L’idrogeno e le celle a combustibile Esperienze e programmi in Italia

Presentazione sul tema: "L’idrogeno e le celle a combustibile Esperienze e programmi in Italia"— Transcript della presentazione:

1 L’idrogeno e le celle a combustibile Esperienze e programmi in Italia
Fiera di Milano, Polo di Rho 30 marzo 2005

2 Dr. Ing. Aldo Bassi SINTESI AB S.r.l. Milano
Normative, Standard e Regolamenti per l’omologazione dei veicoli stradali ad idrogeno Dr. Ing. Aldo Bassi SINTESI AB S.r.l. Milano 2

3 Sommario Tipologie dei veicoli stradali ad idrogeno
Impianti idrogeno di bordo e problemi di sicurezza Principi per la stesura degli Standards e dei Regolamenti Organismi internazionali e nazionali per la stesura di “Technical Standard” e dei Regolamenti 3

4 HIGH PRESSURE CYLINDER CGH2 HIGH PRESSURE CYLINDER CGH2
Schema 1 Schema 2 FILLING CONNECTOR FUEL FEEDING FILLING CONNECTOR FUEL FEEDING MOT EL LH2 INVERTER FC STACK MOT EL INVERTER FC STACK CGH2 AUXILIARIES AUXILIARIES CRYOGENIC TANK LH2 HIGH PRESSURE CYLINDER CGH2 Schema 3 Schema 4 FUEL FEEDING FILLING CONNECTOR FUEL FEEDING FILLING CONNECTOR LH2 TRASM ICE TRASM ICE CGH2 CRYOGENIC TANK LH2 HIGH PRESSURE CYLINDER CGH2 Schemi dei veicoli stradali alimentati ad idrogeno 4

5 P Low pressure Intermediate pressure High pressure
Internal Combustion Engine Pressure reducing valve Pressure reducing valve Gas filling port (with a built-in gas filling valve that prevents spills) Pressure relief valve Container check valve Fuel Cell Excessive-flow prevention valve Pressure residual fuel meter (at the driver’s seat) P Main stop valve Container safety valve VENTING SYSTEM & H2 SENSORS Sistema idrogeno di bordo veicoli stradali – CGH2 Idrogeno Compresso 5 [Fonte:NTSEL-Japan]

6 CONCETTI GENERALI PER LA SICUREZZA DEI VEICOLI AD IDROGENO
Sicurezza dell’impianto idrogeno: Misura delle perdite di gas e azioni di intercettazione Prevenzione degli accumuli di gas a bordo Controllo dei rilasci e spurghi del gas Comportamento al fuoco - valvole di sicurezza Sicurezza all’urto frontale, posteriore e laterale: Prevenzione delle perdite di gas in seguito a rotture Contenimento del gas nelle bombole (valvole cut-off) Adeguati dispositivi di fissaggio delle bombole e dei componenti 6

7 CONCETTI GENERALI PER LA SICUREZZA DEI VEICOLI AD IDROGENO (cont’)
Sicurezza dispositivi elettrici (celle a combustible): Isolamento impianto elettrico batterie e celle a combustibile Prevenzione di scintille e di dispersioni di corrente Compatibilità elettromagnetica Protezione dell’ambiente: Verifica delle emissioni Misura del consumo energetico Operatibilità in tutte le condizioni ambientali 7

8 SPECIFICHE PRINCIPALI DI UNA BOMBOLA DI IDROGENO COMPRESSO
Combustibile H2 (> 99,8 % per la FC)(miscele CNG per ICE) Pressione di lavoro 350 bar a 15 °C (in prospettiva 700 bar) Massima pres. riempimento 438 bar a 85 °C Pressione di scoppio  823 bar (coeff. 2,35) Temperature - 40 °C °C Vita utile > 15 anni a cicli Tempo di riempimento < 36 minuti per 24 Kg di H2 Perdita massima ammissibile < 1 Ncm3/l/h 8

9 TYPE 3 700 bar Working Pressure
FABER Cylinders for Compressed Hydrogen TYPE bar Working Pressure steel liner manufactured from plate/coil fully wrapped with carbon fibre 700 bar Working Pressure 4 kg Hydrogen 100 l water capacity 85 kg weight according to GRPE-Draft ECE Steel H2 compatibility according to ISO for

10 DISPOSITIVI DI SICUREZZA DEL SISTEMA DI ACCUMULO DI IDROGENO COMPRESSO A BORDO DEI VEICOLI
Elettrovalvola di stop (normalmente chiusa) posta all'uscita della bombola, che ha lo scopo di impedire l'uscita del gas in caso di urto, di rottura della tubazione, di utenza, (motore o fuel cell) guasta, o spenta, ecc… Valvola fusibile tarata a 110  120 °C che ha lo scopo di evacuare il gas in caso di incendio per evitare lo scoppio della bombola; Diaframma tarato ad una pressione di sicurezza in caso di sovrappressione anomala; Sensori di pressione e di temperatura per il controllo dei parametri di funzionamento in esercizio. Sensori di H2 per il controllo delle fughe (camera stagna) Sistemi elettronici di protezione ai guasti (fail safe) 10

11 PROVE PREVISTE PER L’OMOLOGAZIONE E IL COLLAUDO DI UN VEICOLO ALIMENTATO AD IDROGENO COMPRESSO
Rilevamento perdite di idrogeno in alcune zone del veicolo Bonfire sull'intero veicolo o sul contenitore delle bombole (cylinder assembly) Prova dei sistemi di evacuazione dell'H2 dalla bombola e dai componenti dell’impianto Misure delle temperature e delle pressioni lungo il sistema di alimentazione dell'idrogeno Prova di crash (frontale, posteriore, laterale) con verifica del funzionamento delle elettrovalvole di stop e dell’integrità dei componenti Misura delle resistenza elettrica dei pneumatici per evitare cariche statiche e scintille Misura e controllo delle operazioni di riempimento (connettore/distributore) 11

12 I. Single Compartment Type
ESEMPI DI INSTALLAZIONE DI SISTEMI IDROGENO – CELLE A COMBUSTIBILE NEL VEICOLO (SENSORI DI FUGHE IDROGENO) Vehicle compartment (Passenger compartment + luggage compartment) Motor compartment Compartment for the hydrogen system components Sensor detecting hydrogen leakage Hydrogen piping, etc. I. Single Compartment Type (Example I-1) The hydrogen system components are installed in a compartment that is located under the vehicle compartment and separated from the motor compartment. FC Tank PCU Drive motor II. Double Compartment Type (Example II-1) The hydrogen system components are installed partly in the motor compartment and partly in a compartment under the vehicle compartment. (Example I-2) The hydrogen system components are installed in a compartment under the vehicle compartment (with two detectors). FC PCU Drive motor Tank FC Tank PCU Drive motor (Example II-2) The hydrogen system components are installed partly on the roof and partly in a compartment under the vehicle compartment. (Example I-3) The hydrogen system components are installed on the roof. FC PCU Drive motor Tank FC PCU Drive motor Tank 12 [Fonte:NTSEL-Japan]

13 European and International Gaseous Fuel Vehicles Standard Development
ISO International Organization Standardization TC193 Natural Gas TC58 Gas cylinders ISO 11439 WG1 Criogenic vessels WG2 Container multimodal WG8 Electrolizer TC197 Hydrogen technologies WG4 Fuelling facilities WG5 Gaseous connector WG6 Gaseous containers WG7 Safety TC22 Road Vehicles TC22/SC25 Road vehicles using LPG, CNG, H2 TC22/SC21 Electric road vehicles – fuel cells. Refuelling connector Design principles and installation of vehicle fuel system. WG3 Fuel system components. WG11 LPG Road Vehicles Containers ISO 15500 Parts 1 to 20. ISO/CD 20826 ISO/FDIS 15501 ISO/CD 14469 UN / ECE United Nations Economic Commission for Europe WP.29 Inland Transport Committee GRPE Working Party on Pollution and Energy Ad Hoc Group H2 and Fuel Cell GRPE ECE-Rxx : Liquid H2 System & Components ECE-Ryy : Compressed H2 System & Components ECE-Rzz: Fuel Cells Global Technical Regulations (GTR) European and International Gaseous Fuel Vehicles Standard Development 13

14 (Global technical Regulation)
ORGANISMI INTERNAZIONALI PER LA DEFINIZIONE DEI REGOLAMENTI DI OMOLOGAZIONE VEICOLI IDROGENO Global Cooperation Group for H2 & FC Vehicles Target date for a Regulation > 2010 Target date for a Regulation 2006 UN – GTR (Global technical Regulation) UN – ECE WP.29 CGH2 and LH2 Draft ECE Regulation CGH2 and LH2 GTR GRPE GRPE Informal Group “Hydrogen/Fuel Cell Vehicles H2 Industry mobile voice and stationary ISO H2 Voice EIHP2 Partnership ISO TC197 Hydrogen Technologies Decision for cooperation between TC197 and TC22 was already taken on EIHP is a partnership between the European Hydrogen Industry and the European Commission. This consortium was created to provide inputs for regulatory activities on a European and global level to facilitate harmonized Procedures for the approval of hydrogen fuelled road vehicles ISO TC22 SC21 ISO TC22 SC25 Electric, Hybrid, FC Vehicles LPG, CNG, H2 Road Vehicles 14 [Fonte:L-B-Systemtechnic]

15 PERCORSI DI APPROVAZIONE DEI REGOLAMENTI VEICOLI IDROGENO IN EUROPA
UN - ECE EC REGULATIONS DIRECTIVES Secretary General of the UN EU Council and EU Parliament Economic Commission for Europe Inland Transport Committee ITC European Commission Working Party 29 (WP.29) New Vehicles Construction Motor Vehicle Working Group GRPE Group de Rapporteurs de Pollution et des Energie MVEG Motor Vehicle Emission Group 15 [Fonte:L-B-Systemtechnic]

16 Mirror Committee H2 Italia:
ATTIVITA’ DI NORMAZIONE E STANDARDIZZAZIONE IN ITALIA SUI VEICOLI AD IDROGENO Mirror Committee H2 Italia: CTI – Comitato Termotecnico Italiano CUNA – Commissione Tecnica di unificazione dell’Autoveicolo CEI – Comitato Elettrotecnico Italiano Attività di confronto nazionale delle attività di normazione internazionali (ISO, CEN, GRPE, PLATFORM H2...) 16

17 Comitato centrale tecnico scientifico interministeriale
ATTIVITA’ DI NORMAZIONE E STANDARDIZZAZIONE IN ITALIA SUI VEICOLI AD IDROGENO cont’ Comitato centrale tecnico scientifico interministeriale GRUPPO DI LAVORO IDROGENO: Ministero Interno Ministero Infrastrutture e Trasporti Ministero ambiente Industria Rappresentanti sindacali Università / Enti di ricerca Stesura di un Regolamento per l’omologazione di specifici componenti e di autoveicoli alimentati ad idrogeno gassoso – Circolare Ministeriale 17

18 SPECIFIC REGULATIONS FOR HYDROGEN PROPELLED VEHICLES TYPE APPROVED
ECE-ONU R xxx (GRPE/2003/14-7/03/03) Proposal: Specific components for motor vehicles using liquid hydrogen. Vehicles with regard to the installation of specific component ECE-ONU R yyy (GRPE/Informal doc) Proposal: Specific components for motor vehicles using compressed gaseous hydrogen. ECE-ONU R zzz (Draft regulation) Specific components of fuel cell for vehicles propulsion system Vehicles with regard to the installation of fuel cell … ECE-ONU R 83 (draft amendment) Proposal: for introducing H2 as propulsion fuel (exhaust emission measurements & certification tests) ECE-ONU R 85 (draft amendment) Proposal: for introducing H2 as propulsion fuel (power output ECE-ONU R 101 (draft amendment) Proposal: for introducing H2 as propulsion fuel (fuel consumption and CO2 emission measurements & certification tests) ECE-ONU R 100 (approved 12/02/97) Approval of battery electric vehicles with regard to specific requirements for construction and functional safety Nota: In the Regulation R 83, R 85, R 101 specific amendments are also proposed for introducing hybrid propulsion system certification test. 18

19 STANDARD ISO CONCERNING HYDROGEN VEHICLES
ISO/TR Basic considerations for the safety of hydrogen systems (TC 197) ISO/DIS Liquid hydrogen land vehicle fuel tanks (TC 197) ISO/PWD xxxx.1 Fuel Cell powered road vehicles (TC 22) Safety specification – Vehicle functional safety ISO/PWD xxxx.2 Fuel Cell system integration (TC 22) ISO/PWD xxxx.3 Protection against H2 hazards (TC 22) ISO/PWD xxxx.4 Fuel Cell powered road vehicle (TC 22) Safety specification – Electrical hazards ISO/DIS Filling connectors (250, 350, 500, 700 bar) (TC 197) ISO/DIS : Liquid H2 Land vehicle fuelling system interface (TC197) ISO/CD Gaseous H2 e H2 blends land vehicle fuel tank (TC 58) 19