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Fonte eolica e vettore idrogeno per comunità isolate sostenibili: modellazione e analisi di un sistema integrato

Informazioni tesi

  Autore: Emanuele Cazzola
  Tipo: Laurea liv.I
  Anno: 2008-09
  Università: Politecnico di Torino
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: ingegneria Energetica
  Relatore: Massimo Santarelli
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 327

Il lavoro tratta di uno studio di fattibilità relativo all’integrazione della fonte eolica insieme al vettore idrogeno per soddisfare un carico utenza in maniera totalmente indipendente dalla rete elettrica esterna (stand-alone) e completamente sostenibile, sia dal punto di vista energetico che ambientale.
La prima parte del lavoro prevede la costruzione di un anno-tipo di ventosità del sito prescelto, discretizzato in valori orari, sulla base di un’analisi statistica, chiamata metodo A.R.M.A., utilizzando un dato numero di valori medi orari degli anni precedenti, nel nostro caso gli ultimi 10 anni.
Il sistema integrato prevede l’utilizzo dei seguenti componenti principali:
• Turbina/e eolica
• Elettrolizzatore/i per la produzione di idrogeno
• Serbatoi di immagazzinamento dell’idrogeno in eccesso
• PEM Fuel Cells per la produzione di energia elettrica nel caso di vento insufficiente, con H2 immagazzinato
• Inverter, controller e convertitori elettrici per seguire l’andamento previsto dal sistema, in quanto i componenti lavorano in corrente continua mentre l’energia elettrica all’utenza viene fornita in corrente alternata al voltaggio nominale
• Batterie di accumulo di energia elettrica, con funzione di “cuscinetto”
• Ausiliari
L’elettrolizzatore è di tipo PEM ed è stato analizzato in base ad un prototipo sperimentale situato all’interno del Dipartimento di Ingegneria Energetica del Politecnico di Torino.
Sono state prese in considerazione diverse configurazioni, tra le quali la possibilità di mettere in parallelo più turbine eoliche della stessa tipologia.
Sono stati studiati due siti, entrambi in Olanda: la città di Eindhoven ed un caso Off-Shore. Come carico utenza è stata considerata una situazione-tipo utilizzando valori medi registrati nella provincia di Vercelli. Questi sono tutti vettori di input e possono essere sostituiti con i valori desiderati per qualsiasi situazione, con il solo vincolo di rispettare le poche condizioni di formattazione digitale dei vettori.
I risultati vengono rilasciati da un programma di calcolo implementato in ambiente Matlab®, composto da due parti principali:
• Utilizzo della toolbox System Identification® per la costruzione dell’anno-tipo di ventosità del sito prescelto
• Programmazione di uno script primario che richiama diversi script secondari con all’interno i modelli dei componenti principali.
I risultati del programma sono principalmente i flussi di massa, i flussi di energia e le ore di lavoro dei componenti principali nelle configurazioni prese in esame. Considerando diversi parametri di progetto, è possibile valutare la soluzione migliore tra quelle proposte. Nel nostro caso, abbiamo considerati i seguenti parametri di scelta:
• Pieno soddisfacimento del carico utenza
• Minimo accumulo di idrogeno alla fine dell’anno di lavoro
• Minimo contenuto necessario di energia negli accumulatori
• Ore di funzionamento di elettrolizzatore e PEMFC
• Breve analisi economica sul costo dell’impianto
Per i dettagli fare riferimento all’elaborato.

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13 Introduzione Indubbiamente le tecnologie di base che verranno illustrate in questo Lavoro di tesi risulteranno essere sicuramente di maggior dominio pubblico rispetto a pochi anni fa, in quanto, soprattutto grazie all’effetto mediatico sostenuto dai mezzi di informazione riguardo ad alcune tipologie di problematiche ambientali, la gente ha incominciato a sentir parlare di tali misure di protezione e di sviluppo della nostra quotidianità in modo costante e quasi ossessivo; non esiste ormai più nessuna testata giornalistica che non abbia mai pubblicato un Lavoro, un articolo o semplicemente una domanda riguardante le fonti alternative per l’Energia. Ovviamente, gli esperti del settore sono attivi già da tempo rispetto l’opinione pubblica, anche se l’impennata effettiva si ha avuto soltanto negli ultimi anni, soprattutto qui in Italia, da quando, cioè, si è incominciato a parlare di incentivi per lo sviluppo e la ricerca, la quale ha dato una forte spinta verso questa direzione. Una delle premesse che è opportuno citare a priori della lettura di questo Lavoro riguarda la particolarità delle sua integrazione: infatti la soluzione proposta non risulta essere assoluta in se stessa, ma preclude un’ampia relatività legata, come molti sanno, all’orografia, la morfologia e la meteorologia di un territorio, la quale deve aderirne nel migliore dei modi come una maglione deve aderire al corpo di una persona che ne desidera l’uso per poter proteggere meglio il suo indossatore. Di conseguenza, la direzione dettata nei prossimi capitoli non deve esser percepita come una negligenza verso altri tipi di soluzioni simili, ma dev’essere vista come un cono di luce diretta verso una soluzione idonea di un sistema praticamente unico nel suo genere. La speranza, comunque, rimane quella di riuscire ad ampliare la nostra veduta cercando di paragonare e confrontare anche soluzioni ipoteticamente alternative, anche se tali considerazioni esulano dal contesto della tesi. Per non cadere nella banalità (troppi articoli sono stati scritti in tutto il mondo riguardo questo tipo di sistema), si è cercato di differenziare il progetto teorico applicandolo direttamente al campo e alla realtà: in questo modo si possono sottolineare aspetti che didatticamente non pervengono nella scelta di un progetto.

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Parole chiave

anno-tipo ventosità
comunità isolate sostenibili
dimensionamento elettrolizzatore pem
dimensionamento pemfc
fonte eolica
processo a.r.m.a.
sistema integrato idrogeno + eolico
studio di fattibilità
vettore idrogeno

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