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Prove funzionali dell’accumulatore di idrogeno ad idruri metallici HS 140. Progettazione e realizzazione dell¿accumulatore HS 3000 previsto per l’accoppiamento con una c

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Prove funzionali dell’accumulatore di idrogeno ad idruri metallici HS 140. Progettazione e realizzazione dell¿accumulatore HS 3000 previsto per l’accoppiamento con una c

In tutti i Paesi industrializzati del mondo sta crescendo rapidamente l’attenzione verso l’uso dell’idrogeno. Tale interesse nasce principalmente dalla volontà di sostituire, entro il prossimo secolo, gran parte dei combustibili fossili con fonti rinnovabili. Come noto gli impianti alimentati da fonte rinnovabile di solito convertono direttamente in energia elettrica l’energia disponibile (sole, vento, acqua fluente), e la produzione di energia elettrica in generale non è modulabile in funzione della richiesta. In vista di una penetrazione massiccia di tali impianti, è necessario già oggi sviluppare sistemi di accumulo di notevoli quantità di energia elettrica, e l’idrogeno viene da tutti considerato come mezzo ideale per realizzare tali sistemi. Nell’ambito dello sviluppo di un impianto prototipo per l’accumulo di energia elettrica mediante idrogeno, una delle attività centrali riguarda l’individuazione dell’accumulatore di idrogeno. Onde evitare i metodi di accumulo che impiegano gas compresso o liquefatto, i primi poco sicuri e i secondi troppo costosi, è stato scelto un metodo di accumulo basato sul fenomeno dell’assorbimento di idrogeno in particolari leghe metalliche con formazione di idruri. Per motivi funzionali, gli accumulatori ad idruri in generale vengono realizzati connettendo in parallelo diverse unità elementari di accumulo, ognuna delle quali ha una capacità di accumulo di qualche Nm3 di idrogeno. Una unità di accumulo è in sostanza un contenitore cilindrico a tenuta, di piccolo volume (attorno al litro), al cui interno si trova l’assorbitore (lega metallica in polvere). Poiché l’assorbimento e il rilascio dell’idrogeno nella lega metallica sono accompagnati rispettivamente da sviluppo e assorbimento di calore, ogni unità di accumulo è dotata di un sistema di raffreddamento/riscaldamento. L’accumulatore previsto per l’inserimento in un impianto prototipo di accumulo di energia elettrica [1] sarà costituito da 3 unità di accumulo, denominate HS-3000, ognuna avente una capacità di circa 3 Nm3 di idrogeno. La capacità complessiva dell’accumulatore sarà quindi di circa 9 Nm3 di idrogeno. Le attività descritte nel presente Rapporto hanno come oggetto la realizzazione di una unità di accumulo HS-3000. Il lavoro svolto può essere riassunto nei seguenti due temi principali: 1. prove funzionali di una piccola unità di accumulo (HS-140), realizzata da CESI dopo l’esito negativo delle prove funzionali di una precedente unità della ditta Labtech [2]; 2. progettazione e realizzazione di una unità HS-3000. 1) – Prove funzionali dell’unità di accumulo HS-140. L’unità di accumulo HS-140, progettata e realizzata da CESI [2], è stata sottoposta a prove funzionali di carica/scarica a partire da gennaio 2001. I risultati delle prove sono stati ampiamente soddisfacenti. Dopo la serie di cicli iniziali, durante i quali sono state variate sia le portate di carica/scarica dell’idrogeno sia la pressione finale di scarico, sono stati fissati i valori di portata (2 Nl/min in scarica ed 8 in carica), e di pressione finale di scarico (1.5 bar abs, come richiesto della cella PEM), con cui eseguire i successivi cicli di carica/scarica. Durante questi test successivi (50 cicli) i volumi di idrogeno scambiati in carica e scarica si sono mantenuti rigorosamente costanti, sia durante la carica che durante la scarica (140 Nlitri). Il sistema di raffreddamento/riscaldamento della polvere si è dimostrato altamente affidabile ed efficiente in entrambe le fasi di riscaldamento (scarico) e di raffreddamento (carico). Non si sono poi riscontrati problemi di fuoriuscita di polvere. 2) – Progettazione e realizzazione di una unità di accumulo HS-3000.

A seguito della buona riuscita delle prove sperimentali dell’unità HS-140, si è deciso di procedere alla progettazione dell’unità HS-3000, mantenendo sostanzialmente i criteri di progetto che hanno condotto alla realizzazione dell’unità HS-140. Durante il dimensionamento pertanto si è cercato di mantenere le proporzioni del precedente sistema di raffreddamento seppur aumentando il fattore di scala applicato ai tubi e alla alettatura longitudinale impiegata. Questa unità, interamente progettata e realizzata da CESI, sarà sottoposta a prove funzionali nel prosieguo del 2001, prima di procedere al suo inserimento all’interno dell’impianto prototipo ed alla realizzazione delle altre 2 unità gemelle. L’unità HS-3000 è costituita essenzialmente da un contenitore cilindrico (lunghezza 1100 mm e diametro esterno 135 mm), al cui interno è situata la polvere metallica (circa 30 kg). Il sistema di raffreddamento/riscaldamento è realizzato, analogamente all’unità HS-140, mediante due tubi ad U (di diverse dimensioni rispetto al primo modello) interni al contenitore, alettati longitudinalmente e immersi nella polvere, nei quali è previsto il transito di acqua a 15°C per il raffreddamento e a 65°C per il riscaldamento. Le caratteristiche principali della nuova unità sono le seguenti: – capacità reale di accumulo: 3000 Nl di idrogeno; – potenza di raffreddamento/riscaldamento dimensionata per una portata di idrogeno in carica/scarica di circa 20 Nl/min; – buona distribuzione della potenza termica all’interno della polvere metallica mediante alette longitudinali in rame; – misura della temperatura della polvere metallica nei punti più critici; – adeguato spessore del materiale poroso che, posto all’interno dell’unità di accumulo, deve impedire la fuoriuscita di polvere metallica.

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