CIRI ENERGIA E AMBIENTE:

PROGRAMMA PILOTA PER L IMPLEMENTAZIONE E L ANALISI DI SISTEMI

ENERGETICI BASATI SULL IMPIEGO DI TECNOLOGIE AD IDROGENO

IL TECNOPOLO DELLA PROVINCIA DI RAVENNA

PROVINCIA DI RAVENNA

PROGRAMMA PILOTA PER L IMPLEMENTAZIONE E L ANALISI DI SISTEMI ENERGETICI BASATI

SULL IMPIEGO DI TECNOLOGIE AD IDROGENO

OR 1 - Stazione di prova per sistemi a cella combustibileEnte di ricerca: CIRI Energia e AmbienteResponsabile scientifico: prof. Michele Bianchi

OR 2 - Sistemi di generazione mobile e stazionaria alimentati a idrogeno Ente di ricerca: DET - CNRResponsabile scientifico: ing. Vincenzo Antonucci

OR 3 - Sistemi per la produzione, l arricchimento e la separazione di H2Ente di ricerca: CIRI Energia ed AmbienteResponsabile scientifico: prof. Francesco Luca Basile

OR 4 - Stazione di prova per combustori, separatori e riutilizzo CO2Ente di ricerca: DET - CNRResponsabile scientifico: ing. Vincenzo Antonucci

OR 5 - Analisi ambientale, energetica ed economica dei sistemi sviluppatiEnte di ricerca: CIRI Energia ed AmbienteResponsabile scientifico: prof. Andrea Contin

AMBITO DI ATTIVITA DEL GRUPPO DI RICERCA OR 1TECNOLOGIE A IDROGENO PER I PRIMI MERCATI E LA

DECARBONIZZAZIONE

LA FILIERA DEI SISTEMI AD IDROGENOIL SISTEMA CELLA A COMBUSTIBILE

BIOMASSE (Combustibili alternativi)

ENERGIA DA FONTI RINNOVABILI

ENERGIA ELETTRICAENERGIA ELETTRICA

Utilizzo per autotrazione

Immissione nella rete elettrica

SISTEMA CELLA A COMBUSTIBILE

INTERFACCIA ELETTRICAINTERFACCIA ELETTRICA

ENERGIA TERMICA

SISTEMA DI RECUPERO TERMICO

ALTRE FONTI ENERGETICHE PRIMARIE

FUEL CELLUtenze domestiche

IL BACKGROUND DI CONOSCENZE SPERIMENTALI DEL GRUPPO DI LAVORO OR 1

Il gruppo di lavoro OR 1 porterà avanti l attività di ricerca sulla base delle esperienze e delle analisi condotte nell ambito dell attivitàdi collaborazione tra i dipartimenti DIEM e DIE dell Università di Bologna, cominciata nel 2003.

Tale attività ha permesso di sviluppare competenze su sistemi energetici complessi alimentati da FER e FC, utilizzando una tecnologia analoga a quella che saràimplementata al Tecnopolo.

Banco prova per FC implementato presso i laboratori del Lazzaretto (Università di Bologna)

BANCO PROVA PER FC

CIRI ENERGIA E AMBIENTE - GRUPPO DI LAVORO OR 1

STADI DELL ATTIVITA DI RICERCA

1) Identificazione del layout del banco prova e della componentistica presente sul mercato

2) Realizzazione del banco prova per il testing di un sistema a cella a combustibile di taglia 1 5 kW, sia in isola di carico che integrato con altri sistemi di generazione elettrica.

3) Testing di un sistema a cella a combustibile al fine di valutare le eventuali barriere all installazione di tale sistema in contesti reali

CIRI ENERGIA E AMBIENTE - GRUPPO DI LAVORO OR 1

OBIETTIVI DELL ATTIVITA DI RICERCAL attività consisterà nella progettazione e realizzazione di una stazione di prova per un sistema energetico basato su cella a combustibile a membrana polimerica con potenza compresa fra 1 e 5 kW per applicazioni stazionarie con funzione di APU.

Esempio di banco prova per sistemi a FC

La stazione di prova permetterà di raggiungere diversi obiettivi nell ambito della ricerca sperimentale.

In particolare, consentirà di:Caratterizzare le prestazioni energetiche e le capacitàoperative della cella a combustibile al variare del carico, delle condizioni ambientali e delle ore di funzionamento;

Simulare interruzioni di corrente osservandone i transitori all interno dei range temporali critici permettendo il testing della cella a combustibile sia quando il sistema funziona in isola di carico sia quando esso è connesso ad una rete elettrica esterna;

Testare e dimostrare il funzionamento di una mini rete intelligente che comprenda, oltre alla cella a combustibile, altri sistemi energetici di generazione di primo mercato.

IL BACKGROUND DI CONOSCENZE SPERIMENTALI DEL GRUPPO DI LAVORO OR 1

CELLE A COMBUSTIBILE E COGENERAZIONE

The fuel cell system and the storage system are connected through power electronic interfaces to the common AC BUS

The loads are connected to the AC BUS by means of on-load-tap-changer transformers.

Time (hr)

Load

pow

er (W

)

Operating modes:

1. stand-alone & PLOAD> PFC FC + Batt. output

2. stand-alone & PLOAD< PFC FC & Batt. charg.

3. grid-connected FC-off & Batt. charg.

IL BACKGROUND DI CONOSCENZE SPERIMENTALI DEL GRUPPO DI LAVORO OR 1

CELLE A COMBUSTIBILE E COGENERAZIONE

Bagnoli M, Bianchi M, De Pascale A, Peretto A, D Anzi A,Valutazione delle prestazioni di un impianto cogenerativo di piccola taglia basato su di una cella a combustibile di tipo PEM, 58° Congresso Annuale ATI Padova,15-19 Settembre 2003

Bagnoli M, De Pascale A, Performances Evaluation of a Small Size Cogenerative System Based on a Pem Fuel Cell Stack, GT2005-68451, Proc. of ASME TURBOEXPO 2005, Power for Land, Sea, and Air, June 6 9, 2005, Reno-Tahoe, Nevada, USA

M. Bagnoli, B. Belvedere, M. Bianchi, A. Borghetti, A. De Pascale, M. Paolone, A Feasibility Study Of An Auxiliary Power Unit Based on a PEM Fuel Cell For on-board Applications, POSTER EFC2005-86219, 1st European Fuel Cell Technology and Applications Conference: EFC05, December 14-16, 2005, Rome, Italy

M. Bagnoli, B. Belvedere, M. Bianchi, A. Borghetti, A. De Pascale, M. Paolone, A Feasibility Study of an Auxiliary Power Unit Based on a PEM Fuel Cell for On-Board Applications, Transaction of the ASME, Journal of Fuel Cell Science and Technology, November 2006, Volume 3, Issue 4, pp. 445-451

B. Belvedere, M. Bianchi, A. Borghetti, A. De Pascale, M. Di Silvestro, M. Paolone, DSP-Controlled Test Set-up for the Performance Assessment of an Autonomous Power Unit Equipped with a PEM Fuel Cell, Proc. of the International Conference on CLEAN ELECTRICAL POWER, Capri Italy, May 21st-23rd, 2007

B. Belvedere, M. Bianchi, A. Borghetti, A. De Pascale, M. Di Silvestro, M. Paolone, Experimental characterization of an autonomous power unit equipped with a PEM fuel cell, 62o Congresso Annuale ATI, Salerno,11-14 Settembre 2007

Bhargava R. K., Bianchi M., Campanari S., De Pascale A., Negri di Montenegro G., Peretto A., High Efficiency Gas Turbine Based Power Cycles A Study of the Most Promising Solutions: Part 1 - A Review of the Technology, GT2008-51275, Proceedings of ASME Turbo Expo 2008: Power for Land, Sea and Air GT2008, June 9-13, 2008, Berlin, Germany

Bhargava R. K., Bianchi M., Campanari S., De Pascale A., Negri di Montenegro G., Peretto A., High Efficiency Gas Turbine Based Power Cycles A Study of the Most Promising Solutions: Part 2 - A Parametric Performance Evaluation, GT2008-51277, Proceedings of ASME Turbo Expo 2008: Power for Land, Sea and Air GT2008, June 9-13, 2008, Berlin, Germany Premiato con il Best Paper Award 2008 dall'Industrial & Cogeneration Committee dell' IGTI delle ASME

B. Belvedere, M. Bianchi, A. Borghetti, M. Paolone, A Microcontroller-based Automatic Scheduling System For Residential Microgrids, 2009 IEEE Bucarest PowerTech, 28 June - 2 July 2009, Bucharest, Romania

Bhargava R. K., Bianchi M., Campanari S., De Pascale A., Negri di Montenegro G., Peretto A., A Parametric Thermodynamic Evaluation Of High Performance Gas Turbine Based Power Cycles, Transaction of the ASME, Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, Vol. 132, pag. 022001-1/14, February 2010

B. Belvedere, M. Bianchi, A. De Pascale, Experimental analysis of the cogenerative performance of a PEM fuel cell based energy system, Third International Conference on Applied Energy (ICAE) - 16-18 May 2011 - Perugia, Italy

PUBBLICAZIONI

IL BACKGROUND DI CONOSCENZE SPERIMENTALI DEL GRUPPO DI LAVORO OR 1

CIRI ENERGIA E AMBIENTE - GRUPPO DI LAVORO OR 1

STAZIONE DI PROVA PER SISTEMI A CELLA COMBUSTIBILE

Il gruppo di ricerca «Macchine & Sistemi Energetici»

Ing. Michele BianchiProfessore associato Responsabile Scientifico del progettomichele.bianchi@unibo.it

Ing. Antonio PerettoProfessore ordinarioantonio.peretto@unibo.it

Sono inoltre previsti: tre nuovi assegnisti di ricerca e la collaborazione con i dottorandi di ricerca del DIEM Università di Bologna

Ing. Andrea De PascaleRicercatoreandrea.depascale@unibo.it

Ing. Ugo MencheriniAssegnista di ricercaugo.mencherini2@unibo.it

Competenze del gruppo di ricerca

SH

B

G

A

griglie

alla turbina a vapore

scorie

acqua

al camino

scorie

P

T

L

calce soda

Tor

re di

lava

ggio

NH3

CH4

Scambiatore fumi 1

Scambiatore fumi 2

Bruciatore metano

SCR

Filtro a maniche

Sistem

a a

secc

o

Carboni attivi

ECO

VAP

RSU

C

1

0

3

2

4

5

6

7

8

Macchine e Sistemi Energetici

Termodinamica di Sistemi energetici a combustibili fossili e rinnovabili

CHP convenzionali ed avanzati (sistemi a fuel cell, MTG, ORC, Stirling)

Sperimentazioni relative a misure elettro-termo-meccaniche su sistemi energetici

Ottimizzazione di sistemi energetici avanzati (integrazione CC-WTE, wet GT cycles, BAGT, )

Tecniche CFD per lo studio termo-fluidodinamico di sistemi energetici

CIRI ENERGIA E AMBIENTE - GRUPPO DI LAVORO OR 1

Il gruppo di ricerca «Macchine & Sistemi Energetici»

CIRI ENERGIA E AMBIENTE - GRUPPO DI LAVORO OR 1

STAZIONE DI PROVA PER SISTEMI A CELLA COMBUSTIBILE

Il gruppo di ricerca «Sistemi elettrici di potenza»

Alberto BorghettiProfessore associatoalberto.borghetti@unibo.it

Fabio NapolitanoCollaboratorefabio.napolitano@mail.ing.unibo.it

Carlo Alberto Nucci Professore ordinariocarloalberto.nucci@unibo.it

Sono inoltre previsti nuovi assegnisti di ricerca dedicati al progetto

Davide MessoriAssegnista di ricercadavide.messori2@unibo.it

Il Laboratorio di Ingegneria dei Sistemi Elettrici di Potenza - LISEP svolge attività di ricerca e di didattica nei diversi settori della produzione,trasporto, distribuzione e utilizzazione dell'energia elettrica.

A partire dal 1994, l'attività scientifica è guidata dal professore Carlo Alberto Nucci e riguarda i seguenti temi:Produzione (Modelli e metodi di ottimizzazione per la gestione ottima di impianti idroelettrici con bacino - Dinamica degli ausiliari di centrali

termoelettriche e costruzione del relativo modello per simulatori di addestramento degli operatori di centrale - Dinamica delle centrali termoelettriche ripotenziate con gruppi turbo-gas durante la manovra di avvio autonomo in seguito a 'black-out - Impianti mini-idroelettrici - Protezione contro i fulmini dei generatori eolici)

Trasmissione (Simulazione del comportamento dinamico delle reti elettriche d energia, con particolare riferimento alla stabilità della tensione - Modelli e codici di calcolo per la risoluzione di problemi di ottimizzazione tipici del mercato concorrenziale dell'energia elettrica - Gestione del servizio di riaccensione del sistema dopo black-out in un regime di liberalizzazione del mercato dell'energia elettrica - Effetti dell impulso elettromagnetico di origine nucleare (NEMP) sulle reti di trasmissione)

Distribuzione (Sovratensioni indotte da fulminazioni indirette - Sistema automatico di misura per l'analisi della qualità dell'energia elettrica -Analisi e gestione automatica delle reti di distribuzione in presenza di generazione distribuita anche da fonte rinnovabile Microreti - Localizzazione automatica dei guasti nelle reti di media tensione)

Utilizzazione (Tecnologia dei condensatori di potenza per media tensione con dielettrico in tutto-film e per bassa tensione in polipropilene metallizzato - Prestazioni a breve e lungo termine delle batterie per veicolo elettrico - Impianto dimostrativo per il trattamento elettrotermico di terreni inquinati: valuta-zione su scala pre-pilota, pilota e prototipo)

CIRI ENERGIA E AMBIENTE - GRUPPO DI LAVORO OR 1

Il gruppo di ricerca «Sistemi Elettrici di Potenza»