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 Autori: M. Rivarolo(*), A.F. Massardo(*) Due obiettivi principali della presentazione: 1)Illustrare cosa si può fare tecnicamente e se conviene economicamente ; 2)illustrare implicitamente (messaggi subliminali!) cosa sappiamo fare (*) DiMSET, Università di Genova e SIIT Genova, Italia

PROBLEMATICHE FONTI RINNOVABILI Eolico Solare Idroelettrico Variazioni ORARIE Disponibilità temporale Variazioni MENSILI Andamento temporale richiesta elettricità: diagrammi di carico PUNTE DI CARICO P [MW] P [MW] ECCEDENZE CARICO DI BASE d 365 DIAGRAMMA STAGIONALE DIAGRAMMA GIORNALIERO Accumulo dell’energia in eccedenza Per sistemi di grande taglia Idrogeno da elettrolisi dell’H2O 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. Milano, 11 luglio 2011

Diga di Itaipu, dimensioni del bacino Area 1350 km2 Lunghezza 170 km Larghezza media 7 km Volume max 29,000,000,000 m3 Acqua spillata (max) 62,200 m3/s Milano, 11 luglio 2011

Impianto idroelettrico di Itaipu 14.000 MW di potenza installata (20 turbine da 700 MW) Record di 95.000 GWh prodotti (2008), 1/3 del fabbisogno italiano Acqua spillata (62.000m3/s) disponibile per generare H2 Milano, 11 luglio 2011

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

Energia prodotta ed energia spillata Il suo valore medio varia sensibilmente di anno in anno Disponibile per produrre H2 su larga scala L’energia spillata dipende dalla portata d’acqua, quindi varia fortemente con il mese. Milano, 11 luglio 2011

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

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

Impianto per produzione e accumulo H2 Diga di ITAIPU 14.000 MW Potenza spillata Potenza prodotta Elettrolizzatori (1 MWe) Carico elettrico (PY + BR) O2 H2 Stoccaggio H2 Utenze H2 Milano, 11 luglio 2011

Analisi ECoMP impianto H2 Accumulo fisico in serbatoio Nei periodi in cui non si ha acqua spillata, La richiesta di H2 è soddisfatta dal serbatoio. ECoMP software 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 Analisi di un intero anno di funzionamento dell’impianto Ottimizzazione della taglia del sistema di produzione e confronto delle due tecniche di accumulo Milano, 11 luglio 2011

Produzione e accumulo H2 (160 MW) Accumulo fisico in serbatoio di grandi dimensioni (70.000 m3) Milano, 11 luglio 2011

Produzione e accumulo H2 (160 MW) Serbatoio ridotto (200 m3), acquisto di energia dalla rete Milano, 11 luglio 2011

Confronto delle due soluzioni di accumulo Soluzione economica ottima Minori costi capitali Soluzione economica ottima Accumulo con rete elettrica Auto a idrogeno alimentate: 15.000 auto al giorno! Milano, 11 luglio 2011

Influenza del costo delle auto a Idrogeno SENZA AUTO CON AUTO Costo di un’auto a Idrogeno 40.000 € Costo aggiuntivo totale 600.000.000 € Grande influenza Dei costi delle auto Milano, 11 luglio 2011

Difficoltà legate all’Idrogeno Costi molto elevati per le auto a Idrogeno Difficoltà nello stoccaggio e nel trasporto (idrogenodotti) Mancanza di utilizzi diversificati La trasformazione di H2 in CH4 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

Produzione H2 con accumulo chimico come CH4 Diga di ITAIPU 14.000 MW Potenza spillata Potenza prodotta Elettrolizzatori (1 MWe) Carico elettrico (PY + BR) O2 H2 CO2 Metanatori Utenze CH4 Milano, 11 luglio 2011

Produzione H2 (160 MW) e accumulo CH4 Milano, 11 luglio 2011

Influenza del costo delle auto a metano SENZA AUTO CON AUTO Costo di un’auto a CH4 (adattamento) 1.000 € Costo aggiuntivo totale 15.000.000 € Influenza modesta Dei costi delle auto Milano, 11 luglio 2011

Confronto tra accumulo fisico e chimico Ricavi annuali Maggiori con accumulo fisico PBP Ridotto con accumulo chimico Risulta praticamente lo stesso per le due soluzioni NPV finale Milano, 11 luglio 2011

Conclusioni PRODUZIONE H2 PRODUZIONE CH4 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 CH4 Stoccaggio chimico, H2 trasformato in CH4, 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 CO2 Dove prelevare la CO2? Costo o benefit? Milano, 11 luglio 2011

Sviluppi futuri Diga di ITAIPU 14.000 MW Potenza spillata Potenza prodotta Elettrolizzatori (1 MWe) Carico elettrico (PY + BR) O2 H2 Syngas Mix gas Metanatori Gassificatore Utenze CH4 Biomasse Milano, 11 luglio 2011

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 Autori: M. Rivarolo(*), A.F. Massardo(*) Due obiettivi principali della presentazione: 1)Illustrare cosa si può fare tecnicamente e se conviene economicamente ; 2)illustrare implicitamente (messaggi subliminali!) cosa sappiamo fare (*) DiMSET, University of Genova and SIIT Genova, Italy