La Generazione Distribuita (GD) consiste di piccoli impianti di generazione elettrica o di cogenerazione, tipicamente fino ad alcune decine di MW (30-50 MW), localizzate vicino agli utilizzatori come all’interno di un impianto industriale, di un edificio commerciale o residenziale. Gli impianti di GD più diffusi attualmente sono quelli che fanno cogenerazione, ovvero produzione contemporanea di energia elettrica. Questi impianti sono sistemi estremamente compatti la cui capacità oggi va dai 30 kWe ai 200 kWe con rendimenti abbastanza elevati da giustificarne lo sviluppo. Questi rendimenti si ottengono mediante l’utilizzo di scambiatori rigenerativi (recuperatori) che preriscaldano l’aria comburente e riscaldano l’acqua a spese del calore dei gas di scarico del motore primo (a combustione interna o turbogas). Inoltre i gas di scarico o l’acqua calda possono essere utilizzati per alimentare sistemi di condizionamento dell’aria ad assorbimento. Tra le diverse tecnologie degli impianti di cogenerazione si stanno affermando le celle a combustibile il cui principio di funzionamento si basa sull’ossidazione dell’idrogeno, ottenuto da un processo di reforming del gas naturale, che in presenza di un catalizzatore produce corrente elettrica (pila). Quindi si tratta di un processo termico ed elettrochimico con produzione di energia elettrica e calore. Una parte dell’energia termica prodotta dalla pila può essere trasformata a sua volta in energia elettrica mediante una turbina a gas, mentre quella rimanente può essere recuperata da una caldaia per il riscaldamento. Si tratta quindi di un ciclo in cui si accoppia una cella a combustibile con una turbina a gas di dimensioni opportune per ottenere energia elettrica e termica con elevato rendimento complessivo e contemporaneo abbattimento delle emissioni inquinanti in quanto il processo di ossidazione del combustibile avviene a bassa temperatura. La cella a combustibile a carbonati fusi (Molten Carbonate Fuel Cell) è una delle tecnologie promettenti per applicazioni in impianti di piccola-media taglia. Le reazioni elettrochimiche nella pila MCFC comportano la trasformazione in acqua e anidride carbonica dell’idrogeno e dell’ossido di carbonio contenuti nella corrente anodica, con contemporaneo consumo stechiometrico dell’ossigeno contenuto nella corrente catodica e trasferimento dalla corrente catodica a quella anodica di anidride carbonica. La corrente elettrica prodotta è proporzionale al consumo di ossigeno. All’anodo gli ioni CO3– sono forniti dai carbonati allo stato fuso presenti nella matrice elettrolitica. Essi però non vengono consumati poiché la loro produzione al catodo è stechiometricamente uguale al consumo all’anodo, per cui globalmente fungono solo da trasportatori di carica, chiudendo il circuito elettrico. L’Ansaldo Ricerche da anni sta investendo su questa tecnologia e ha già sperimentato uno stack da 100kWe nell’ambito di un progetto di ricerca in collaborazione con ENEL Ricerca e Iberdrola. Attualmente esiste un accordo di collaborazione fra Ansaldo Ricerche, CESI e Bowman per la

realizzazione di un impianto sperimentale da 160kWe in cui verrà accoppiata una pila MCFC ad una microturbina. L’impianto verrà realizzato presso il CESI e consentirà di effettuare prove di verifica delle prestazioni e valutazioni sulle sue possibilità di esercizio. Nell’ambito di questo progetto, nel quale il CESI svolge il ruolo di architetto generale dell’impianto, si è ritenuto importante supportare la fase di progettazione del sistema di controllo e supervisione con lo sviluppo di un modello matematico dinamico in grado di simulare il comportamento del processo nelle varie condizioni di esercizio. Il ruolo di questo simulatore, dato che si tratta di un impianto sperimentale con forte contenuto innovativo, risulta fondamentale per definire le funzioni di controllo e di protezione, nonché le procedure di esercizio. Questo rapporto descrive il modello matematico del cuore dell’impianto che sarà realizzato presso il CESI, ovvero della Compact-Unit (contenente il reformer, la pila a combustibile, il bruciatore catalitico e la soffiante del ricircolo catodico) integrata con una microturbina. Il modello è stato messo a punto con il codice modulare LegoPC di proprietà di CESI. Come viene motivato nel seguito, il modello è stato realizzato in gran parte senza disporre di dati precisi e definitivi sui diversi componenti per cui si prevede una sua revisione nel momento in cui il progetto dell’impianto li metterà a disposizione.