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rapporti - Deliverable

Impianto ibrido SOFC-microturbina a gas da 300 kWe. Risultati preliminari delle prove di accettazione in fabbrica

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Impianto ibrido SOFC-microturbina a gas da 300 kWe. Risultati preliminari delle prove di accettazione in fabbrica

Il sottoprogetto OSSOL si occupa di una parte di attività di ricerca relativa a un impianto sperimentale di celle a combustibile ad ossidi solidi accoppiato con microturbina a gas, che viene sviluppata in un consorzio europeo a cui CESI partecipa. L’elemento fondamentale del progetto dimostrativo è la realizzazione e caratterizzazione di un impianto ibrido pila a combustibile-microturbina a gas capace di generare complessivamente, a partire da gas naturale, una potenza elettrica pari a 300 kWe con efficienza pari al 55%. Il fornitore prescelto, Siemens Westinghouse Power Corporation, è certamente dotato di notevole esperienza nel campo della concezione e della realizzazione di pile a combustibile ad ossidi solidi e di un’adeguata capacità realizzativa. Il presente progetto, tuttavia, presenta caratteristiche di originalità tali da non consentire, se non in piccola parte, l’utilizzo delle esperienze maturate nei progetti precedenti ai fini della sua realizzazione e, in particolare, di un’agevole e puntuale programmazione delle attività. L’aspetto più critico è quello dell’accoppiamento con la microturbina. La soluzione prescelta è stata quella di utilizzare una microturbina monoalbero, con un singolo espansore, derivata dalla TURBEC 100 CHP. Rispetto al modello standard è stata necessaria una completa riprogettazione della macchina per renderla adatta ad operare con il generatore SOFC al posto della camera di combustione e a lavorare con diverse portate di aria/gas. Anche la strategia di controllo è stata completamente ripensata perché la presenza tra compressore ed espansore di un volume non trascurabile (quello contenuto nel vessel pressurizzato) produce effetti di instabilità di funzionamento. Queste specificità hanno comportato ritardi nella consegna della microturbina da parte di ABB e molte difficoltà, dopo l’interfacciamento dei due sistemi, durante il collaudo e il test in fabbrica del sistema ibrido. Da quanto sopra appare chiaro come il progetto SOFC-GT possa essere a tutti gli effetti considerato unico nel suo genere e, pertanto, rende comprensibili le numerose revisioni dei disegni di dettaglio di ciascun componente in corso d’opera ed i conseguenti ritardi finora occorsi. Tali ritardi assommano a circa 1 anno per quanto riguarda il completamento meccanico dell’impianto che è avvenuto a fine 2002. Assai laboriose e difficoltose si sono rivelate anche le fasi di collaudo e di test in fabbrica. La prima ha richiesto circa 3 mesi (contro 1 mese previsto da programma), mentre le prove di accettazione in fabbrica, iniziate il 2 aprile 2003, sono tuttora in corso e la loro conclusione richiederà almeno un altro mese, rispetto ad una durata programmata di 3 settimane (un elenco degli inconvenienti riscontrati e dei ritardi associati è riportato in allegato). Tuttavia nonostante queste difficoltà il progetto sta dimostrando la possibilità di accoppiare una pila a combustibile ad ossidi solidi, in funzionamento pressurizzato, con una microturbina a gas. Al momento, la potenza erogata dal sistema è di circa 190 kWe con un rendimento elettrico di circa il 46% e un rendimento totale superiore al 65%. Come previsto dal programma di prova si continuerà ad incrementare gradualmente la potenza erogata per giungere a stabilire le prestazioni massime del sistema. Da un punto di vista sostanziale si può quindi ritenere che l’obiettivo di accoppiamento cella a combustibile –

microturbina sia stato raggiunto, anche se al momento non si siano ancora raggiunte le condizioni di funzionamento a potenza nominale (300 kW). Rispetto a quanto previsto inizialmente si deve notare che questo progetto non diverrà un prodotto commerciale e non si prevede il trasferimento ad Essen (Germania) per l’esercizio dimostrativo, per cui non saranno disponibili i dati di esercizio compresi quelli relativi al sistema di recupero del calore ed al suo utilizzo per il riscaldamento/raffreddamento centralizzato di un edificio del parco Meteorit, al quale l’impianto doveva essere collegato. Per concludere possiamo affermare che attualmente l’impianto è stato completato, collaudato, avviato, ed è in corso il completamento delle prove di accettazione presso il costruttore, durante le quali si procede alla verifica del suo corretto funzionamento, che consentirà di verificare l’effettivo raggiungimento delle previsioni relative alle potenzialità dell’impianto, specie dal punto di vista della potenza generabile e dell’efficienza termodinamica. Il presente rapporto descrive i meccanismi principali di funzionamento in regime stazionario e durante le fasi di accensione e spegnimento dell’impianto, dopodiché presenta i risultati delle prove di accettazione fino al momento della sua redazione, ed evidenzia le principali cause che hanno determinato i ritardi nel completamento delle prove stesse. Il rapporto qui allegato è stato prodotto da Enel Produzione.

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