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Autori: M. Rivarolo(*), A.F. Massardo(*) Idrogeno da fonte rinnovabile di grande taglia (14.000 MW) ed analisi di sistemi di accumulo fisico e chimico.

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1 Autori: M. Rivarolo(*), A.F. Massardo(*) Idrogeno da fonte rinnovabile di grande taglia ( MW) ed analisi di sistemi di accumulo fisico e chimico (*) DiMSET, Università di Genova e SIIT Genova, Italia

2 PROBLEMATICHE FONTI RINNOVABILI Disponibilità temporale Andamento temporale richiesta elettricità: diagrammi di carico P [MW] CARICO DI BASE PUNTE DI CARICO ECCEDENZE DIAGRAMMA STAGIONALEDIAGRAMMA GIORNALIERO P [MW] 3650 d Accumulo dellenergia in eccedenza Per sistemi di grande taglia Idrogeno da elettrolisi dellH 2 O Milano, 11 luglio Eolico -Solare -Idroelettrico Variazioni ORARIE Variazioni MENSILI

3 Milano, 11 luglio 2011 Impianto idroelettrico di Itaipu (14 GW) Al confine tra Paraguay e Brasile è la centrale idroelettrica più grande nel mondo in termini di energia prodotta.

4 Area1350 km 2 Lunghezza170 km Larghezza media7 km Volume max 29,000,000,000 m 3 Acqua spillata (max) 62,200 m 3 /s Diga di Itaipu, dimensioni del bacino Milano, 11 luglio 2011

5 Impianto idroelettrico di Itaipu MW di potenza installata (20 turbine da 700 MW) Record di GWh prodotti (2008), 1/3 del fabbisogno italiano Acqua spillata (62.000m 3 /s) disponibile per generare H 2 Milano, 11 luglio 2011

6 Produzione di energia elettrica ENERGIA PRODOTTA Valore medio (circa 10 GW) variabile di anno in anno Sarebbe divisa a metà, in realtà il Paraguay ne vende una parte al Brasile Milano, 11 luglio 2011

7 Energia prodotta ed energia spillata ENERGIA SPILLATA Il suo valore medio varia sensibilmente di anno in anno Disponibile per produrre H 2 su larga scala Lenergia spillata dipende dalla portata dacqua, quindi varia fortemente con il mese. Milano, 11 luglio 2011

8 Potenza spillata e richiesta elettrica Necessità di analisi termo-economica su base annuale Variazione oraria nel carico elettrico Potenza spillata variabile col mese Milano, 11 luglio 2011

9 Codice di calcolo ECoMP SCENARIO ECONOMICO (PREZZI DI VENDITA/ACQUISTO) ECoMP SOFTWARE Ottimizzazione Impianti OTTIMIZZAZIONE LAY OUT OTTIMIZZAZIONE TAGLIA (Tutti i Componenti) CONNESSIONI ALLA RETE OTTIMIZZAZIONE STRATEGIA CURVE DI CARICO (CALORE & ELETTRICITA) Milano, 11 luglio 2011

10 Impianto per produzione e accumulo H 2 Carico elettrico (PY + BR) Diga di ITAIPU MW Potenza prodotta Potenza spillata Elettrolizzatori (1 MWe) Utenze H 2 Stoccaggio H 2 H2H2 O2O2 Milano, 11 luglio 2011

11 Analisi ECoMP impianto H 2 Analisi di un intero anno di funzionamento dellimpianto Ottimizzazione della taglia del sistema di produzione e confronto delle due tecniche di accumulo ECoMP software Accumulo fisico in serbatoio Nei periodi in cui non si ha acqua spillata, La richiesta di H 2 è soddisfatta dal serbatoio. Accumulo fisico alternativo Nei periodi in cui non si ha acqua spillata si sceglie di non vendere energia alla rete per alimentare gli elettrolizzatori. VANTAGGIO: costi capitali serbatoio ridotti Milano, 11 luglio 2011

12 Produzione e accumulo H 2 (160 MW) Accumulo fisico in serbatoio di grandi dimensioni ( m 3 ) Milano, 11 luglio 2011

13 Produzione e accumulo H 2 (160 MW) Serbatoio ridotto (200 m 3 ), acquisto di energia dalla rete Milano, 11 luglio 2011

14 Confronto delle due soluzioni di accumulo Accumulo con rete elettrica Minori costi capitali Soluzione economica ottima Auto a idrogeno alimentate: auto al giorno! Milano, 11 luglio 2011

15 Influenza del costo delle auto a Idrogeno Costo di unauto a Idrogeno Costo aggiuntivo totale Grande influenza Dei costi delle auto SENZA AUTO CON AUTO Milano, 11 luglio 2011

16 Difficoltà legate allIdrogeno Costi molto elevati per le auto a Idrogeno Difficoltà nello stoccaggio e nel trasporto (idrogenodotti) Mancanza di utilizzi diversificati La trasformazione di H 2 in CH 4 garantisce alcuni vantaggi: Costi delle auto a metano paragonabili a quelle a benzina Possibilità di adattare le auto a benzina già esistenti Possibili altri impieghi del metano Trasporto nei metanodotti già esistenti Milano, 11 luglio 2011

17 Produzione H 2 con accumulo chimico come CH 4 Carico elettrico (PY + BR) Diga di ITAIPU MW Potenza prodotta Potenza spillata Elettrolizzatori (1 MWe) Utenze CH 4 Metanatori H2H2 O2O2 CO 2 Milano, 11 luglio 2011

18 Produzione H 2 (160 MW) e accumulo CH 4 Milano, 11 luglio 2011

19 Influenza del costo delle auto a metano Costo di unauto a CH 4 (adattamento) Costo aggiuntivo totale Influenza modesta Dei costi delle auto SENZA AUTO CON AUTO Milano, 11 luglio 2011

20 Confronto tra accumulo fisico e chimico Milano, 11 luglio 2011 Ricavi annualiMaggiori con accumulo fisico PBPRidotto con accumulo chimico Risulta praticamente lo stesso per le due soluzioni NPV finale

21 ConclusioniConclusioni Milano, 11 luglio 2011 PRODUZIONE H 2 Accumulo fisico non accettabile, costi del serbatoio troppo elevati La soluzione migliore è acquistare energia dalla rete e installare al limite un serbatoio di piccole dimensioni. I tempi di ritorno sono fortemente influenzati dai costi elevati delle auto. PRODUZIONE CH 4 Stoccaggio chimico, H 2 trasformato in CH 4, di più facile trasporto e utilizzo Costi delle auto molto ridotti rispetto al caso precedente Tempi di ritorno di circa 10 anni Produzione di metano pulito, perché è stato prodotto sequestrando CO 2 Dove prelevare la CO 2 ? Costo o benefit?

22 Sviluppi futuri Carico elettrico (PY + BR) Diga di ITAIPU MW Potenza prodotta Potenza spillata Elettrolizzatori (1 MWe) Utenze CH 4 Metanatori H2H2 O2O2 Mix gas Syngas Gassificatore Biomasse Milano, 11 luglio 2011

23 Autori: M. Rivarolo(*), A.F. Massardo(*) Idrogeno da fonte rinnovabile di grande taglia ( MW) ed analisi di sistemi di accumulo fisico e chimico (*) DiMSET, University of Genova and SIIT Genova, Italy


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