handlungsbedarf und Lösungen für eine beschleunigte Etablierung im Verkehr", Berlin im Januar 2010 sowie die Aktualisierung dieser dena-Studie "Erdgas und Biomethan im künftigen Kraftstoffmix - Handlungsbedarf und Lösungen für eine beschleunigte Etablierung im Verkehr", Aktualisierte Fassung, Berlin im September 2011). In der gleichen Zeit wurden aber rd. 6.250 LPG-Tankstellen in Betrieb genommen. Dementsprechend ist die Zahl der LPG-Fahrzeuge in Deutschland auf rd. 472.000 Fahrzeuge gestiegen, während die Zahl der deutschen CNG-Fahrzeuge aktuell gerade erst 96.000 Stück erreicht hat.
  • Allein die Notwendigkeit der Erstellung der vorstehend aufgeführten dena-Studien und ihre Titel dokumentieren ein erhebliches Defizit bei der Etablierung der gasförmiges Gas nutzenden Fahrzeugantriebe im Verkehr. Bislang haben es weder die Gaswirtschaft noch die Mineralölwirtschaft noch die freien Tankstellenbetreiber noch die Automobilhersteller noch Vereinigungen wie die Erdgas Mobil GmbH geschafft, die Infrastrukturen zu schaffen, die für eine wirkliche Etablierung der Gasantriebe im Verkehr notwendig sind.
  • Wie vorstehend dargelegt wurde, sind zur flächendeckenden Versorgung Deutschlands mindestens 5.000 CNG-Tankstellen erforderlich. Während die Betreiber von Gastankstellen auf eine ausreichend hohe Zahl zu versorgender CNG-Fahrzeuge warten (570 Pkw-Äquivalente pro großer Gastankstelle), warten die potenziellen Käufer von CNG-Fahrzeugen auf eine ausreichend hohe Zahl von CNG-Tankstellen (eben jene oben erwähnten 5.000 Stück). Dieses Henne-Ei-Problem stellt für den Ausbau des Fahrzeugbestandes mit CNG-Antrieben das größte Hindernis dar.
  • Daneben ergibt sich ein zweites Problem: ein rascher Ausbau der Zahl der Gastankstellen würde den Absatz der bestehenden CNG-Tankstellen kannibalisieren. Die Zahl der Gastankstellen, die eine kommunale Busflotte versorgen, würde mit rd. 100 Stück in etwa gleich bleiben. Damit würden auch deren Absatzmengen von > 10.000.000 kWh/a unverändert bleiben. Bei einer massiven Zunahme der Zahl der restlichen Tankstellen auf z.B. 4.900 Stück würde sich deren kaum wachsender Kundenstamm von insgesamt rd. 178.000 PkW-Äquivalenten nicht mehr auf 800 Gastankstellen verteilen, sondern auf eben diese 4.900 Gastankstellen. Der durchschnittliche Kundenbestand würde von aktuell 223 Pkw-Äquivalenten (s.o.) auf 36 Pkw-Äquivalente zurückgehen mit fatalen Folgen für die Kostenkurven (vgl. Figur 1). Die CNG-Tankstellen, die keine kommunalen Busflotten versorgen, würden dann noch weiter in die roten Zahlen geraten.
  • Diese beiden Probleme sind neben anderen die Gründe dafür, dass in Deutschland kaum neue Tankstellen für gasförmige Gaskraftstoffe errichtet werden und dass sich der Gastankstellen-Bestand seit Jahren nicht nennenswert erhöht hat.
    • Aufgabenstellung
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das in Deutschland bestehende Henne-Ei-Problem und das Kannibalisierungsproblem zu lösen sowie technische Betankungs-Lösungen (neue Verfahren und Anlagenkonfigurationen) zu schaffen, die mit relativ geringem technischem und ökonomischem Aufwand auch dann Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuge mit gasförmigem Gaskraftstoff versorgen können, wenn die Zahl der im Einzugsbereich einer Gastankstelle stationierten Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuge gering oder sehr gering ist. Gleichzeitig besteht die Aufgabe, diese Gastankstellen-Infrastruktur so zu gestalten, dass sie unter Erhalt des relativ geringen technischen und ökonomischen Aufwands an steigende Absatzmengen anpassbar ist. Vor allem sind technische Lösungen zu definieren, die eine Gaskraftstoff-Distribution an den ca. 4.100 (die erforderlichen 5.000 abzüglich der an 900 Standorten bereits installierten Gastankstellen) deutschen Standorten gewährleisten, die bislang keine Tankstelle für gasförmige Gaskraftstoffe aufweisen.
    • Lösung und Vorteile
  • Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens im Wesentlichen durch die im Anspruch 1 aufgeführte Erfindung gelöst und hinsichtlich der Anlagenkonfiguration bzw. der Systeme im Wesentlichen durch die im Anspruch 6 aufgeführte Erfindung, wobei vorteilhafte Weiterentwicklungen des Verfahrens in den Unteransprüchen 2 bis 5 aufgeführt werden und vorteilhafte Weiterentwicklungen der Anlagenkonfiguration in den Unteransprüchen 7 bis 10. Um bislang nicht mit Gaskraftstoff versorgte Standorte insbesondere in der Anfangsphase kostengünstiger als bisher mit Gastankstellen ausstatten zu können, werden zunächst kleine Gastankstellen des Gastankstellentyps 6 errichtet und zwar ohne Verdichter (Kompressor). Sie weisen einen verringerten apparativen Aufwand auf. Um das vorhandene Gasspeichervolumen besser auszunutzen, werden die Druckstufen bzw. Speichertanks der Gasspeicheranlage der Gastankstelle nicht seriell sondern parallel geschaltet und das erfindungsgemäße Schaltschema zur Betankung der mobilen Verbraucher, insbesondere zur Betankung der Gas- und Mehrkraftstofffahrzeuge, eingesetzt. Aufgrund der verbesserten Ausnutzung des geometrischen Gasspeichervolumens werden der auf eine Energieeinheit (MJ, kWhHi) bezogene apparative und ökonomische Aufwand der Distribution gasförmiger Kraftstoffe für kleine Gastankstellen reduziert.
  • Diese kleinen, verdichterlosen Gastankstellen sind nicht an das Erdgas-Leitungsnetz angebunden und können deshalb relativ frei aufgestellt und betrieben werden. Der Tiefbau von Erdgasleitungen zur Schaffung einer Anbindung an das Leitungsnetz kann entfallen, was den apparativen und ökonomischen Aufwand der Gasdistribution nochmals senkt. Diese Vorgehensweise steht dem beschriebenen konventionellen Vorgehen, nämlich der Errichtung großer und größter Betankungstechnik an neuen Standorten diametral gegen. Durch die bewusste und systematische Vermeidung zu großen technischen Aufwands in der Anfangsphase der Distribution neuer Standorte und durch die vorgesehene schrittweise Vergrößerung der Gastankstellen werden sowohl die spezifischen, auf eine Mengeneinheit bezogenen Infrastrukturkosten als auch die entsprechenden Vollkosten im Bereich geringer Absatzmengen ganz erheblich reduziert. Sie sind dann zwar noch immer höher als die entsprechenden Kosten von großen Gastankstellen mit großen Absatzmengen, aber geringer als bei Einsatz der (zu) großen konventionellen Betankungstechnik an Standorten mit geringen Absatzmengen.
  • Die Erfindung setzt zum Teil auf den vorbekannten Offenlegungen EP0356377 (Greenfield AG), EP0653585A1 (Sulzer-Burckhardt AG), EP0995943A2 (m-tec Gastechnologie GmbH), DE19730459A1 (Mannesmann AG), DD282351A7 (VEB Chemieanlagenbaukombinat Leipzig-Grimma), EP1559949A1 (Gaveco AB), DE19650999C1 (Mannesmann AG), Bartosch, Braun, Drewitz: "Erdgas - ein neuer Kraftstoff für Kraftfahrzeuge; die Markteinführung durch die Stadt Augsburg" (Mannesmann Demag AG 1996), WO-A-93/00264 (Fuel Systems), DE19933791 A1 (Linde Gas AG), EP0356377 (Greenfield AG), US265096 / WO2004031643 / DE60318083T2 (Fuelmaker Corp.), DE000020213688U1 (Quru GmbH), DE0000 20309846U1 (Quru GmbH), DE1020650 2C1 (DaimlerChrysler AG), DE19650999 C1 (Mannesmann AG), DE19916385C2 (Mannesmann AG), DD115528A1 (Greer Hydraulics Inc.), DE102007049458A1 (MAN Nutzfahrzeuge AG), DE10107187A1 (Linde AG), DE29816811 U1 (Wiedemann), DE102008 007928A1 (Linde AG), DE102004026728A1 (Fitzner) und Ragnar Sjödahl, "LBG Infrastructure in Sweden" (AGA Gas AB, 25.09.2009) auf, deren Offenbarungsgehalte ausdrücklich in das erfindungsgemäße Verfahren und in die erfindungsgemäßen Anlagenkonfigurationen einbezogen werden. Bekannt sind auch das eMobil-Angebot der e.on AG und das Komplettpaket der e.on AG für CO2-freies Fahren mit ÖkoStrom umfassend eine Ladebox inklusive professioneller Installation, umweltfreundlichen Kraftstoff (Strom) aus regenerativen Energien und - wenn gewünscht - ein Elektroauto (vgl. www.eon.de/mobil).
  • Jedoch ist keine dieser Offenlegungen darauf ausgerichtet, die technische Ausstattung insbesondere kleiner Gastankstellen zu minimieren und die reduzierte technische Ausstattung durch intelligente Steuerung des Betankungsvorgangs und durch optimierte Nutzung des geometrischen Gasspeichervolumens zu kompensieren, insbesondere nicht im Absatzmengenbereich von weniger als 640.000 kWhHi pro Gastankstelle und Jahr.
  • Auch haben die bisher üblichen tankstellenspezifischen Anpassungen der Verdichterleistung und der Speicherkapazität an die tankstellenspezifischen Änderungen der Absatzmengen nicht den kompletten Mengenbereich von dem Gaskraftstoffbedarf eines einzigen Pkws bis hin zu dem Gaskraftstoffbedarf mehrerer tausend Pkw(-Äquivalente) abgedeckt. Weder sind die Anlagenmodule der vorbekannten Offenlegungen systematisch darauf ausgerichtet, den relativen technischen Aufwand und damit die spezifischen, auf die abgegebene kWhGas bezogenen anteiligen Abschreibungen und den spezifischen, auf die abgegebene kWhGas bezogenen anteiligen Kapitaleinsatz sowie dessen Verzinsung einer ganzen Gastankstellen-Infrastruktur dynamisch, d.h. in Abhängigkeit von der effektiven tankstellenspezifischen Absatzmenge, zu minimieren, noch sind es die offengelegten Verfahren und Anlagen insgesamt. Insbesondere sind die vorbekannten Verfahren und Anlagen nicht darauf ausgerichtet, die spezifischen, auf die abgegebene kWhGas bezogenen, anteiligen Vollkosten in Abhängigkeit von geringen Absatzmengen zu minimieren.
  • Das erfindungsgemäße, auf die Anpassung der eingesetzten Tankstellentechnik an den (zunächst geringen) tankstellenspezifischen und tankstellenübergreifenden Gaskraftstoffbedarf der Kundschaft ausgerichtete Verfahren zur Betankung mobiler Gaskraftstoffverbraucher besteht zunächst einmal in einer mengenspezifischen Optimierung des anlagentechnischen und energetischen Aufwandes. Darüberhinaus werden insbesondere für geringe Absatzmengen ein neues Betankungsverfahren und ein neues Betankungsanlagensystem offenbart (vgl. Ansprüche 1 und 2 bis 5 sowie Ansprüche 6 und 7 bis 10), die den Einsatz nicht ans Erdgasnetz angebundener, verdichterloser Tochter-Stationen als Gastankstellen vorsehen, wobei die Entleerung der angelieferten Gasvorratsbehälter mittels einer Mehrzahl von kaskadenartig geschalteter Druckstufen maximiert wird. Diese Maximierung der Entleerung der bei den verdichterlosen Tochter-Station angelieferten Gasvorratsbehälter reduziert die erforderliche Anzahl der als Transportbehälter und/oder als Vorratsbehälter eingesetzten Gasspeicherbehälter und auch den technischen und ökonomischen Aufwand für den Transport der Gasspeicherbehälter von der Mutter- zu der mindestens einen Tochter-Station, mit der Folge, dass die spezifischen Vollkosten der Betankung in erheblichem Maße zurückgehen, insbesondere im Bereich kleiner und kleinster Absatzmengen.
  • Da auch der Verdichter sowie die Anlagen zur Gastrocknung und Gasfilterung fehlen (die Gastrocknung und -filterung wird von der häufiger genutzten Mutter-Station vorgenommen), kann dieser erfindungsgemäße Sub-Typ des Gastankstellentyps 6 in sehr vorteilhafter Weise Betankungsleistung zu relativ geringen spezifischen Vollkosten bereitstellen - auch und gerade in Lokalitäten mit stark unterdurchschnittlichem Absatz.
  • Dieser Erfindung des neuen Betankungsverfahrens und Betankungsanlagensystems steht Bartosch, Braun, Drewitz: "Erdgas - ein neuer Kraftstoff für Kraftfahrzeuge; die Markteinführung durch die Stadt Augsburg" (Mannesmann Demag AG 1996; vgl. DE19650999C1 Figur 2) nicht entgegen, denn weder ist das Schaltschema der Figur 2 zwölfstufig ausgeführt, noch beinhaltet es ein Mutter-Tochter-System ohne Anbindung der Tochter-Station an ein Erdgasnetz, noch ist die Tochter-Station ohne Verdichter, noch ist das Schaltschema der Figur 2 auf die maximale Entleerung des Gasspeichers ausgerichtet. Das Schaltschema der Figur 2 hat vielmehr den Zweck, die vom Verdichter zu leistende Arbeit und den infolge der Gasentspannung auftretenden Arbeitsverlust des Verdichters zu minimieren (vgl. DE19650999C1 Spalte 4 Zeilen 46 bis 57 sowie DE19650999C1 Figur 4 Kurve b).
  • Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Betankungssystems ergeben sich daraus, dass die zu betankenden Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuge mit ihrem auf wenige bar Restdruck leergefahrenen Druckgastanks zunächst aus bereits teilentleerten Gasbehältern der Gasspeicheranlage der verdichterlosen Tochter-Station mit Gaskraftstoff befüllt werden. So wird auch noch das in den teilentleerten Gasbehältern befindliche Gasdruckniveau genutzt, obwohl es unterhalb des Soll-Fülldrucks der Druckgastanks der Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuge liegt.
  • Wenn z.B. 12 parallel geschaltete und mehrstufig betriebene Gasflaschen mit einem geometrischen Volumen von jeweils 80 Litern jeweils mit einem Gasdruck von 350 bar beladen werden und die zu betankenden Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuge im Durchschnitt Tanks mit einem geometrischen Volumen von 100 Litern und einem Restdruck von 20 bar aufweisen, dann entleert das 1. Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeug bei seiner Betankung die 1. Gasflasche unter Berücksichtigung des thermodynamischen Realgasfaktors (Kompressibilitätsfaktors) für Methan auf einen Restdruck von ca. 135 bar und die 2. Gasflasche auf einen Restdruck von ca. 208 bar. Bei einer üblicherweise praktizierten Reihenschaltung könnte der Restdruck der 1. Gasflasche nicht mehr genutzt werden, denn er liegt bereits unter dem Soll-Fülldruck des Drucktanks des Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges, der üblicherweise rd. 200 bar beträgt. Das ist in vorteilhafter Weise bei der Parallelschaltung anders.
  • Das 2. Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeug kann wenigstens noch zum Teil aus der 1. Gasflasche befüllt werden. Bei dieser 2. Befüllung aus der 1. Gasflasche (mit ihrem Restdruck von 135 bar) stellt sich nach dem Druckausgleich ein neuer Restdruck von ca. 74 bar ein. Durch die anschließende Befüllung des Druckgastanks des 2. Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges aus der 2. Gasflasche (mit ihrem Restdruck von ca. 208 bar) ergibt sich bei dieser nach dem Druckausgleich ein Restdruck von ca. 126 bar. Um den Druckgastank des 2. Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges von ca. 126 bar auf 200 bar zu bringen und den Betankungsvorgang zu beenden, muss die 3. Gasflasche angezapft werden. Deren Restdruck beträgt nach der vollständigen Betankung des 2. Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges noch ca. 196 bar.
  • Das 3. Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeug mit seinem auf einen Restdruck von 20 bar geleerten Tank wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zunächst aus der 1. Gasflasche befüllt, deren Restdruck von noch 74 bar nach dem Druckausgleich auf ca. 47 bar zurückgeht. Die folgende Befüllung des Tanks des 3. Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges aus der 2. Gasflasche lässt deren Restdruck nach dem Druckausgleich von ca. 126 bar auf ca. 83 bar sinken. Das anschließende Umschalten auf die 3. Gasflasche füllt den Druckgastank des 3. Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges mit ca. 158 bar und hinterlässt die 3. Gasflasche mit eben diesem Restdruck von ca. 158 bar. Zur vollständigen Befüllung wird auf die 4. Gasflasche umgeschaltet, die den Druckgastank des 3. Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges auf 200 bar bringt und danach noch einen Restdruck von ca. 200 bar aufweist.
  • Bei der Betankung des 4. Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges sinkt der Restdruck der 1. Gasflasche weiter von ca. 47 bar auf ca. 32 bar, der Restdruck der 2. Gasflasche von ca. 83 bar auf ca. 53 bar, der Restdruck der 3. Gasflasche von ca. 158 bar auf ca. 84 bar und der Restdruck der 4. Gasflasche von ca. 200 auf ca. 129 bar.
  • Insgesamt geht der Restdruck in den Gasflaschen mit jedem zu betankenden Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeug weiter zurück, aber niemals weiter als der (niedrigste) Restdruck im Tank des mobilen Verbrauchers, insbesondere des Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeugtanks. Ohne Wiederauffüllung des Gasspeichers ist der Restdruck der ersten drei Gasflaschen in diesem Berechnungsbeispiel nach der 12. Betankung auf 20 bar zurückgegangen. Er beträgt dann in der 4. Gasflasche noch 21 bar, in der 5. Gasflasche noch 24 bar, in der 6. Gasflasche noch 29 bar, in der 7. Gasflasche noch 37 bar, in der 8. Gasflasche noch 45 bar, in der 9. Gasflasche noch 64 bar, in der 10. Gasflasche noch 80 bar, in der 11. Gasflasche noch 120 bar und in der 12. Gasflasche noch 155 bar. D.h., mit 12 Gasflaschen und 12 Druckstufen können 12 Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuge vollständig und das 13. Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeug noch zu 52% betankt werden, wenn deren geometrisches Tankvolumen 100 Liter beträgt und sich der Restdruck in den Druckgastanks vor der Betankung noch auf 20 bar beläuft.
  • Bei einer Befüllung eines aus 12 Standard-Gasflaschen mit einem geometrischen Volumen von jeweils 80 Litern bestehenden Gasspeichers mit 250 bar werden unter Berücksichtigung des thermodynamischen Realgasfaktors (Kompressibilitätsfaktors) für Methan rd. 267 m3 Gas vorrätig gehalten. Bei einer einstufigen Betriebsweise können damit 2,25 Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuge mit 100-Liter-Druckgastanks vollständig betankt werden, und zwar insgesamt mit 53,4 m3. Von der Beladungskapazität werden so lediglich 20% genutzt.
  • Bei einer Befüllung derselben 12 Stück 80-Liter-Gasbehälter mit 350 bar (vgl. Ansprüche 1 und 70 bis 75 sowie Ansprüche 81 und 150 bis 155) erhöht sich der Gasvorrat unter Berücksichtigung des thermodynamischen Realgasfaktors (Kompressibilitätsfaktors Z) für Methan auf rd. 335 m3. Bei Nutzung der offenbarten erfindungsgemäßen Mehrstufen-Schaltung können 12 Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuge mit 100-Liter-Druckgastanks vollständig betankt werden, insgesamt mit rd. 285 Nm3. Die Nutzungsquote der Beladungskapazität der Speicherbank nimmt ohne Einsatz eines Verdichters (!) und ohne Nachfüllung auf rd. 83% zu. Die eingesetzte Gasspeicheranlage wird um den Faktor 4 (!) besser genutzt.
  • Mit der erfindungsgemäßen Betankungssystem und dessen erfindungsgemäßer Betriebsweise erhöht sich die Leistung der verdichterlosen Tochter-Station also um 285 Nm3/94 Nm3 - 1 = 200%. Nicht nur die Erhöhung der nutzbaren Gasmenge um den Faktor 4 reduziert den Anlagenaufwand in der Tochter-Station ganz erheblich, sondern auch das Weglassen des Verdichters. Um 12 Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuge aus einer Tochter-Station ohne Wiederbefüllung des Gasvorratsbehälters betanken zu können, müssten bei einem Verzicht auf den Verdichter bei einem Befüllungsdruck von 250 bar unter Berücksichtigung des thermodynamischen Realgasfaktors (Kompressibilitätsfaktors) für Methan statt 12 parallel geschaltete vielmehr rd. 40 in Reihe geschaltete Standard-Gasflaschen eingesetzt werden, deren Beladungskapazität zudem nur zu rd. 20% genutzt werden könnte. Die vermiedenen 28 Gasflaschen sparen einen erheblichen technischen Aufwand ein, nicht nur aufgrund des wesentlich geringeren Transportaufwandes bei der Wiederbefüllung, sondern auch wegen der wesentlich geringeren Abschreibung, der wesentlich geringeren Kapitalbindung und der wesentlich geringeren Zinslast. Selbst bei einem Befüllungsdruck von 350 bar würden ohne dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Berücksichtigung des thermodynamischen Realgasfaktors (Kompressibilitätsfaktors Z) für Methan statt 12 immerhin noch 23 Standard-Gasflaschen ä 80 Liter benötigt, um 12 Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuge mit 100-Liter-Druckgastanks betanken zu können.
  • Der erfindungsgemäße Vorteil des geringeren technischen Aufwands ist dabei umso größer, je höher der Beladungsdruck bei dem mobilen Speicher ausfällt (vgl. Ansprüche 5 und 10) und je mehr Druckstufen eingesetzt werden (vgl. Ansprüche 1 und 6). Gleichzeitig nimmt der technische Aufwand mit der Zahl der eingesetzten Gasflaschen bzw. mit der Größe der Gasspeicher zu bzw. ab. Eine möglichst geringe Zahl an Gasflaschen bzw. an geometrischem Gasspeichervolumen ist deshalb vorteilhaft (vgl. Ansprüche 5 und 10). Die optimale Kombination aus den 3 Faktoren Befüllungsdruck des mobilen Gasspeichers, Anzahl / Größe der Gasvorratsbehälter und Anzahl der genutzten Druckstufen ist gemäß neuer Erkenntnis des Erfinders eine Funktion der Absatzmenge und damit von der Zahl der zu versorgenden Pkw-Äquivalente abhängig. D.h., für eine Nachfrage von beispielsweise 15 Pkw-Äquivalenten ist eine andere Faktorkombination optimal als für die Nachfrage von 40 Pkw-Äquivalenten. Aus diesem Grund wird nicht nur für einzelne Werte, sondern die in den Ansprüchen aufgeführten Bandbreiten der Faktorenwerte Schutz beansprucht.
  • Deutschland hat ohne Flüsse, Seen und Hochgebirge eine Fläche von rd. 350.000 km2 und eine Einwohnerzahl von rd. 82 Mio. Menschen. Bei 5.000 Standorten für Gastankstellen entfällt auf einen Standort im Durchschnitt eine versorgte Fläche von rd. 70 km2 und eine versorgte Einwohnerzahl von rd. 16.400 Menschen. Bei angenommener kreisförmiger Ausgestaltung der versorgten Flächen und bei Inkaufnahme von Überlappungsbereichen ergibt sich ein durchschnittlicher Flächenradius von 7,4 km, d.h. ein Gasfahrzeugnutzer hat es im Durchschnitt nicht weiter als 7,4 km zur nächsten Gastankstelle. Das ist heute bei weitem nicht so.
  • Erfindungsgemäß wird ferner der Vorteil des relativ geringen Investitionsvolumens genutzt, um die Gastankstelleninfrastruktur auszubauen. Nunmehr kann ein Standort für wenige zehntausend Euro mit einer ersten Möglichkeit zur Betankung mit Gaskraftstoff versehen werden. Als weiterer Vorteil ergibt sich, dass die Installation einer verdichterlosen Tochter-Station im Vergleich zur Errichtung einer öffentlichen Gastankstelle sehr schnell vonstatten geht, es fallen weder Tiefbauarbeiten an noch ist ein Starkstromkabel für den meist sehr stromintensiven Verdichter erforderlich.
  • Die erfindungsgemäße systematische Nutzung der Typ 6a-Tankstellentechnik (vgl. Ansprüche 1 und 6) hat den ersten Vorteil, dass keine Anbindung an das Erdgasnetz erforderlich ist. Die Verlegung einer Erdgasleitung, und sei es auch nur die Verlegung einer mehr oder weniger kurzen Stichleitung, kann entfallen. Das spart baulichen Aufwand ein und vor allem Zeit. Außerdem kommen wesentlich mehr Standorte für die Errichtung der öffentlichen Tankstelle in Frage, als wenn bei der Standortsuche Rücksicht auf das Vorhandensein eines Erdgasnetz-Ausspeisepunktes genommen werden müsste.
  • Zweiter Vorteil der erfindungsgemäßen systematischen Nutzung der Typ 6a-Betankungstechnik ist das relativ geringe Investitionsvolumen: es kann eine öffentliche Gastankstelle eingerichtet werden, ohne dass anlagentechnisch aufwändige und teure Verdichtertechnik installiert werden muss. Die Verdichtung erfolgt vielmehr zentral durch einen großen und effizienten Verdichter einer Mutter-Station, der Gas nicht nur effizienter komprimieren kann als ein dezentraler Verdichter kleiner oder mittlerer Leistungsklasse, sondern i.d.R. bedingt durch den wesentlich höheren Stromverbrauch auch noch in den Genuss eines geringeren Stromkostensatzes kommt. Nach neuer Erkenntnis des Erfinders überkompensieren die resultierenden spezifischen, auf die kWhGas bezogenen Stromkosteneinsparungen und die eingesparten Abschreibungen und Kapitalkosten für die dezentralen Verdichter die Kosten des Lkw-Transports der aufgeladenen Speicherbänke von der Mutter-Station zur Tochter-Station bzw. zu den mehreren Tochter-Stationen.
  • Dieser zweite Vorteil der Typ 6-Betankungstechnik verbessert sich weiter, wenn der erfindungsgemäße, vorstehend beschriebene Subtyp der Betankungstechnik eingesetzt wird, bei dem die Entleerung des Vorratsspeichers der Tochter-Station durch dessen mehrstufige Betriebsweise maximiert wird (vgl. Ansprüche 1 und 6). Vorteilhafte Folge ist, wie vorstehend beschrieben wurde, dass die spezifischen Vollkosten je kWhHi noch weiter zurückgehen als beim Einsatz lediglich verdichterloser Tochter-Stationen. Die Angemessenheit der ausgewählten Größe der Gasspeicheranlage lässt sich an ihrem geometrischen Volumen ablesen, das möglichst klein sein sollte (vgl. Ansprüche 5 und 10), und / oder an der Zahl der eingesetzten (Standard-)Gasflaschen, die ebenfalls möglichst klein ausfallen sollte.
  • Die erfindungsgemäße Gestaltung des Aufbaus der Gastankstellen-Infrastruktur hat den besonderen Vorteil, dass der jeweilige Tankstellenbetreiber nicht ins Ungewisse hinein in Tankstellen-Infrastruktur investieren muss. Aufgrund des geringeren Break-Even-Absatzes kann die Errichtung der (einfachen) Gastankstelle auch schon dann erfolgen, wenn sich auch nur eine relativ geringe Nachfrage gezeigt hat. Dieser Vorteil kann nicht hoch genug eingeschätzt werden, ermöglicht er doch den Aufbau einer ganzen Betankungs-Infrastruktur und ein nahezu organisches Wachstum aus sich selbst heraus ohne die Notwendigkeit, ganz erhebliche Vorab-Investitionen vornehmen zu müssen, die üblicherweise mit großen Unsicherheiten verbunden sind und deshalb nur von sehr kapitalkräftigen Unternehmen vorgenommen werden können.
  • So könnte es z.B. - wie in der Vergangenheit in Deutschland hundertefach geschehen - durchaus passieren, dass der standortspezifische Gaskraftstoffabsatz unterhalb der Menge stagniert, bei der der Einsatz einer konventionellen Gastankstelle angebracht wäre. Hätte der Distributor des Gaskraftstoffes an dem bzw. an den bewussten Standorten von Anfang an eine große konventionelle Gastankstelle installiert, würde diese wie vorstehend erläutert nicht nur kurzfristig, sondern mittel- und langfristig mit roten Zahlen arbeiten. Bei Nutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dies viel weniger wahrscheinlich.
  • Bei der Versorgung und Bevorratung der nicht an das Erdgasnetz angebundenen Tochter-Stationen mit Gaskraftstoff kann es von Vorteil sein, den Vorratsbehälter stationär auszuführen und diesen stationäre Gasspeicher mittels einer mobilen Speicherbank wiederzubefüllen und dafür eine mobilen Verdichtungsanlage (Booster) einzusetzen.
  • Wie wichtig die Vermarktung der Kraftstoffe bei der Distribution neuer Kraftstoffe ist, hat die in Deutschland bislang fehlgeschlagene wiederholte Einführung des Mischkraftstoffs Super E10 gezeigt. Insbesondere neue Gaskraftstoffe bedürfen der Unterstützung durch eine dichte und flächendeckende Tankstellen-Infrastruktur und durch ein intelligentes Distributionssystem, nicht zuletzt damit die einzelnen Standorte bzw. die einzelnen Gastankstellen rasch große Absatzmengen erreichen.
  • Zwar könnte im Prinzip auf die Vermarktung des bzw. der (ggf. neuen) Gaskraftstoffe und der aus der Kombination von THG-freiem Gaskraftstoff und Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeug resultierenden Nullemissionsmobilität und damit auf die aktive Steigerung des Absatzes und entsprechend auch auf die aktive Steigerung der Anlagenauslastung verzichtet werden, das würde aber den Aufbau der Tankstellen-Infrastruktur zur physischen Distribution eben dieser (ggf. neuen) Gaskraftstoffe erheblich verzögern und letztlich das strategische Ziel der gesamten, auf den Aufbau einer flächendeckenden physischen Distribution von erdölunabhängigem und treibhausfreiem Gaskraftstoff ausgerichteten Bemühungen konterkarieren.
  • Wenn die Abgabemengen einer Typ 6-Tankstelle zunehmen und die leergetankten Speicherbänke einer Tochter-Station in immer kürzeren zeitlichen Abständen durch volle Speicherbänke ersetzt werden müssen, kann es von Vorteil sein, die Speicherkapazität der mobilen Speicherbänke zu erhöhen. Der resultierende geringere Transportaufwand kann ab einer bestimmten zellenspezifischen Absatzmenge den zusätzlichen technischen Aufwands (Vergrößerung der mobilen Speicherbänke) überkompensieren - was Ziel der Aktion ist. Welche Technik wann durch welche andere Technik ersetzt wird, ergibt sich aus deren jeweiligen Einfluss auf die spezifischen Infrastruktur- bzw. Vollkosten, die wiederum von der jeweiligen Absatzmenge abhängig sind.
  • Übergeordnetes Ziel der Erfindung ist es, mit möglichst geringen Vorab-Investitionen und mit vom Betreiber selbst finanzierten Investitionen eine Tankstellen-Infrastruktur für die physische Distribution neuer, erdölunabhängiger, absolut THGfreier, nicht in Flächenkonkurrenz mit der Nahrungsmittelherstellung stehender (!), nachhaltig erzeugter Gaskraftstoffe aufzubauen (vgl. die Offenlegungen DE10 2010017818A1 und WO2011101137A1 des Erfinders) und damit unabhängig zu machen von den bestehenden (fossilen) CNG-Verteilstrukturen, deren Betreiber oftmals (fossile) Eigeninteressen haben, die den Interessen der Vermarkter innovativer Kraftstoffe entgegenstehen. Den neuen erdölunabhängigen und zugleich THG-freien Gaskraftstoffen soll damit zum Durchbruch verholfen werden. Gleich wie hoch die Betankungsmengen pro Standort auch ausfallen und wie dynamisch sich diese entwickeln, die Tankstellentechnik soll stets kosten- und aufwandsoptimiert gestaltet sein. Vor allem sollen auch bislang vernachlässigte Standorte mit gasförmigem Kraftstoff, insbesondere mit erdölunabhängigem, absolut THG-freiem Gaskraftstoff versorgt werden, in denen die gesamte Nachfrage nach Gaskraftstoff dem Bedarf von weniger als 30 Pkw-Äquivalenten oder noch deutlich weniger entspricht.
  • Wenn das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Gastankstelle und die erfindungsgemäße Gastankstelle Anlagenkonfigurationen flächendeckend realisiert sind, kann fast jeder beliebige Ort in Deutschland relativ kostengünstig und dauerhaft mit Gaskraftstoff versorgt werden. Aktuell kann die für die physische Distribution von CNG aufgebaute CNG-Tankstellen-Infrastruktur erst rd. 18% des Bundesgebietes versorgen.
  • Mit dem hier offengelegten Verfahren und der erfindungsgemäßen Gastankstelle können nicht nur die Gase Erdgas, THG-reduziertes BioMethan und SynMethan in vorteilhafter Weise quasi an jeden Ort in Deutschland gebracht (physisch distribuiert) werden, sondern auch und insbesondere der vom Erfinder entwickelte erdölunabhängige und absolut THG-freie Gaskraftstoff MethanZeroEmission (vgl. Offenlegungen DE102010017818 A1 und WO20 11101137A1 des Erfinders). Diese Vorgehensweise vermeidet Überinvestitionen, stellt aber dennoch eine Vollversorgung sicher.
  • Mit der resultierenden Gastankstellen-Infrastruktur ist die notwendige Grundlage gelegt, um relativ kostengünstige und erdölunabhängige Nullemissionsmobilität, die nicht auf neuer und problembehafteter Elektro- oder Wasserstofftechnik basiert, sondern auf bewährter Verbrennungsmotorentechnik und auf einem überragenden neuen Kraftstoff, relativ rasch in die breite Anwendung zu bringen. Ohne die bestehende Automobiltechnik groß verändern bzw. weiterentwickeln zu müssen (also weder das Produkt, noch die Herstellungsverfahren, noch die Herstellungsanlagen), wird mit der kombinierten Nutzung von konventionellen CNG-Fahrzeugen und innovativem Gaskraftstoff CO2-arme bzw. CO2-frei Automobilität möglich. Diese ist zudem unabhängig vom Erdöl und damit auch unabhängig von ggf. weiter steigenden Rohölpreisen. Die (europäische) Automobilindustrie kann nach wie vor hochwertige Autos bauen, ohne die Technologie groß ändern zu müssen. Benzinmotoren sind mit lediglich kleinen technischen Eingriffen zu Gasmotoren zu modifizieren.
  • Die vorgeschaltete nachhaltige Erzeugung von erdölunabhängigen und THG-reduzierten bzw. THG-freien Gaskraftstoffen und die hier offengelegte tankstellenübergreifende, aufwandsoptimierte, von bestehenden Verteilstrukturen unabhängige Distribution von erdölunabhängigen und THG-reduzierten bzw. THG-freien Gasen und deren Verwendung als Kraftstoff in Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeugen sind also von Vorteil für die (deutsche) Automobilindustrie, für deren Arbeitnehmer, für die Autokäufer und -nutzer und last but not least für die Umwelt.
    • Detaillierte Beschreibung
  • Zum besseren Verständnis wird die Erfindungen im Folgenden auch anhand von Zeichnungen beschrieben, wobei zum Teil fachspezifische Terminologie zum Einsatz kommt. Es sei darauf hingewiesen, dass der Schutzumfang der Erfindungen durch die Angabe von Ausführungsbeispielen nicht eingeschränkt werden soll, da Veränderungen und Modifizierungen an dem offenbarten Verfahren, an der offenbarten Anlagenkonfiguration und an der Anwendung der Erfindung sowie weitere Anwendungen der Erfindungen als übliches derzeitiges oder künftiges Fachwissen eines zuständigen Fachmanns angesehen werden.
    • Figur 1 zeigt die empirisch nachvollzogene Kurven der relativen (= spezifischen), auf eine kWhGas bezogenen Infrastruktur- und Vollkosten des Vertriebs von gasförmigen Gaskraftstoffen über Gastankstellen, nämlich zwei Infrastrukturkostenkurven einer mit mittelgroßer Betankungstechnik ausgestatteten Tankstelle des Typs 1 der Stadtwerke Esslingen und einer typischen mit großer Betankungstechnik ausgestatteten Tankstelle des Typs 1, wobei sich die Infrastrukturkosten auf die Abgabemenge von 1 kWhHi-Gas beziehen und die mit uneinheitlichem Maßstab versehene X-Achse der Grafik den Absatzmengenbereich von 1 Pkw-Äquivalent bis 1.000 Pkw-Äquivalente darstellt;
    • Figur 2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Betankungssystems als wesentliche Systemkomponenten umfassend ein Erdgasleitungsnetz mit Ausspeisepunkt, eine Mutter-Station mit relativ großem Verdichter, einen mobilen Gasspeicher, eine Tochter-Station mit Zapfsäule, Betankungsschlauch und Zapfhahn sowie das zu betankende Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeug;
    • Figur 3 zeigt ein Schaltschema für den erfindungsgemäßen mehrstufigen Betriebeiner verdichterlosen Tochter-Station und für die entsprechende mehrstufige Betankung von Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeugen aus mehreren parallel geschalteten Gasdruckstufen.
  • Die Erfindung wird im Folgenden im Detail beschrieben.
  • In Figur 1 sind die relativen (= spezifischen) Infrastrukturkosten zweier mit mittelgroßer und großer Anlagentechnik ausgerüsteten typischen Gastankstellen des Typs 1 in Abhängigkeit von den jährlichen Absatzmengen dargestellt, wobei die jährlichen Absatzmengen in Pkw-Äquivalenten (PÄ) angegeben sind (1 Pkw verbraucht aktuell rd. 10.000 kWhHi Gas/a). Die mit Dreiecken versehene Kurve zeigt die relativen Infrastrukturkosten einer mittelgroßen Gastankstelle der Stadtwerke Esslingen (deren Daten wurden dem Aufsatz von Rilling "Kosten und Preise bei Erdgastankstellen" der Zeitschrift für kommunale Wirtschaft, Ausgabe 11 / 2005, Seite 6 entnommen) und die mit Quadraten versehene Kurve die relativen Infrastrukturkosten einer typischen großen Gastankstelle des Typs 1, wobei unter den Infrastrukturkosten die Betriebskosten ohne Kosten des Gasbezugs zu verstehen sind.
  • Im direkten Vergleich zeigt sich, dass sehr große Betankungstechnik (Verdichter und Speicher) bei sehr großen Abgabemengen von > 500 PÄ deutlich vorteilhaft ist. Bei beiden Gastankstellengrößen steigen die Infrastrukturkostensätze mit abnehmendem (Jahres-) Absatz exponentiell an. Die Abschreibung auf die Errichtung der Gastankstelle, die Abschreibung auf den Ersatz bzw. die Erneuerung des Verdichters sowie der entsprechenden Kapitalzinsen, Personal- bzw. Pächterkosten und weitere fixe Kosten bleiben nämlich unabhängig von der jährlichen Absatzmenge immer gleich hoch.
  • Da unter den gegebenen Rahmenbedingungen des aktuellen CNG-Markts Tankstellenbetreiber keine Infrastrukturkosten akzeptieren, die höher als 3 Cent/kWhGas ausfallen und diese offensichtlich nur mit großer und sehr großer Betankungstechnik erreicht werden, haben Hersteller von Gastankstellentechnik und Gastankstellenbetreiber ihren Fokus auf Absatzbereiche > 300 PÄ gerichtet. Für diese Akteure war die Kostenentwicklung oberhalb von 4 Cent / kWhGas und damit < 150 PÄ völlig uninteressant. Insbesondere wenn CNG-Busse oder sonstige verbrauchsintensive kommunale Gasfahrzeuge zu versorgen sind, steigen die jährlichen Absatzmengen rasch auf bis zu 1.000 PÄ oder mehr, denn ein CNG-Bus verbraucht in etwa so viel Gaskraftstoff wie 50 CNG-Pkw. Entsprechend spielte bislang die Entwicklung der relativen Kosten in dem Kleintankstellenbereich für die Gastankstellen-Betreiber keine Rolle.
  • Um auf immer günstigere Kosten zu kommen, installierten die Tankstellenbetreiber - wie im vorstehenden Abschnitt "Stand der Technik" dargestellt wurde - bislang immer größere Tankstellentechnik. Dabei wurde vergessen, dass die günstigen Kosten große Absatzmengen zur Voraussetzung haben. Wenn sich diese nicht materialisieren, geraten die Betreiber großer Gastankstellen in den linken, steil ansteigenden Teil der in Figur 1 aufgezeigten Kostenkurven. Selbst mit mittelgroßer Gastankstellentechnik durchbrechen die Infrastrukturkostensätze bereits bei weniger als ca. 450 Pkw-Äquivalenten die kritische 2 Cent-Linie nach oben und bei weniger als ca. 220 Pkw-Äquivalenten die 3 Cent-Linie.
  • Mit mittelgroßer Betankungstechnik steigen die Infrastrukturkostensätze bei weniger als 200 Pkw-Äquivalenten auf über 4 Cent / kWhGas. Um mit dieser mittelgroßen Betankungstechnik auf einen kostendeckenden Betrieb zu kommen, müsste der Marktpreis mehr als 8 Cent/kWhGas betragen - was nicht der Fall ist. In der Folge bleiben sehr viele potenzielle Tankstellenstandorte unbesetzt, insbesondere solche, in denen sich die tatsächliche Nachfrage auf weniger als 100 Pkw-Äquivalente beläuft. Die Erfindung schließt diese Lücke (s.o.).
  • Figur 2 zeigt in einem vereinfachten Blockschema die einfachste Bauform einer Typ 6-Gastankstelle. Dargestellt sind nur die für die Thematik wesentlichen Anlagenmodule. Diese wesentlichen Teile umfassen ein Erdgasleitungsnetz mit einem Ausspeisepunkt, eine Mutter-Station mit einem (großen) Verdichter, mindestens einen mobilen Gasspeicher, mindestens eine Tochter-Station jeweils mit mindestens einer Zapfsäule mit Betankungsschlauch und Zapfhahn, an der mindestens ein Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeug betankt wird. Der mindestens eine mobile, unter Hochdruck von bis zu 350 bar stehende Gasspeicher wird an der Tochter-Station abgesetzt und an diese angeschlossen. In der Tochter-Station erfolgt keine weitere Druckerhöhung. Es wird nur so viel Gas in den Tank des Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges eingelassen, bis der Solldruck von 200 bar erreicht ist. Wenn der Gasdruck im mobilen Gasspeicher unter 200 bar gesunken ist, wird dieser teilentleerte mobile Gasspeicher durch einen vollen mobilen Gasspeicher ersetzt.
  • Alternativ kommen das erfindungsgemäße Betankungsverfahren und/oder das erfindungsgemäße Betankungssystem zum Einsatz. Der mobile Gasspeicher besteht dabei aus einer Mehrzahl von Druckgastanks, vorzugsweise aus Standard-Druckgasflaschen, wobei die einzelnen Druck stufen nicht in Reihe sondern parallel geschaltet sind. Die Parallelschaltung erlaubt den individuellen Zugriff auf jede einzelne Druckstufe, was das erfindungsgemäße Verfahren erst möglich macht. Wie vorstehend beschrieben kann die Druckstufe 1 der Gasspeicheranlage der Gastankstelle durch die erfindungsgemäße Aufschaltung der einzelnen Druckstufen auf den zu betankenden Druckgastank des mobilen Verbrauchers ohne Einsatz eines Verdichters (Kompressors) annähernd auf das unterste Druckniveau entleert werden, das in Form eines zu betankenden Druckgastanks angeliefert wird. D.h., der entsprechende Speichertank bzw. die entsprechende Druckstufe der Gasspeicheranlage der Gastankstelle kann durch eine mehrstufige Schaltung annähernd auf das im Druckgastank des mobilen Verbrauchers herrschende Druckniveau entleert werden, also auf bis zu 10 bar und darunter (s.o.). Das ist ggü. der bisher üblichen Entleerungsweise von großem Vorteil (s.o.).
  • Figur 3 zeigt ein Schaltschema der wesentlichen Aktionen und Weichen für einen mehrstufigen Betrieb einer verdichterlosen Tochter-Station eines Mutter-Tochter-Systems zur mehrstufigen Betankung von mobilen Verbrauchern, insbesondere von Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeugen. Zunächst wird die Gasabgabeanlage vorbereitet, und zwar durch eine in kurzen Zeitabständen vorgenommene Messung und ein entsprechendes Loggen (Abspeichern) der Umgebungstemperatur. Die Umgebungstemperatur wird benötigt, um aus bekannten, temperaturabhängigen Tabellen die richtigen Kompressibilitätsfaktoren entnehmen zu können, die wiederum benötigt werden, um für die jeweiligen Rahmenbedingungen (Gastemperatur, Druckniveau des/der Gasspeicher, Restdruck des Drucktanks des mobilen Verbrauchers etc.) den höchsten zulässigen Soll-Fülldruck berechnen zu können. Danach geht die (elektronische) Steuerung der Gasabgabeanlage in eine Warteschlaufe und wartet auf den Beginn des (nächsten) Betankungsvorgangs.
  • Der Betankungsvorgang beginnt mit der Entnahme der Zapfpistole (des Zapfhahns) aus der Halterung in der Zapfsäule. Nach der Entnahme der Zapfpistole aus der Halterung und der druckfesten Verbindung des leergefahrenen Gasfahrzeugtanks GFT des mobilen Verbrauchers (Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeugs) mit der Betankungsanlage (mittels Zapfhahn und Zapfschlauch der Betankungsanlage) wird zunächst geprüft, ob im Zapfschlauch bzw. in der Verbindungsleitung ein relevanter Druck von z.B. 3 bar aufgebaut werden kann. So wird geprüft, ob die Zapfanlage in Ordnung ist. Ist dies der Fall, erfolgt eine Messung des im Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeugtank GFT noch vorhandenen Restdrucks pGFT. Wenn der Restdruck pGFT kleiner ist als das Druckniveau des Gasspeichers GS-1 (pGs-1) der Gasspeicheranlage der Gastankstelle, wird a) das Ventil zum Gasspeicher GS-1 bis zum Druckausgleich DA geöffnet, b) gleichzeitig die durchströmende Gasmenge bzw. -masse gemessen und c) weiterhin der (steigende) Druck pGFT im Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeugtank GFT gemessen. Das Ventil zum Gasspeicher GS-1 bleibt i.d.R. bis zum Druckausgleich DA zwischen dem Gasspeicher und dem Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeugtank GFT geöffnet, es sei denn, der aus der Umgebungstemperatur und aus einem Sicherheitsabschlag berechnete höchstzulässige Soll-Fülldruck wird vorher erreicht. In diesem Fall schließt das Ventil vor dem vollständigen Druckausgleich, d.h., im Gasspeichertank GS-1 verbleibt ein höherer Gasdruck als im Druckgastank GFT des Gasfahrzeuges.
  • Wenn der Restdruck pGFT des Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeugtanks GFT größer ist als das Druckniveau des Gasspeichers GS-1 (pGS-1), erfolgt die Prüfung, ob der Restdruck pGFT kleiner ist als das Druckniveau des nächsten Gasspeichers, also des Gasspeichers GS-2 (pGS-2). Wenn dies der Fall ist, wird a) das Ventil zum Gasspeicher GS-2 bis zum Druckausgleich DA geöffnet, b) gleichzeitig die durchströmende Gasmenge bzw. -masse gemessen und c) weiterhin der (steigende) Druck pGFT im Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeugtank GFT gemessen.
  • Wenn der Druck pGFT im Druckgastank des Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges den Soll-Fülldruck von beispielsweise 200 bar abzüglich eines berechneten Sicherheitsabschlags von beispielsweise 2 bar, was einen Soll-Fülldruck von 198 bar ergibt, wird das VentilGS-1 zum Gasspeicher GS-1 (bzw. das VentilGS-2 zum Gasspeicher GS-2) geschlossen und der Betankungsvorgang beendet (vgl. Ansprüche 1 und 6).
  • Wenn der berechnete Soll-Fülldruck von 198 bar nach dem Druckausgleich mit dem ersten Gasspeicher GS-1 nicht erreicht wurde, wird der zweite Gasspeicher GS-2 aufgeschaltet und wenn dessen Druck nicht ausreicht, der dritte Gasspeicher GS-3 und so fort, bis im Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeugtank GFT der Soll-Fülldruck von 198 bar erreicht ist (vgl. Ansprüche 1 und 6). Die vorstehend beschriebenen Vorgänge der Gasdruckprüfung der jeweils nächsten Gasspeicherstufe GS, der Öffnung des entsprechenden Ventils VGS-n, der Messung der durchströmenden Gasmenge m und der permanenten Überwachung des Drucks pGFT im Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeugtank beginnen bei jeder Zuschaltung eines Gasspeichers von neuem.
  • Die Aufschaltung auf die nächste Druckstufe wird so lange wiederholt, bis entweder der Druck pGFT im Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeugtank den Soll-Fülldruck (hier 198 bar) erreicht hat oder bis die höchste bzw. letzte Druckstufe angesteuert wurde (vgl. Ansprüche 1 und 6).
  • Die vorstehend beschriebene Prozedur zur Betankung mobiler Verbraucher wird ohne Nachbefüllung der Gasspeicheranlage der Gastankstelle solange mit jedem zu betankenden mobilen Verbraucher wiederholt, bis die Gasspeicheranlage der Gastankstelle soweit geleert ist, dass ein Druckgastank eines zu betankenden mobilen Verbrauchers nicht mehr vollständig befüllt werden kann (siehe Ansprüche 1 und 6). Das führt dazu, dass das geometrische Volumen der Gasspeicheranlage und die gespeicherte Verdichterarbeit optimal ausgenutzt werden können.
  • Die Zahl der Druckstufen (und folglich auch die Mindestzahl der parallel geschalteten Gasspeicherbehälter) kann zwei betragen, aber auch vier, sechs, acht, zehn, zwölf, sechzehn, zwanzig oder mehr (vgl. Ansprüche 1 und 6 sowie die Ansprüche 2 und 8).
  • Es kann vorteilhaft sein, insbesondere bei unterschiedlicher Größe und/oder unterschiedlichem Restdruckniveau der Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeugtanks, bei der Betankung einzelne Druckstufen zu überspringen oder in einer anderen Reihenfolge anzusteuern (vgl. Ansprüche 3 und 9).
  • Für den Fall, dass der Soll-Fülldruck im Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeugtank auch mit der höchsten Druckstufe nicht erreicht werden kann, generiert die (elektronische) Steuerungsanlage der Gastankstelle vor der Beendigung des Betankungsvorgangs 1 bis x eine entsprechende Nachricht und schickt diese inklusive der Aufzeichnung der relevanten Betriebsparameter an die zentrale Überwachungsstelle, vorzugsweise als SMS und besonders vorzugsweise als E-Mail. Ferner setzt die Steuerungsanlage die Gastankstelle nach Beendigung des Betankungsvorgangs außer Betrieb (vgl. Figur 3 und Ansprüche 1 und 6).
  • Für den Fall, dass es im Druckgastank des Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges bzw. in der Zuleitung bzw. im Zapfschlauch zu einem plötzlichen Druckverlust kommen sollte (dm/dt > Alarmwert y), schließt die Steuerungsanlage alle relevanten offenen Ventile der Betankungsanlage und löst einen Alarm aus (in Figur 3 nicht dargestellt).
  • Damit es möglichst nicht zum Fall einer unvollständigen Betankung eines Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges kommt, meldet die Steuerungsanlage die Betriebsdaten der Tochter-Stationen regelmäßig an die zentrale Überwachungsstelle (in Figur 3 nicht gezeigt). Dort kann bei der Unterschreitung bestimmter Betriebsdatengrenzen (z.B. bei Unterschreiten eines bestimmten Druckniveaus der höchsten Druckstufe) eine antizipatorische Auffüllung des Vorrats an Gaskraftstoff veranlasst werden.
  • Der Betankungsvorgang wird beendet, indem die die elektronische Steuerungsanlage die aus den einzelnen Gasspeichern GS überströmten Gasmassen m addiert, den vom Endkunden zu zahlenden Preis berechnet, den Ausdruck eines entsprechenden Belegs veranlasst und indem sie den gesamte Betankungsvorgang mit seinen relevanten Betriebsparametern loggt.
  • Der Betankungsvorgang kann in für den/die Tankende(n) vorteilhafter Weise beschleunigt werden, wenn die Steuerungsanlage der Gastankstelle unmittelbar nach Beginn des Betankungsvorgangs diejenige Gasspeicherstufe GS bzw. denjenigen Gasbehälter ansteuert, die/der ein für eine unmittelbare Betankung ausreichendes Druckniveau aufweist (vgl. Ansprüche 1 und 6).
  • Ggf. beinhaltet die Aktion "Beginn des Betankungsvorgangs" die Freischaltung und/oder die Up Front-Bezahlung des Betankungsvorgangs über eine SMS oder über ein sogenanntes App. Das ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Betankungsvorgänge bargeldlos abgewickelt werden sollen.
  • Da die Kosten des Tankstellenbetriebes minimiert werden sollen, kann es insbesondere bei relativ kleinen Gastankstellen vorteilhaft sein, sie ohne Bedienpersonal zu betreiben und/oder bestimmt Vorgänge elektronisch zu speichern und/oder an eine zentrale Stelle zu übermitteln.
  • Es kann von Vorteil für die Abrechnung und/oder für die Kundenbindung sein, die tankende Person vor einer Abgabe von Gaskraftstoff eine Tankkarte vorzeigen zu lassen oder, wenn es eine virtuelle Tankkarte bzw. eine Mitgliedschaft in einem Club oder in einer Organisation ist, diese benennen zu lassen oder diese mit einem elektronischen Lesegerät zu erfassen.
  • Wenn die Tankkarte einen integrierten Schaltkreis (IC; Chip) aufweist, der Daten enthält, mit denen sich der Nutzer des Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeugs ggü. dem Gastankstellenbetreiber ausweisen kann und/oder mit denen das zu betankende Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeug eindeutig identifiziert werden kann, kann die Erfassung und Abrechnung der Betankungsvorgänge in vorteilhafter Weise automatisiert werden, was den technischen und ökonomischen Aufwand ggü. anderen Formen der Erfassung und Abrechnung reduziert.
  • Wenn an dem zu betankenden Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeug ein integrierter Schaltkreis (IC; Chip) angebracht ist, der vor und/oder nach dem Betankungsvorgang berührungslos Daten, insbesondere die Ident-Nummer das Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges und/oder des Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeugnutzers an ein elektronisches Lesegerät der Gastankstelle übermittelt, kann die Betankung ohne großes Zutun des Fahrers des Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges erfasst und abgerechnet werden, was vorteilhaft sowohl für den Fahrer als auch für den Betreiber der Gastankstelle sein kann.
  • Von besonderem Vorteil ist es, wenn das elektronische Lesegerät der Gastankstelle am Zapfhahn der Zapfsäule oder an der Zapfsäule angebracht ist, der Fahrer des Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeugs muss nur noch tanken, der gesamte Erfassungsvorgang ist dann automatisiert.
  • Der spezifische technische und ökonomische Aufwand für die physische Distribution des mindestens einen Gaskraftstoffes kann in vorteilhafter Weise dadurch gemindert wird, dass nicht nur innovative, THG-reduzierte Gaskraftstoffe von den zellenspezifischen Tankstellen abgegeben werden, sondern auch Erdgas (CNG) und/ oder aus Windstrom und atmosphärischem CO2 erzeugtes SynMethan, denn der anfallende Aufwand verteilt sich dann auf eine größere Absatzmenge, was den spezifischen Aufwand reduziert.
  • Vorteilhaft kann auch die Sammlung der vorzugsweise elektronischen Belege einzelner Betankungsvorgänge durch die Endkunden sein und/oder durch den mindestens einen Betreiber von Gastankstellen zu dem Zweck, eine bestimmte Gasmenge einer bestimmten Qualität in das nationale oder internationale Erdgasnetz einzuspeisen, um die vorherige Entnahme von Erdgas oder einem Erdgasäquivalent zu kompensieren. So kann z.B. die energetische Gasmenge eines treibhausgasreduzierten, vorzugsweise eines treibhausgasfreien und besonders vorzugsweise eines treibhausgasnegativen Gases in das Erdgasnetz eingespeist werden, die die Mitglieder einer bestimmte Endkundengruppe, vorzugsweise die Mitglieder eines Clubs oder einer Organisation, zuvor getankt und als Gaskraftstoff verbraucht haben.
  • Generell ist es vorteilhaft, Betriebsparameter der Gastankstelle und/oder zusätzliche Daten wie Servicelaufzeit und Lastwechsel am Gasspeicher elektronisch abzurufen oder die elektronische Tankstellensteuerung so zu programmieren, dass diese die relevanten Daten selbständig meldet, vorzugsweise über das Telefon-Festnetz und besonders vorzugsweise über das Mobilfunk-Telefonnetz.
  • Ebenfalls ist es vorteilhaft, insbesondere bei einem bedienerlosen (personallosen) Betrieb der Gastankstelle, wenn ein Ferndiagnose- und Wartungssystem eingesetzt wird, vorzugsweise ein interaktives Ferndiagnose- und Wartungssystem.
  • Für die Schaffung einer möglichst großen Absatzmenge und demzufolge für die Erzielung eines möglichst geringen spezifischen technischen und ökonomischen Aufwands ist es ebenfalls von Vorteil, wenn die Endkunden die Standorte und/ oder die Koordinaten und/oder den Betriebszustand und/oder die Verfügbarkeit des mindestens einen Gaskraftstoffes der mindestens einen Gastankstelle aus dem Internet abrufen können, vorzugsweise über SmartPhones oder über Navigationsgeräte.
  • Wie eingangs erläutert wurde, ist es für die Reduzierung des technischen Aufwands von Vorteil, insbesondere hinsichtlich des Verschleißes und des Energieeinsatzes, bei der Verdichtung der Gaskraftstoffe in der Mutter-Station mehrstufige Verdichtungsanlagen zu nutzen.
  • Der anteilige apparative und ökonomische Aufwand kann reduziert werden, wenn die Verdichtungsanlage der Mutter-Station nicht nur als Kompressionsanlage für die Versorgung der Tochter-Stationen, sondern auch als Tankstelle für die Betankung von Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeugen genutzt wird, vorzugsweise für die Betankung von gasbetriebenen Fahrzeugflotten, besonders vorzugsweise für die Betankung von leichten, mittelschweren und schweren CNG-Nutzfahrzeugen und insbesondere für die Betankung von gasbetriebenen Speditionsfahrzeugen und/oder gasbetriebenen Fahrzeugen von Paketdiensten und/oder Bussen mit Gasantrieb.
  • Für die Betreiber von Gastankstellen kann es von ökonomischem Vorteil (Verteilung des technischen Aufwands auf eine größere Verrechnungsbasis mit dem Ziel der Senkung des spezifischen Aufwands) sein, wenn sie nicht nur gasförmige Kraftstoffe abgeben, sondern auch Flüssigkraftstoffe.
  • Die abgegebenen Gaskraftstoffe sind umso attraktiver für die tankenden Fahrer der Gas- und/oder Mehrkraftstofffahrzeuge, wenn sie möglichst wenig mit Treibhausgasemissionen belastet sind. Da im Rahmen der Life Cycle Analysis LCA auch die bei der Betankung entstehenden Treibhausgasemissionen Berücksichtigung finden, ist es für die Betreiber von Gastankstellen von Vorteil, wenn zum Betrieb der Betankungstechnik THG-reduzierte Energien bzw. Energieträger einsetzen, vorzugsweise THG-freie Energien bzw. Energieträger und besonders vorzugsweise THG-negative Energien bzw. Energieträger.
  • Um sich vom Wettbewerb abzugrenzen kann es für die Betreiber von Gastankstellen von Vorteil sein, nicht den Standardzapfhahn zu verwenden, sondern eine eigene, proprietäre Zapfhahnform. Dies bedingt natürlich auch eine eigene, proprietäre Form der Zapfstutzen der Gas- und/oder Mehrkraftstofffahrzeuge.
  • Um sich vom Wettbewerb abzugrenzen kann es für die Betreiber des aus Gasfahrzeug, Gaskraftstoff, Tankstelle und Tankkarte bestehenden Gesamtsystems von Vorteil sein, die zur Betankung zur Gastankstelle kommenden Gasfahrzeuge in spezieller Weise zu kennzeichnen.
  • Obgleich in der vorhergehenden Beschreibung und in den Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel aufgezeigt und detailliert beschrieben ist, sollte dies als rein beispielhaft und die Erfindung nicht einschränkend angesehen werden. Es wird hiermit explizit darauf hingewiesen, dass nur das bevorzugte Ausführungsbeispiel dargestellt und beschrieben wurde und sämtliche Veränderungen und Modifizierungen, die derzeitig und zukünftig im Schutzumfang der Erfindung liegen, geschützt werden sollen.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betrieb einer gasförmigen Gaskraftstoff, insbesondere Erdgas oder ein Erdgas-Substitut, an mobile Verbraucher abgebenden Gastankstelle (Betankungsanlage), deren Gasspeicheranlage über eine Mehrzahl parallel geschalteter Druckstufen bzw. Speichertanks verfügt, vorzugsweise über mindestens 3 Druckstufen bzw. Speichertanks, besonders vorzugsweise über mindestens 6 Druckstufen bzw. Speichertanks und insbesondere über mindestens 12 Druckstufen bzw. Speichertanks, bei dem
    bei einem Betankungsvorgang die Entleerung der Gasspeicheranlage der Gastankstelle kaskadenartig erfolgt,
    auf jeder Druckstufe der installierten Gasspeicheranlage mittels geeigneter Drucksensoren der jeweils herrschende Druck gemessen wird, damit nach einer ersten Messung des noch vorhandenen Fülldrucks im Druckgastank des Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges zu Beginn des Betankungsvorgangs gezielt diejenige Druckstufe bzw. derjenige Speichertank zur ersten Entleerung angesteuert werden kann, deren bzw. dessen Druck in erster Bedingung höher ist als der noch im Druckgastank des Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges vorhandene Rest-Fülldruck aber in zweiter Bedingung niedriger als der Druck aller anderen Druckstufen bzw. Speichertanks der Gasspeicheranlage, deren Druckwerte die erste Bedingung erfüllen,
    wobei
    nach der Befüllung der Gasspeicheranlage der Gastankstelle mit Gaskraftstoff in einem ersten Schritt zunächst mindestens ein Gasspeichertank der die vorstehenden Bedingungen erfüllenden niedrigsten Druckstufe 1 auf den Druckgastank des ersten zu betankenden Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges geschaltet wird, nach einem Druckausgleich zwischen den beiden Gasbehältern das Absperrventil des Gasspeichertanks der Druckstufe 1 geschlossen wird und dieses Absperrventil bereits vorher für den Fall geschlossen und der Betankungsvorgang beendet wird, dass im Druckgastank des
    ersten Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeugs der gewünschte Soll-Fülldruck (von beispielsweise 200 bar) erreicht ist,
    für den Fall, dass im ersten Schritt der Soll-Fülldruck im Druckgastank des ersten Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges noch nicht erreicht wurde und in der Gasspeicheranlage der Gastankstelle eine die vorstehenden Bedingungen erfüllende zweitniedrigste Druckstufe vorhanden ist, in einem zweiten Schritt mindestens ein Gasspeichertank der Druckstufe 2 auf den Druckgastank des ersten zu betankenden Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges geschaltet wird, nach einem Druckausgleich zwischen diesen beiden Gasbehältern das Absperrventil des Gasspeichertanks der Druckstufe 2 geschlossen wird und dieses Absperrventil bereits vorher in dem Fall geschlossen und der Betankungsvorgang beendet wird, dass im Druckgastank des ersten Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeugs der gewünschte Soll-Fülldruck (von beispielsweise 200 bar) erreicht ist,
    für den Fall, dass im zweiten Schritt der Soll-Fülldruck im Druckgastank des ersten Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges noch nicht erreicht wurde und in der Gasspeicheranlage der Gastankstelle eine die vorstehenden Bedingungen erfüllende drittniedrigste Druckstufe vorhanden ist, in einem dritten Schritt mindestens ein Gasspeichertank der Druckstufe 3 auf den Druckgastank des ersten zu betankenden Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges geschaltet wird, nach einem Druckausgleich zwischen diesen beiden Gasbehältern das Absperrventil des Gasspeichertanks der Druckstufe 3 geschlossen wird und dieses Absperrventil bereits vorher in dem Fall geschlossen und der Betankungsvorgang beendet wird, dass im Druckgastank des ersten Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeugs der gewünschte Soll-Fülldruck (von beispielsweise 200 bar) erreicht ist,
    für den Fall, dass im dritten Schritt der Soll-Fülldruck im Druckgastank des ersten Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges noch nicht erreicht wurde und in der Gasspeicheranlage der Gastankstelle eine die vorstehenden Bedingungen erfüllende viertniedrigste Druckstufe vorhanden ist, in einem vierten Schritt mindestens ein Gasspeichertank der Druckstufe 4 auf den Druckgastank des ersten zu betankenden Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges geschaltet wird, nach einem Druckausgleich zwischen diesen beiden Gasbehältern das Absperrventil des Gasspeichertanks der Druckstufe 4 geschlossen wird und dieses Absperrventil bereits vorher in dem Fall geschlossen und der Betankungsvorgang beendet wird, dass im Druckgastank des ersten Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeugs der gewünschte Soll-Fülldruck (von beispielsweise 200 bar) erreicht ist,
    für den Fall, dass im vierten Schritt der Soll-Fülldruck im Druckgastank des ersten Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges noch nicht erreicht wurde und in der Gasspeicheranlage der Gastankstelle eine die vorstehenden Bedingungen erfüllende fünftniedrigste Druckstufe vorhanden ist, in einem fünften Schritt mindestens ein Gasspeichertank der fünftniedrigsten Druckstufe 5 auf den Druckgastank des ersten zu betankenden Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges geschaltet wird, nach einem Druckausgleich zwischen diesen beiden Gasbehältern das Absperrventil des Gasspeichertanks der Druckstufe 5 geschlossen wird und dieses Absperrventil bereits vorher in dem Fall geschlossen und der Betankungsvorgang beendet wird, dass im Druckgastank ersten des Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeugs der gewünschte Soll-Fülldruck (von beispielsweise 200 bar) erreicht ist,
    für den Fall, dass im fünften Schritt der Soll-Fülldruck im Druckgastank des ersten Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges noch nicht erreicht wurde und in der Gasspeicheranlage der Gastankstelle eine die vorstehenden Bedingungen erfüllende sechstniedrigste Druckstufe vorhanden ist, in einem sechsten Schritt mindestens ein Gasspeichertank der sechstniedrigsten Druckstufe 6 auf den Druckgastank des ersten zu betankenden Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges geschaltet wird, nach einem Druckausgleich zwischen diesen beiden Gasbehältern das Absperrventil des Gasspeichertanks der Druckstufe 6 geschlossen wird und dieses Absperrventil bereits vorher in dem Fall geschlossen und der Betankungsvorgang beendet wird, dass im Druckgastank des ersten Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeugs der gewünschte Soll-Fülldruck (von beispielsweise 200 bar) erreicht ist,
    für den Fall, dass im sechsten Schritt der Soll-Fülldruck im Druckgastank des ersten Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges noch nicht erreicht wurde und in der Gasspeicheranlage der Gastankstelle eine die vorstehenden Bedingungen erfüllende siebtniedrigste Druckstufe vorhanden ist, in einem siebten Schritt mindestens ein Gasspeichertank der siebtniedrigsten Druckstufe 7 auf den Druckgastank des ersten zu betankenden Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges geschaltet wird, nach einem Druckausgleich zwischen diesen beiden Gasbehältern das Absperrventil des Gasspeichertanks der Druckstufe 7 geschlossen wird und dieses Absperrventil bereits vorher in dem Fall geschlossen und der Betankungsvorgang beendet wird, dass im Druckgastank des ersten Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeugs der gewünschte Soll-Fülldruck (von beispielsweise 200 bar) erreicht ist,
    für den Fall, dass im siebten Schritt der Soll-Fülldruck im Druckgastank des ersten Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges noch nicht erreicht wurde und in der Gasspeicheranlage der Gastankstelle eine die vorstehenden Bedingungen erfüllende achtniedrigste Druckstufe vorhanden ist, in einem achten Schritt mindestens ein Gasspeichertank der achtniedrigsten Druckstufe 8 auf den Druckgastank des ersten zu betankenden Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges geschaltet wird, nach einem Druckausgleich zwischen diesen beiden Gasbehältern das Absperrventil des Gasspeichertanks der Druckstufe 8 geschlossen wird und dieses Absperrventil bereits vorher in dem Fall geschlossen und der Betankungsvorgang beendet wird, dass im Druckgastank des ersten Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeugs der gewünschte Soll-Fülldruck (von beispielsweise 200 bar) erreicht ist,
    für den Fall, dass im achten Schritt der Soll-Fülldruck im Druckgastank des ersten Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges noch nicht erreicht wurde und in der Gasspeicheranlage der Gastankstelle eine die vorstehenden Bedingungen erfüllende neuntniedrigste Druckstufe vorhanden ist, in einem neunten Schritt mindestens ein Gasspeichertank der neuntniedrigsten Druckstufe 9 auf den Druckgastank des ersten zu betankenden Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges geschaltet wird, nach einem Druckausgleich zwischen diesen
    beiden Gasbehältern das Absperrventil des Gasspeichertanks der Druckstufe 9 geschlossen wird und dieses Absperrventil bereits vorher in dem Fall geschlossen und der Betankungsvorgang beendet wird, dass im Druckgastank des ersten Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeugs der gewünschte Soll-Fülldruck (von beispielsweise 200 bar) erreicht ist,
    für den Fall, dass im neunten Schritt der Soll-Fülldruck im Druckgastank des ersten Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges noch nicht erreicht wurde und in der Gasspeicheranlage der Gastankstelle eine die vorstehenden Bedingungen erfüllende zehntniedrigste Druckstufe vorhanden ist, in einem zehnten Schritt mindestens ein Gasspeichertank der zehntniedrigsten Druckstufe 10 auf den Druckgastank des ersten zu betankenden Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges geschaltet wird, nach einem Druckausgleich zwischen diesen beiden Gasbehältern das Absperrventil des Gasspeichertanks der Druckstufe 10 geschlossen wird und dieses Absperrventil bereits vorher in dem Fall geschlossen und der Betankungsvorgang beendet wird, dass im Druckgastank des ersten Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeugs der gewünschte Soll-Fülldruck (von beispielsweise 200 bar) erreicht ist,
    für den Fall, dass im zehnten Schritt der Soll-Fülldruck im Druckgastank des ersten Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges noch nicht erreicht wurde und in der Gasspeicheranlage der Gastankstelle eine die vorstehenden Bedingungen erfüllende elftniedrigste Druckstufe vorhanden ist, in einem elften Schritt mindestens ein Gasspeichertank der elft-niedrigsten Druckstufe 11 auf den Druckgastank des ersten zu betankenden Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges geschaltet wird, nach einem Druckausgleich zwischen diesen beiden Gasbehältern das Absperrventil des Gasspeichertanks der Druckstufe 11 geschlossen wird und dieses Absperrventil bereits vorher in dem Fall geschlossen und der Betankungsvorgang beendet wird, dass im Druckgastank des ersten Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeugs der gewünschte Soll-Fülldruck (von beispielsweise 200 bar) erreicht ist,
    für den Fall, dass im elften Schritt der Soll-Fülldruck im Druckgastank des ersten Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges noch nicht erreicht wurde und in der Gasspeicheranlage der Gastankstelle eine die vorstehenden Bedingungen erfüllende zwölftniedrigste Druckstufe vorhanden ist, in einem zwölften Schritt mindestens ein Gasspeichertank der zwölftniedrigsten Druckstufe 12 auf den Druckgastank des ersten zu betankenden Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges geschaltet wird, nach einem Druckausgleich zwischen diesen beiden Gasbehältern dieses Absperrventil des Gasspeichertanks der Druckstufe 12 geschlossen wird und dieses Absperrventil bereits vorher in dem Fall geschlossen und der Betankungsvorgang beendet wird, dass im Druckgastank des ersten Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeugs der gewünschte Soll-Fülldruck (von beispielsweise 200 bar) erreicht ist,
    und wobei
    mit den Druckgastanks der nächsten zu betankenden Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuge sodann ohne zwischenzeitliche Nachbefüllung des Gasspeichers der Gastankstelle in einer ggf. mehrfachen Wiederholung der Schritte 1 bis 12 solange so verfahren wird wie mit dem Druckgastank des ersten betankten Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges bis der Druckgastank eines zu betankenden Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges nicht mehr vollständig befüllt werden kann.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Druckstufen des Anspruchs 1 bei gleicher Vorgehensweise um mindestens eine weitere Druckstufe ergänzt werden, vorzugsweise um mindestens zwei weitere Druckstufen, besonders vorzugsweise um mindestens vier weitere Druckstufen und insbesondere um mindestens acht weitere Druckstufen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem maximal 10 Druckstufen durchlaufen werden, vorzugsweise maximal 8 Druckstufen, besonders vorzugsweise maximal 4 Druckstufen und insbesondere maximal 2 Druckstufen oder bei dem einzelne Druckstufen ausgelassen oder in einer anderen Reihenfolge durchlaufen werden oder bei dem die Betankung eines Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeuges vor Erreichen des Soll-Fülldrucks abgebrochen wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Gastankstelle (Betankungsanlage) eine verdichterlose Tochter-Station eines Mutter-Tochter-Systems ist oder eine mit einem Verdichter (Kompressor) ausgestattete Tochter-Station eines Mutter-Tochter-Systems.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das gesamte geometrische Volumen der Gasspeicheranlage weniger als 10.000 (zehntausend) Liter beträgt, vorzugsweise weniger als 5.000 (fünftausend) Liter, besonders vorzugsweise weniger als 2.500 (zweitausendfünfhundert) Liter und insbesondere weniger als 1.000 (eintausend) Liter und/oder
    bei dem mindestens ein Speichertank (eine Druckgasflasche) der Gasspeicheranlage mit einem anfänglichen Fülldruck von mindestens 225 bar druckbeaufschlagt wird, vorzugsweise mit einem Fülldruck von mindestens 245 bar, besonders vorzugsweise mit einem Fülldruck von mindestens 295 bar und insbesondere mit einem Fülldruck von größer als 315 bar.
  6. Gastankstelle zur Durchführung des Verfahrens zur Betankung mobiler Verbraucher gemäß Anspruch 1, insbesondere zur Betankung von Gas- oder Mehrkraftstofffahrzeugen mit mindestens einem gasförmigen Gaskraftstoff, umfassend
    eine Gasspeicheranlage mit einer Mehrzahl parallel geschalteter Druckstufen bzw. Speichertanks, vorzugsweise mit mindestens 3 Druckstufen bzw. Speichertanks, besonders vorzugsweise mit mindestens 6 Druckstufen bzw. Speichertanks und insbesondere mit mindestens 12 Druckstufen bzw. Speichertanks, deren Entleerung bei einem Betankungsvorgang kaskadenartig erfolgt,
    Absperrventile auf jeder Druckstufe der Gasspeicheranlage,
    geeignete Drucksensoren auf jeder Druckstufe der Gasspeicheranlage, die den jeweils herrschenden Druck messen,
    mindestens einen Drucksensor, der geeignet ist, den Fülldruck des Druckgastanks des mobilen Verbrauchers zu messen,
    eine hochdruckbeständige Verbindungsleitung mit Kupplung (Zapfpistole), mit der eine Verbindung zwischen der Gasspeicheranlage der Gastankstelle und dem Druckgastank des mobilen Verbrauchers hergestellt werden kann,
    ein Steuerungs- und Regelsystem, das nach einer ersten Messung des noch vorhandenen Fülldrucks im Druckgastank des mobilen Verbrauchers zu Beginn des Betankungsvorgangs gezielt diejenige Druckstufe bzw. derjenige Speichertank zur ersten Entleerung ansteuern kann, deren bzw. dessen Druck in erster Bedingung höher ist als der noch im Druckgastank des mobilen Verbrauchers vorhandene Rest-Fülldruck aber in zweiter Bedingung niedriger als der Druck aller anderen Druckstufen bzw. Speichertanks der Gasspeicheranlage, deren Druckwerte die erste Bedingung erfüllen,
    dadurch gekennzeichnet dass
    nach der Befüllung der Gasspeicheranlage der Gastankstelle mit Gaskraftstoff und nach Herstellung einer Verbindung zwischen der Gasspeicheranlage der Gastankstelle und dem Druckgastank des ersten mobilen Verbrauchers in der Gasspeicheranlage der Gastankstelle mindestens ein Gasspeichertank (Druckgasflasche) der die vorstehenden Bedingungen erfüllenden niedrigsten Druckstufe 1 auf den Druckgastank des ersten zu betankenden mobilen Verbrauchers geschaltet werden kann, nach einem Druckausgleich zwischen den beiden Gasbehältern das Absperrventil des Gasspeichertanks der Druckstufe 1 geschlossen werden kann und dieses Absperrventil bereits vorher für den Fall geschlossen und der Betankungsvorgang beendet werden kann, dass im Druckgastank des ersten mobilen Verbrauchers der gewünschte Soll-Fülldruck (von beispielsweise 200 bar) erreicht ist,
    für den Fall, dass bis dahin der Soll-Fülldruck im Druckgastank des ersten mobilen Verbrauchers noch nicht erreicht wurde und in der Gasspeicheranlage der Gastankstelle eine die vorstehenden Bedingungen erfüllende zweitniedrigste Druckstufe vorhanden ist, mindestens ein Gasspeichertank (Druckgasflasche) der zweitniedrigsten Druckstufe 2 auf den Druckgastank des ersten zu betankenden mobilen Verbrauchers geschaltet werden kann,
    nach einem Druckausgleich zwischen diesen beiden Gasbehältern das Absperrventil des Gasspeichertanks der Druckstufe 2 geschlossen werden kann und dieses Absperrventil bereits vorher in dem Fall geschlossen und der Betankungsvorgang beendet werden kann, dass im Druckgastank des ersten mobilen Verbrauchers der gewünschte Soll-Fülldruck (von beispielsweise 200 bar) erreicht ist,
    für den Fall, dass bis dahin der Soll-Fülldruck im Druckgastank des ersten mobilen Verbrauchers noch nicht erreicht wurde und in der Gasspeicheranlage der Gastankstelle eine die vorstehenden Bedingungen erfüllende drittniedrigste Druckstufe vorhanden ist, mindestens ein Gasspeichertank (Druckgasflasche) der drittniedrigsten Druckstufe 3 auf den Druckgastank des ersten zu betankenden mobilen Verbrauchers geschaltet werden kann, nach einem Druckausgleich zwischen diesen beiden Gasbehältern das Absperrventil des Gasspeichertanks der Druckstufe 3 geschlossen werden kann und dieses Absperrventil bereits vorher in dem Fall geschlossen und der Betankungsvorgang beendet werden kann, dass im Druckgastank des ersten mobilen Verbrauchers der gewünschte Soll-Fülldruck (von beispielsweise 200 bar) erreicht ist,
    für den Fall, dass bis dahin der Soll-Fülldruck im Druckgastank des ersten mobilen Verbrauchers noch nicht erreicht wurde und in der Gasspeicheranlage der Gastankstelle eine die vorstehenden Bedingungen erfüllende viertniedrigste Druckstufe vorhanden ist, mindestens ein Gasspeichertank (Druckgasflasche) der viertniedrigsten Druckstufe 4 auf den Druckgastank des ersten zu betankenden mobilen Verbrauchers geschaltet werden kann, nach einem Druckausgleich zwischen diesen beiden Gasbehältern das Absperrventil des Gasspeichertanks der Druckstufe 4 geschlossen werden kann und dieses Absperrventil bereits vorher in dem Fall geschlossen und der Betankungsvorgang beendet werden kann, dass im Druckgastank des ersten mobilen Verbrauchers der gewünschte Soll-Fülldruck (von beispielsweise 200 bar) erreicht ist,
    für den Fall, dass bis dahin der Soll-Fülldruck im Druckgastank des ersten mobilen Verbrauchers noch nicht erreicht wurde und in der Gasspeicheranlage der Gastankstelle eine die vorstehenden Bedingungen erfüllende fünftniedrigste Druckstufe vorhanden ist, mindestens ein Gasspeichertank (Druckgasflasche) der fünftniedrigsten Druckstufe 5 auf den Druckgastank des ersten zu betankenden mobilen Verbrauchers geschaltet werden kann, nach einem Druckausgleich zwischen diesen beiden Gasbehältern das Absperrventil des Gasspeichertanks der Druckstufe 5 geschlossen werden kann und dieses Absperrventil bereits vorher in dem Fall geschlossen und der Betankungsvorgang beendet werden kann, dass im Druckgastank des ersten mobilen Verbrauchers der gewünschte Soll-Fülldruck (von beispielsweise 200 bar) erreicht ist,
    für den Fall, dass bis dahin der Soll-Fülldruck im Druckgastank des ersten mobilen Verbrauchers noch nicht erreicht wurde und in der Gasspeicheranlage der Gastankstelle eine die vorstehenden Bedingungen erfüllende sechstniedrigste Druckstufe vorhanden ist, mindestens ein Gasspeichertank (Druckgasflasche) der sechstniedrigsten Druckstufe 6 auf den Druckgastank des ersten zu betankenden mobilen Verbrauchers geschaltet werden kann, nach einem Druckausgleich zwischen diesen beiden Gasbehältern das Absperrventil des Gasspeichertanks der Druckstufe 6 geschlossen werden kann und dieses Absperrventil bereits vorher in dem Fall geschlossen und der Betankungsvorgang beendet werden kann, dass im Druckgastank des ersten mobilen Verbrauchers der gewünschte Soll-Fülldruck (von beispielsweise 200 bar) erreicht ist,
    für den Fall, dass bis dahin der Soll-Fülldruck im Druckgastank des ersten mobilen Verbrauchers noch nicht erreicht wurde und in der Gasspeicheranlage der Gastankstelle eine die vorstehenden Bedingungen erfüllende siebtniedrigste Druckstufe vorhanden ist, mindestens ein Gasspeichertank (Druckgasflasche) der siebtniedrigsten Druckstufe 7 auf den Druckgastank des ersten zu betankenden mobilen Verbrauchers geschaltet werden kann, nach einem Druckausgleich zwischen diesen beiden Gasbehältern das Absperrventil des Gasspeichertanks der Druckstufe 7 geschlossen werden kann und dieses Absperrventil bereits vorher in dem Fall geschlossen und der Betankungsvorgang beendet werden kann, dass im Druckgastank des ersten mobilen Verbrauchers der gewünschte Soll-Fülldruck (von beispielsweise 200 bar) erreicht ist,
    für den Fall, dass bis dahin der Soll-Fülldruck im Druckgastank des ersten mobilen Verbrauchers noch nicht erreicht wurde und in der Gasspeicheranlage der Gastankstelle eine die vorstehenden Bedingungen erfüllende achtniedrigste Druckstufe vorhanden ist, mindestens ein Gasspeichertank (Druckgasflasche) der achtniedrigsten Druckstufe 8 auf den Druckgastank des ersten zu betankenden mobilen Verbrauchers geschaltet werden kann, nach einem Druckausgleich zwischen diesen beiden Gasbehältern das Absperrventil des Gasspeichertanks der Druckstufe 8 geschlossen werden kann und dieses Absperrventil bereits vorher in dem Fall geschlossen und der Betankungsvorgang beendet werden kann, dass im Druckgastank des ersten mobilen Verbrauchers der gewünschte Soll-Fülldruck (von beispielsweise 200 bar) erreicht ist,
    für den Fall, dass bis dahin der Soll-Fülldruck im Druckgastank des ersten mobilen Verbrauchers noch nicht erreicht wurde und in der Gasspeicheranlage der Gastankstelle eine die vorstehenden Bedingungen erfüllende neuntniedrigste Druckstufe vorhanden ist, mindestens ein Gasspeichertank (Druckgasflasche) der neuntniedrigsten Druckstufe 9 auf den Druckgastank des ersten zu betankenden mobilen Verbrauchers geschaltet werden kann, nach einem Druckausgleich zwischen diesen beiden Gasbehältern das Absperrventil des Gasspeichertanks der Druckstufe 9 geschlossen werden kann und dieses Absperrventil bereits vorher in dem Fall geschlossen und der Betankungsvorgang beendet werden kann, dass im Druckgastank des ersten mobilen Verbrauchers der gewünschte Soll-Fülldruck (von beispielsweise 200 bar) erreicht ist,
    für den Fall, dass bis dahin der Soll-Fülldruck im Druckgastank des ersten mobilen Verbrauchers noch nicht erreicht wurde und in der Gasspeicheranlage der Gastankstelle eine die vorstehenden Bedingungen erfüllende zehntniedrigste Druckstufe vorhanden ist, mindestens ein Gasspeichertank (Druckgasflasche) der zehntniedrigsten Druckstufe 10 auf den Druckgastank des ersten zu betankenden Mobilen Verbrauchers geschaltet werden kann, nach einem Druckausgleich zwischen diesen beiden Gasbehältern das Absperrventil des Gasspeichertanks der Druckstufe 10 geschlossen werden kann und dieses Absperrventil bereits vorher in dem Fall geschlossen und der Betankungsvorgang beendet werden kann, dass im Druckgastank des ersten mobilen Verbrauchers der gewünschte Soll-Fülldruck (von beispielsweise 200 bar) erreicht ist,
    für den Fall, dass bis dahin der Soll-Fülldruck im Druckgastank des ersten mobilen Verbrauchers noch nicht erreicht wurde und in der Gasspeicheranlage der Gastankstelle eine die vorstehenden Bedingungen erfüllende elftniedrigste Druckstufe vorhanden ist, mindestens ein Gasspeichertank (Druckgasflasche) der elftniedrigsten Druckstufe 11 auf den Druckgastank des ersten zu betankenden Mobilen Verbrauchers geschaltet werden kann, nach einem Druckausgleich zwischen diesen beiden Gasbehältern das Absperrventil des Gasspeichertanks der Druckstufe 11 geschlossen werden kann und dieses Absperrventil bereits vorher in dem Fall geschlossen und der Betankungsvorgang beendet werden kann, dass im Druckgastank des ersten mobilen Verbrauchers der gewünschte Soll-Fülldruck (von beispielsweise 200 bar) erreicht ist,
    für den Fall, dass bis dahin der Soll-Fülldruck im Druckgastank des ersten mobilen Verbrauchers noch nicht erreicht wurde und in der Gasspeicheranlage der Gastankstelle eine die vorstehenden Bedingungen erfüllende zwölftniedrigste Druckstufe vorhanden ist, mindestens ein Gasspeichertank (Druckgasflasche) der zwölftniedrigsten Druckstufe 12 auf den Druckgastank des ersten zu betankenden Mobilen Verbrauchers geschaltet werden kann, nach einem Druckausgleich zwischen diesen beiden Gasbehältern das Absperrventil des Gasspeichertanks der Druckstufe 12 geschlossen werden kann und dieses Absperrventil bereits vorher in dem Fall geschlossen und der Betankungsvorgang beendet werden kann, dass im Druckgastank des ersten mobilen Verbrauchers der gewünschte Soll-Fülldruck (von beispielsweise 200 bar) erreicht ist,
    wobei
    die Druckgastanks der nächsten zu betankenden mobilen Verbraucher sodann ohne zwischenzeitliche Nachbefüllung des Gasspeichers der Gastankstelle in einer ggf. mehrfachen Wiederholung der Aufschaltungsreihenfolge solange so betankt werden können wie der Druckgastank des ersten mobilen Verbrauchers, bis der Druckgastank eines zu betankenden mobilen Verbrauchers nicht mehr vollständig befüllt werden kann.
  7. Gastankstelle nach Anspruch 6, die aus einer verdichterlosen Tochter-Station eines Mutter-Tochter-Systems besteht und die nicht über einen Ausspeisepunkt direkt an das nationale oder internationale Erdgasnetz angebunden ist.
  8. Gastankstelle nach einem der Ansprüche 6 und 7, deren Druckstufen der Gasspeicheranlage mindestens eine weitere Druckstufe (Speichertank) aufweist, vorzugsweise mindestens zwei weiteren Druckstufen (Speichertanks), besonders vorzugsweise mindestens vier weitere Druckstufen (Speichertanks) und insbesondere mindestens acht weitere Druckstufen (Speichertanks).
  9. Gastankstelle nach einem der Ansprüche 6 und 7, deren Gasspeicheranlage maximal 10 Druckstufen aufweist, vorzugsweise maximal 6 Druckstufen, besonders vorzugsweise maximal 3 Druckstufen oder bei der die Schaltung zur Entleerung der einzelnen Druckstufen so erfolgen kann, dass einzelne Druckstufen ausgelassen werden können oder in einer anderen Reihenfolge durchlaufen werden als im Anspruch 6 angegeben oder bei der die Betankung eines mobilen Verbrauchers vor Erreichen des Soll-Fülldrucks im Druckgastank des mobilen Verbrauchers abgebrochen wird.
  10. Gastankstelle nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei der das gesamte geometrische Volumen der Gasspeicheranlage weniger als 10.000 (zehntausend) Liter beträgt, vorzugsweise weniger als 5.000 (füngtausend) Liter, besonders vorzugsweise weniger als 2.500 (zweitausendfünfhundert) Liter und insbesondere weniger als 1.000 (eintausend) Liter und/oder
    bei der mindestens eine Speichertank (eine Druckgasflasche) der Gasspeicheranlage mit einem anfänglichen Fülldruck von mindestens 225 bar druckbeaufschlagbar ist, vorzugsweise mit einem anfänglichen Fülldruck von mindestens 245 bar, besonders vorzugsweise mit einem anfänglichen Fülldruck von mindestens 295 bar und insbesondere mit einem anfänglichen Fülldruck von größer als 315 bar.
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