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Terzo incontro regionale H 2 IT - Politecnico di Torino 15 Giugno 2004 Torino Sviluppo di sistemi APU per applicazioni stazionarie e mobili: i progetti.

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Presentazione sul tema: "Terzo incontro regionale H 2 IT - Politecnico di Torino 15 Giugno 2004 Torino Sviluppo di sistemi APU per applicazioni stazionarie e mobili: i progetti."— Transcript della presentazione:

1 Terzo incontro regionale H 2 IT - Politecnico di Torino 15 Giugno 2004 Torino Sviluppo di sistemi APU per applicazioni stazionarie e mobili: i progetti Celco-YACHT e Micro-CHP Dipartimento di Scienza dei Materiali ed Ingegneria Chimica Politecnico di Torino Torino Guido Saracco

2 Terzo incontro regionale H 2 IT - Politecnico di Torino 15 Giugno 2004 Torino Auxiliary Power Unit per applicazioni mobili ENERGIA ELETTRICA UTENZE ELETTRICHE STACK COMPRESSORE ARIA ARIA BATTERIA AUSILIARIA SISTEMA DI RAFFREDDAMENTO ACQUA H 2 + CO 2 REFORMER COMBUSTIBILE Nello stack avviene la reazione tra idrogeno ed ossigeno che produce energia elettrica, vapore acqueo e calore. CONDIZIONAMENTO, LUCI, SISTEMI DI CONTROLLO,…

3 Terzo incontro regionale H 2 IT - Politecnico di Torino 15 Giugno 2004 Torino Vaillant-Plug Power Sistema di cogenerazione 4.6 kW el + 7 kW th Auxiliary Power Unit per applicazioni stazionarie UNITA MICRO-COGENERATIVA per applicazioni residenziali Energia Termica + Energia Elettrica

4 Terzo incontro regionale H 2 IT - Politecnico di Torino 15 Giugno 2004 Torino Celle a combustibile: applicazioni k10k100k1M10M POTENZA [W] Applicazioni Vantaggi Sistemi elettronici portabili Generazione energia mobile e stazionaria Generazione distribuita di potenza Maggiore densità di energia rispetto alle batteria Ricarica più veloce Potenzialità per zero emissioni, maggiore efficienza Maggiore efficienza Minori emissioni silenziosità Campi di applicazione dei principali tipi di Fuel Cells PEMFC PAFC SOFC AFCMCFC DMFC Auto navi Campi di potenze di interesse per APU di piccola taglia

5 Terzo incontro regionale H 2 IT - Politecnico di Torino 15 Giugno 2004 Torino Steam Reforming (SR) Sistemi di produzione didrogeno da idrocarburi C n H m + nH 2 O = nCO + (n+m/2)H 2 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) C n H m + n 1/2 O 2 = n CO + m/2 H 2 Reazione con ossigeno, esotermica, alta temperatura, rapido startup, compatto. Studi in corso su gas naturale e GPL (unità micro-CHP e autoveicoli) C n H m O p + x(O N 2 ) + (2n–2x–p)H 2 O = nCO 2 + (2n-2x-p+m/2)H xN 2 Combina steam reforming ed ossidazione parziale, no riscaldamento no raffreddamento extra. Studi in corso su benzina e biodiesel (per autoveicoli) C n H 2n+2 = nC + (n+1)H 2 Reazione endotermica di rottura delle molecole per azione dellalta temperatura, alta efficienza. Studi in corso su benzina e biodiesel (per autoveicoli)

6 Terzo incontro regionale H 2 IT - Politecnico di Torino 15 Giugno 2004 Torino SOCIETÀCARBURANTE REFORMING Stato della tecnologia (capacità max) NuveraGas naturalePOX50 kW Hydrogen Burner Technology (HBT) Gas naturalePOX50 kW (1.1 kW/l) Analytic PowerMulti-fuelATR50 kW Johnson Mattey Metanolo, GPL, metano ATR Haldor TopsoeMetanoloSR Los Alomos National Laboratory MetanoloSR10-50 kW Energy PartnersMetanoSR Dais-Analytic CorporationMetanoSR InnovatekGasoline-DieselSR1kW IFCMetanoSR50 kW IdaTechMetanoSR Epyx Corporation/ Nuvera fuel cell (50 kW) Innovatek, Inc. (1 kW) Reformers commerciali

7 Terzo incontro regionale H 2 IT - Politecnico di Torino 15 Giugno 2004 Torino Steam Reforming (SR) Reazione con acqua, endotermica, trasferimento di calore indiretto (necessità di scambiatori di calore), bassa temperatura, alta efficienza. Air Water HTWG S S - TRAP LTW GS CO PROX REF Burner After Burner Isooctane Heat Exch. 04 Steam Gen. exhaust C n H m + nH 2 O = nCO + (n+m/2)H 2 Scelta di riferimento in MicroCHP

8 Terzo incontro regionale H 2 IT - Politecnico di Torino 15 Giugno 2004 Torino Ossidazione Parziale Catalitica (CPO) C n H m + n 1/2 O 2 = n CO + m/2 H 2 Reazione con ossigeno sottostechiomentrico, esotermica, alta temperatura, rapido start-up; reattori molto compatti. Catalytic packed bed reactor Possibile alternativa in MicroCHP

9 Terzo incontro regionale H 2 IT - Politecnico di Torino 15 Giugno 2004 Torino Reforming Autotermico (ATR) C n H m O p + x(O N 2 ) + (2n–2x–p)H 2 O = nCO 2 + (2n-2x-p+m/2)H xN 2 Combina steam reforming ed ossidazione parziale, no riscaldamento no raffreddamento extra. Reattori estremamente compatti. ATR 700°C PROX 150°C HTS 400°C Diesel oil feed Air Steam Fuel cell afterburner Condensate recovery PEMFC 80°C LTS 240°C Air Water Air Humidi- fier DC power Flue gas Exhaust air Per gentile concessione dell Institut für Mikrotechnik Mainz GmbH Scelta di riferimento in Celco YACHT

10 Terzo incontro regionale H 2 IT - Politecnico di Torino 15 Giugno 2004 Torino Cracking Termico (TC) C n H 2n+2 = nC + (n+1)H 2 Reazione endotermica di rottura delle molecole per azione dellalta temperatura, alta efficienza. Necessaria la rigenerazione dei reattori di cracking. Per gentile concessione della Univertät Duisburg-Essen Possibile alternativa in MicroCHP

11 Terzo incontro regionale H 2 IT - Politecnico di Torino 15 Giugno 2004 Torino MICRO-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 ununità 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. Lunità 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

12 Terzo incontro regionale H 2 IT - Politecnico di Torino 15 Giugno 2004 Torino MICRO-CHP Schema impianto cogenerativo a due zone

13 Terzo incontro regionale H 2 IT - Politecnico di Torino 15 Giugno 2004 Torino Diagramma Pert del Progetto

14 Terzo incontro regionale H 2 IT - Politecnico di Torino 15 Giugno 2004 Torino CELCO-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 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

15 Terzo incontro regionale H 2 IT - Politecnico di Torino 15 Giugno 2004 Torino Diagramma Pert del Progetto

16 Terzo incontro regionale H 2 IT - Politecnico di Torino 15 Giugno 2004 Torino Grazie per l attenzione! Politecnico di Torino Dipartimento di Scienza dei Materiali ed Ingegneria Chimica Corso Duca degli Abruzzi, Torino Coordinatore progetti: Responsabile scientifico:


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