terzo incontro regionale h 2 it - politecnico di torino 15 giugno 2004 torino sviluppo di sistemi...
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Terzo incontro regionale H2IT - Politecnico di Torino 15 Giugno 2004
Torino
Sviluppo di sistemi APU per Sviluppo di sistemi APU per applicazioni stazionarie e mobili:applicazioni stazionarie e mobili:i progetti Celco-YACHT e Micro-i progetti Celco-YACHT e Micro-
CHPCHP
Dipartimento di Scienza dei Materiali ed Ingegneria Dipartimento di Scienza dei Materiali ed Ingegneria ChimicaChimica
Politecnico di TorinoPolitecnico di Torino
TorinoTorino
Guido SaraccoGuido Saracco
Terzo incontro regionale H2IT - Politecnico di Torino 15 Giugno 2004
TorinoAuxiliary Power Unit per applicazioni “mobili”
ENERGIAELETTRICA
UTENZE ELETTRICHE
STACK
COMPRESSORE ARIA
ARIA
BATTERIA AUSILIARIA
SISTEMA DIRAFFREDDAMENTOACQUA
H2 + CO2
REFORMER
COMBUSTIBILE
Nello stack avviene la reazione tra idrogeno ed ossigeno che produce energia elettrica, vapore acqueo e
calore.
CONDIZIONAMENTO, LUCI, SISTEMI DI CONTROLLO,…
Terzo incontro regionale H2IT - Politecnico di Torino 15 Giugno 2004
Torino
Vaillant-Plug Power Vaillant-Plug Power Sistema di cogenerazione
4.6 kWel + 7 kWth
Auxiliary Power Unit per applicazioni “stazionarie”
UNITA’ MICRO-COGENERATIVA per applicazioni residenziali Energia Termica + Energia Elettrica
Terzo incontro regionale H2IT - Politecnico di Torino 15 Giugno 2004
TorinoCelle a combustibile: applicazioni
1 10 100 1k 10k 100k 1M 10MPOTENZA [W]POTENZA [W]
ApplicazioniApplicazioni
VantaggiVantaggi
Sistemi elettroniciportabili
Generazione energiamobile e stazionaria
Generazione distribuitadi potenza
Maggiore densità di energiarispetto alle batteriaRicarica più veloce
Potenzialità per zeroemissioni, maggiore
efficienza
Maggiore efficienzaMinori emissioni
silenziosità
Campi di Campi di applicazione applicazione dei principali dei principali
tipi di Fuel tipi di Fuel CellsCells PEMFC
PAFC
SOFC
AFC MCFC
DMFC
Autonavi
Campi di potenzedi interesse per
APU di piccola taglia
Terzo incontro regionale H2IT - Politecnico di Torino 15 Giugno 2004
Torino
Steam Reforming (SR)
Sistemi di produzione d’idrogeno da idrocarburi
CnHm + nH2O = nCO + (n+m/2)H2
Reazione con acqua, endotermica, trasferimento di calore indiretto, bassa temperatura, alta efficienza.
Studi in corso su gas naturale e benzina (unità micro-CHP e autoveicoli)
Reforming Autotermico (ATR)
Cracking termico (TC)
Ossidazione Parziale Catalitica (CPO) CnHm + n1/2O2 = n CO + m/2 H2
Reazione con ossigeno, esotermica, alta temperatura, rapido startup, compatto.
Studi in corso su gas naturale e GPL (unità micro-CHP e autoveicoli)
CnHmOp + x(O2+3.76N2) + (2n–2x–p)H2O =
nCO2 + (2n-2x-p+m/2)H2 + 3.76xN2
Combina steam reforming ed ossidazione parziale, no riscaldamento no raffreddamento extra.
Studi in corso su benzina e biodiesel (per autoveicoli)
CnH2n+2 = nC + (n+1)H2
Reazione endotermica di rottura delle molecole per azione dell’alta temperatura, alta efficienza.
Studi in corso su benzina e biodiesel (per autoveicoli)
Terzo incontro regionale H2IT - Politecnico di Torino 15 Giugno 2004
Torino
SOCIETÀ CARBURANTE REFORMING
Stato della tecnologia
(capacità max)Nuvera Gas naturale POX 50 kW Hydrogen Burner Technology (HBT) Gas naturale POX 50 kW (1.1 kW/l)
Analytic Power Multi-fuel ATR 50 kW
Johnson Mattey Metanolo, GPL, metano ATR
Haldor Topsoe Metanolo SRLos Alomos National Laboratory Metanolo SR 10-50 kW
Energy Partners Metano SRDais-Analytic Corporation Metano SR
Innovatek Gasoline-Diesel SR 1kWIFC Metano SR 50 kWIdaTech Metano SR
Epyx Corporation/ Nuvera fuel cell
(50 kW)
Innovatek, Inc. (1 kW)
Reformers commerciali
Terzo incontro regionale H2IT - Politecnico di Torino 15 Giugno 2004
TorinoSteam Reforming (SR)
Reazione con acqua, endotermica, trasferimento di calore indiretto (necessità di scambiatori di calore), bassa temperatura, alta efficienza.
Air
Water
HTWGS
S -TRAP
LTW GS
CO PROX
REF
Burner
AfterBurner
Isooctane
Heat Exch. 04 Steam
Gen.exhaust
CnHm + nH2O = nCO + (n+m/2)H2
Scelta di riferimento in MicroCHP
Terzo incontro regionale H2IT - Politecnico di Torino 15 Giugno 2004
TorinoOssidazione Parziale Catalitica (CPO)
CnHm + n1/2O2 = n CO + m/2 H2
Reazione con ossigeno sottostechiomentrico, esotermica, alta temperatura, rapido start-up; reattori molto compatti.
Time = 0 sO2/C = 0.20
Time = 6 sO2/C = 0.20
Time = 9 sO2/C = 0.20
Time = 12 sO2/C = 0.20
Time = 18 sO2/C = 0.20
Time = 24 sO2/C = 0.20
Time = 30 sO2/C = 0.20
Time = 60 sO2/C = 0.20
Time = 0 sO2/C = 0.20
Time = 6 sO2/C = 0.20
Time = 9 sO2/C = 0.20
Time = 12 sO2/C = 0.20
Time = 18 sO2/C = 0.20
Time = 24 sO2/C = 0.20
Time = 30 sO2/C = 0.20
Time = 60 sO2/C = 0.20
Catalytic packed bed reactor
Possibile alternativain MicroCHP
Terzo incontro regionale H2IT - Politecnico di Torino 15 Giugno 2004
TorinoReforming Autotermico (ATR)
CnHmOp + x(O2+3.76N2) + (2n–2x–p)H2O = nCO2 + (2n-2x-p+m/2)H2 + 3.76xN2
Combina steam reforming ed ossidazione parziale, no riscaldamento no raffreddamento extra. Reattori estremamente compatti.
ATR700°C
PROX150°C
HTS400°C
Diesel oil feed
Air
Steam
Fuel cellafterburner
Condensaterecovery
PEMFC80°C
LTS240°C
Air
Water
AirHumidi-
fier DC power
Fluegas
Exhaustair
Per gentile concessione dell’ Institut für Mikrotechnik Mainz GmbHScelta di riferimento in Celco YACHT
Terzo incontro regionale H2IT - Politecnico di Torino 15 Giugno 2004
TorinoCracking Termico (TC)
CnH2n+2 = nC + (n+1)H2
Reazione endotermica di rottura delle molecole per azione dell’alta temperatura, alta efficienza. Necessaria la rigenerazione dei reattori di cracking.
Per gentile concessione della Univertät Duisburg-Essen
Possibile alternativain MicroCHP
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TorinoMICRO-CHP
Partners
Target
Durata
Valore
Aree di eccellenza
Ruolo POLITO
Environment Park – HY_SY_LAB, Merloni Termo Sanitari, Arcotronics Fuel Cells, HySyTECH, IREM, Politecnico di Torino
Sviluppo di un’unità CHP (Combined Heat and Power generation) per applicazioni domestiche plurifamiliari e piccole utenze del terziario (alberghi, ristoranti, uffici…) basata sulla combinazione di uno steam reformer di metano e di uno stack di celle a combustibile polimeriche. L’unità CHP deve essere in grado di erogare 4 kW di potenza elettrica con modulazione 1-4 kW e deve essere modulabile nel range 4-24 kW per quanto riguarda la potenza termica. Imgombro: L x P x H = 600 x 1400 x 900 mm; peso 300 kg
48 mesi
3 milioni di €Fuel processorcompatti basati sullo steam reforming di gas naturale, componenti compatti, analisi RAMS (Reliability, Availability, Maintainability & Safety) e LCA (Life Cycle Assessment)
Sviluppo catalizzatori (reforming da benzina, CO clean-up), modellazione di sistema e componente, Power conditioning, Analisi RAMS
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TorinoMICRO-CHP
Schema impianto cogenerativo a due zone
Terzo incontro regionale H2IT - Politecnico di Torino 15 Giugno 2004
Torino
Diagramma Pert del Progetto
SP5. Modellazione
SP7. Dimostrazione
SP6. Integrazione sistemae test
SP
4. B
.O.P
SP
2. S
tack
SP
3. F
uel
Pro
cess
or
SP1. Coordinamento e Gestione Progetto
SP9. Divulgazione e Addestramento
SP8. Analisi Ambientale Sicurezza e Marketing
Stack per H2 di reforming
Sistema Steam reformer
Sistema clean up compatto
Fuel processor
Balance of plant
Integrazione CHP e test su banco
Test su campo CPH(dimostrazione)
Tempo(anni) 0 1 3 4Verifica di
Metà Progetto
Alimentazione e recupero termico
Inverter & power conditioning
Unità di Controllo
Ausiliari Generazione Calore
Sviluppo dello Stack
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TorinoCELCO-YACHT
Partners
Target
Durata
Valore
Aree di eccellenza
Ruolo POLITO
Environment Park – HY_SY_LAB, Azimut Benetti, Arcotronics Fuel Cells, HySyTECH, IREM, Politecnico di Torino
Studio, realizzazione e validazione di uno strumento per la sperimentazione di una unità di generazione APU (Auxiliary Power Unit) con potenza di 15 kW basato sulla soluzione a Fuel Cell che possa trovare applicazione futura su una imbarcazione. Studio di fattibilità di un sistema basato su Fuel Cell per la generazione di potenze nel range 600-1000 kW e destinato ad alimentare la propulsione principale di imbarcazioni da diporto fino a 18m.
48 mesi
3,5 milioni di €
Fuel processor, componenti compatti, analisi RAMS (Reliability, Availability, Maintainability & Safety) e LCA (Life Cycle Assessment)
Sviluppo catalizzatori (reforming da benzina, CO clean-up), modellazione di sistema e componente, Power conditioning, Analisi RAMS, sviluppo architettura del sistema
Terzo incontro regionale H2IT - Politecnico di Torino 15 Giugno 2004
Torino
Diagramma Pert del Progetto
SP5. Modellazione
SP7. Dimostrazione
SP6. Integrazione sistemae test su banco
SP
4.
B.O
.PS
P2.
Sta
ck
SP
3.
Fu
el P
rocess
or
SP1. Coordinamento e Gestione Progetto
SP9. Divulgazione e Addestramento
SP8. Analisi Ambientale Sicurezza e Marketing
Stack per H2
Sistema di reforming
Sistema purificazione idrogeno
Fuel processor
Balance of plant
Integrazione sistemi a fuel cell e test su banco
Test su scafo(dimostrazione)
Tempo(anni) 0 1 3 4Verifica di
Metà Progetto
Alimentazione e recupero termico
Inverter & power conditioning
Unità di Controllo e sensoristica
Sviluppo dello Stack
Terzo incontro regionale H2IT - Politecnico di Torino 15 Giugno 2004
Torino
Grazie per l’attenzione!Grazie per l’attenzione!
Politecnico di TorinoPolitecnico di TorinoDipartimento di Scienza dei Materiali ed Ingegneria Dipartimento di Scienza dei Materiali ed Ingegneria ChimicaChimica
Corso Duca degli Abruzzi, 24Corso Duca degli Abruzzi, 24
10129 Torino10129 Torino
Coordinatore progetti: Coordinatore progetti: [email protected]
Responsabile scientifico: Responsabile scientifico: [email protected]