Sistemi per la produzione di energia distribuita Archivi

16
nov 15
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Conversione termo-chimica di biomasse in sistemi waste-to-energy

L’attività di ricerca relativa alla modellistica dei processi termo-fluidodinamici e chimici nei sistemi waste-to-energy consiste nella scrittura di codici di calcolo in grado di predire il rilascio di componenti voltatili dal combustibile in fase solida (rifiuto o biomassa), suscettibili di accoppiamento con modelli CFD 3D per la simulazione della successiva combustione in fase gassosa. L’attività è in parte oggetto di collaborazione con Società incaricate della gestione di impianti di incenerimento di combustibile derivato da rifiuti (CDR)
I principali risultati del lavoro svolto consistono nella descrizione dettagliata dei processi termo-fluidodinamici e chimici che caratterizzano il funzionamento di alcuni impianti in scala reale, a partire dalla composizione del CDR trattato e dai dati che definiscono le condizioni di esercizio; nella determinazione della temperatura e del tempo di residenza dei fumi in camera di combustione, in particolare successivamente all’immissione di aria secondaria, per la verifica della normativa vigente in materia di emissioni inquinanti; nella determinazione della risposta del sistema a variazioni di parametri significativi, quali il coefficiente di scambio termico delle pareti rivestite di materiale refrattario, o di parametri di regolazione, quali le portata d’aria primaria e secondaria.

11
nov 15
-

Curve di voltammetria ciclica per due celle di uno stack PEM da 500 W

Sistemi elettrochimici di generazione e accumulo di energia per applicazioni automotive e stazionarie.

Sistemi elettrochimici di generazione e accumulo di energia per applicazioni automotive e stazionarie.
Prestazioni e affidabilità di celle a combustibile sono investigate mediante tecniche elettrochimiche e spettroscopiche. Le problematiche di integrazione e gestione dei sottosistemi ausiliari nei generatori elettrochimici di potenza sono analizzate su sistemi di piccola taglia (4-20 kW). I processi di accumulo di H2 e cattura di CO2 sono studiati mediante la tecnica dell’adsorbimento su solidi.

Curve di efficienza per uno stack PEM da 2.4 kW e del sistema comprensivo di componenti ausiliari

Curve di voltammetria ciclica per due celle di uno stack PEM da 500 W

Curve di Nyquist per due celle di uno stack PEM da 500 W

11
nov 15
-

Caratterizzazione di combustibili gassosi bio-derivati

Determinazione delle proprietà di biogas e syngas come combustibili alternativi, al variare della composizione e delle condizioni di utilizzo. Obiettivo dell’attività è fornire un supporto conoscitivo per individuare le direttrici progettuali e le specifiche funzionali/operative di sistemi di generazione/cogenerazione ad alta efficienza e basso impatto ambientale.

Propagazione di fiamma per metano, syngas e biogas (P₀=6 bar, Φ =1.0)

Evoluzione temporale dei raggi di fiamma per metano, syngas e biogas (P₀=6 bar, Φ =1.0)

Velocità di fiamma laminare per metano, syngas e biogas (P₀=6 bar, Φ =1.0)

29
mag 13
-

Sistemi stazionari per la produzione di energia

L’Istituto svolge attività nel campo dell’impiego delle fuel cell per applicazioni di produzione di energia elettrica e termica.

Le attività di ricerca in questo campo si sono recentemente focalizzate su sistemi che impiegano microturbine, con l’obiettivo di studiare l’impiego di combustibili sintetici liquidi e gassosi e biocombustibili per la generazione distribuita di energia inserite in strutture di smart grid a dimensione nazionale ed europea.

A tal fine impianti sperimentali sono usati per analizzare le proprietà di combustione di combustibili sintetici e biocombustibili in condizioni tipiche di funzionamento delle microturbine: una microturbina da 100kWe, opportunamente modificata, consente lo studio della combustione e delle sue strategie di controllo al fine di ottimizzare il ciclo energetico.

Di particolare interesse è lo studio della stabilità della combustione, dei prodotti energetici e delle emissioni, in relazione alle proprietà dei combustibili e delle condizioni di carico. Nuove tecnologie di combustione e nuove tecniche di controllo sono in corso di studio per consentire un efficiente ed affidabile utilizzo dei nuovi combustibili alternativi in microturbine.

29
mag 13
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Sistemi Ibridi di Propulsione

Sistemi Energetici ad Alta Efficienza Per Applicazioni di Trasporto

Il Trasporto stradale è quasi interamente dipendente dalle sorgenti fossilie è considerato responsabile di una significative e crescente fetta di emissione in atmosfera di CO₂. Gli obiettivi della decarbonizazzione, della sicurezza e della qualità dell’aria in ambiente urbano possono essere raggiunti con lo sviluppo di nuovi sistemi di trasporto capaci di colmare il gap tra i combustibili fossili e la produzione di energia con più bassi consumi e ridotte emissioni.

Sistemi Ibridi di Propulsione

Questi sistemi sono tecnologie di tipo “range extender” applicate al trasporto elettrico, utilizzanti motori termici nel breve termine e fuel cells nel lungo termine.
I veicoli ibridi di tipo termo/elettrico rappresentano un’evoluzione dei veicoli tradizionali dotati di solo motore termico: il principale vantaggio della doppia propulsione è legato al contributo dell’alta efficienza tipica dei motori elettrici nelle fasi transitorie consentendo di far funzionare il motore termico in condizioni di massima efficienza e ampliando il range di autonomia rispetto al veicolo esclusivamente elettrico.
Sul lungo termine le fuel cells ad elettrolita polimerico alimentate ad idrogeno costituiscono una promettente alternativa al motore termico nell’ambito dei veicoli elettrici ibridi: essi sono caratterizzati da alta efficienza in un ampio range di condizioni di carico e dall’assenza di emissioni allo scarico.

Le attività di ricerca in Istituto Motori nel campo del power train ibrido sono condotte nell’ambito delle seguenti tematiche:

studio di modelli di simulazione dei flussi energetici e sviluppo di strategie ottimali di controllo per differenti configurazioni di sistemi di propulsione termico-elettrica;
progetto, realizzazione e caratterizzazione sperimentale di sistemi di fuel cells ad idrogeno;
caratterizzazione sperimentale su cicli di guida di power train a fuell cells, analisi ed ottimizzazione dei flussi energetici e dell’efficienza energetica in funzione del livello di ibridizzazione tra i sistemi di bordo per la produzione di energia elettrica ed il suo immagazzinamento (dal range extender alla configurazione a piena potenza);
studio sperimentale di differenti tipologie di batterie e di supercapacitori per l’immagazzinamento di energia elettrica a bordo di veicoli ibridi;
studio dei processi catalitici per la produzione di idrogeno da combustibili liquidi e gassoso;
studio delle tecnologie per l’immagazzinamento a bordo dell’idrogeno.

I laboratori disponibili includono sistemi a fuel-cell sistemi fino a 30 kW, electric drives fino a 80 kW, differenti tipi di batterie e supercapacitori, freni dinamici per la simulazione dei cicli di guida fino a 120 kW, limpianti di laboratorio per la produzione di idrogeno e per lo studio delle proprietà di assorbimento di materiali solidi per lo stoccaggio di idrogeno.

27
mag 13
-

Fuels

Nel corso dell’ultima decade, i combustibili alternativi hanno avuto una maggiore diffusione, specialmente in applicazioni di nicchia. L’attuale politica energetica europea ha promosso l’impiego delle fonti di energia rinnovabili per ridurre l’effetto serra (GHG) derivante dai combustibili fossili. In questo contesto anche la produzione di biocombustibili è aumentata.

Le problematiche connesse ai combustibili di prima generazione, sull’uso del territorio in competizione con bisogni umani primari, saranno significativamente ridimensionate dalla tecnologia dei biocombustibili di seconda generazione. Questi infatti, possono essere prodotti con più efficienti processi tecnologici ed utilizzano inoltre biomassa non destinata all’alimentazione umana. Ulteriori miglioramenti sono attesi dai biocombustibili di terza generazione, ottenuti con un basso impegno energetico, ma con un’elevata produttività, e coltivati per altro su superfici poco redditizi per altre esigenze umane. Anche alcune fonti fossili possono essere impiegate per produrre combustibili riformulati per il trasporto. La stessa tecnologia dei combustibili di seconda generazione potrebbe essere utilizzata per trasformare il gas naturale in idrogeno o GTL (gas to liquid, impiegato in motori diesel), o per trasformare il carbone in gas naturale sintetico, idrogeno o CTL (coal to liquid, anch’esso adoperato in motori ad accensione per compressione). In entrambi i casi (produzione di combustibili liquidi o gassosi per i trasporti), partendo da fonti fossili, non necessariamente si riesce ad ottenere un migliore risultato globale, dalla fonte alla ruota, in termini di riduzione dell’effetto serra, come invece generalmente accade quando si utilizzano le biomasse come fonte energetica.

I combustibili gassosi (GPL, GNC ed idrogeno, quando sarà disponibile in modo energeticamente conveniente) possono contribuire a ridurre le emissioni gassose e particellari allo scarico dei motori. Ad ogni modo i problemi di stoccaggio dell’idrogeno a bordo dei veicoli non possono essere trascurati per la sua bassa densità, circa un ordine di grandezza inferiore rispetto a quella del CNG, e per la conseguente riduzione dell’autonomia.
Quindi GNC e idrogeno, e le loro miscele, possono essere usati con successo principalmente in flotte di veicoli operanti in ambito urbano (trasporto pubblico, distribuzioni merci, raccolta rifiuti).
In Istituto Motori attività di ricerca sono in corso sui seguenti argomenti:

Biodiesel e bioetanolo, principalmente in miscela con gasolio e benzina;
Miscele di gas naturale e idrogeno;
Gas naturale liquido (LNG).

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nov 15

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Conversione termo-chimica di biomasse in sistemi waste-to-energy

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Sistemi elettrochimici di generazione e accumulo di energia per applicazioni automotive e stazionarie.

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Caratterizzazione di combustibili gassosi bio-derivati

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