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PROGRAMMA DI RICERCA 2005
italiano - english
Unità di Ricerca
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Classificazione scientifico-disciplinare
- Area scientifico disciplinare: Ingegneria industriale e dell'informazione
Classificazione brevettuale
- MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING ENGINES OR PUMPS
- COMBUSTION ENGINES (cyclically operating valves therefor, lubricating, exhausting, or silencing engines F01); HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS (construction of turbines F01D; jet-propulsion plants F02K; construction of compressors or fans F04; gas-turbine combustion chambers F23R; using gas turbines in compression refrigeration plants F25B11/00; using gas-turbine plants in vehicles, see the relevant vehicle classes)
- MACHINES OR ENGINES IN GENERAL (combustion engines F02; machines for liquids F03, F04); ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES (gas-turbine or jet-propulsion plants F02; nuclear power plants, engine arrangements therein G21D)
- COMBUSTION ENGINES (cyclically operating valves therefor, lubricating, exhausting, or silencing engines F01); HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
Classificazione geografica
- Regione: Liguria
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Parole Chiave
SISTEMI IBRIDI AD ELEVATISSIMO RENDIMENTO; CELLE A COMBUSTIBILE ALTA TEMPERATURA; EMULATORI SISTEMI IBRIDI; OFF-DESIGN E PART LOAD; ANALISI CFD PER CELLE A COMBUSTIBILE; ANALISI SPERIMENTALE; RICIRCOLI ANODICI E CATODICI; START-UP SHUT DOWN; INTEGRAZIONE CON GASSIFICAZIONE CARBONEANALISI TEORICO SPERIMENTALE DI SISTEMI IBRIDI CON CELLE A COMBUSTIBILE SOFC-MCFC DI SECONDA GENERAZIONE AD ELEVATISSIME PRESTAZIONI
Università degli Studi di GenovaAbstract
La necessità di sviluppo di sistemi di conversione dell'energia sempre piu' efficienti e che rispondano al concetto di generazione distribuita (riduzione della installazione di nuove linee elettriche e distribuzione locale di calore e freddo - trigenerazione), è ormai riconosciuta a livello internazionale. Questo sia che si continui ad operare con combustibili fossili tradizionali, ovvero si pensi di passare, anche attraverso una fase di transizione, alla cosiddetta "Economia dell'Idrogeno".Gli unici sistemi energetici in grado di soddisfare le esigenze sopra richiamate sono senza alcun dubbio i cosiddetti "sistemi ibridi" basati sull'accoppiamento di celle a combustibile ad elevata temperatura (Ossidi solidi e Carbonati fusi) con sistemi convenzionali (turbine a gas, a gas e vapore, ecc.).
I sistemi ibridi di prima generazione hanno, tuttavia, evidenziato, oltre a limiti tipici del componente cella a combustibile (prestazioni, durata, costi, ecc.)sui quali si lavora da anni in tutti i più importanti centri di ricerca internazionali, aspetti critici a livello di impianto. Tali aspetti critici sono:
(i) l'accoppiamento fra stack di celle e turbomacchine prescelte (in genere turbine a gas esistenti),
(ii) il controllo del sistema che evidenzia transitori molto diversi fra la sezione elettrochimica e quella convenzionale,
(iii) i limiti nell'ottenimento delle prestazioni di efficienza previsti dai calcoli termodinamici.
(iv) i costi >>>
Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca
Aristide MASSARDO Università degli Studi di GENOVAObiettivo del Programma di Ricerca
Il presente programma di ricerca, inserito nel campo dei sistemi ibridi con celle a combustibile ad alta temperatura, si sviluppa su tre filoni principali(i) analisi sperimentale con emulatori di sistema ibrido;
(ii) analisi teorica ed economica di nuovi impianti ibridi ad elevate prestazioni;
(iii) sviluppo di analisi CFD su geometrie di celle a carbonati fusi e ad ossidi solidi.
Il lavoro persegue con costi relativamente contenuti grazie allo sviluppo da un lato di modelli affidabili di celle a combustibile e dall'altro di emulatori di impianto che, non utilizzando la parte elettrochimica, molto costosa e delicata, consentono piu' ampi margini operativi e che dai modelli CFD traggono le informazioni sui vincoli imposti all'impianto dallo stack di celle.
I principali obiettivi sono:
1) definizione delle principali criticità evidenziate nello studio, progettazione, realizzazione e verifiche sperimentali di sistemi ibridi di prima generazione attualmente in studio in Europa, Giappone e Stati Uniti. L'obiettivo sarà perseguito utilizzando le connessioni che le unità di ricerca hanno in ambito nazionale (Ansaldo Fuel Cell Co., Edison, CESI, altri) ed in ambito internazionale (Rolls-Royce Fuel Cell Systems, Siemens-Westinghouse PC, Fuel Cell Energy, Mitsubishi, National Fuel Cell Research Centre-Irvine, DOE, etc.). In particolare saranno verificate tutte le criticità dovute al non contemporaneo sviluppo del sistema >>>
Durata
24 mesiBase di partenza scientifica nazionale o internazionale
Lo sviluppo della civiltà richiede sempre maggiori quantità di energia elettrica, una richiesta che mal si concilia con:(i) il progressivo esaurirsi dei combustibili fossili, le risorse energetiche su cui si basa in gran parte la generazione elettrica,
(ii) le crescenti preoccupazioni sui cambiamenti climatici indotti dall'aumento di emissioni nell'atmosfera del pianeta da gas clima alteranti, in particolare l'anidride carbonica e
(iii) gli effetti dannosi sulla qualità dell'aria che provocano l'emissione di sostanze nocive (in primis gli ossidi di azoto) generate durante i processi di combustione.
Un importante contributo ad attenuare i problemi sopra delineati è stato fornito negli scorsi due decenni dal grande progresso tecnologico registrato dai cicli combinati gas-vapore. La "rivoluzione tecnologica" consentita dai cicli combinati ha, infatti, progressivamente continuato: (i) ad aumentare il rendimento di conversione da valori (40-45%) prossimi a quelli della tecnologia di conversione convenzionale (i cicli a vapore), a valori che oggi sono dell'ordine del 58%, contribuendo quindi in misura rilevante al contenimento dei consumi di energia primaria, (ii) a diminuire le emissioni specifiche di anidride carbonica, oggi attestate a valori dell'ordine di 360-380 gCO2/kWh, pari a circa la metà rispetto a quelle delle centrali a vapore alimentate da carbone o da olio combustibile e (iii) a sviluppare tecnologie sempre più efficienti di >>>



