L’approccio di una utility alle tecnologie
dell’idrogeno: l’esperienza di Edison
Giugno 2004
Giugno 2004
La R&D di Edison attualmente è
focalizzata
su: energetica tutte le
Per una utility
aree•generazione
sono potenzialmente
di per
di idrogeno
interesse,
un peso
mezzopur
delcon
reforming
del gas
relativo
che deve tenere conto
naturale;
anche
delle particolarità
•utilizzo
dell’idrogenodello
per la
scenario
energetico
nazionale.
generazione
distribuita
di e.e.
tramite celle a combustibile
ad alta efficienza.
Source: Vision Report of European High Level Group, July 2003
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La focalizzazione sul tema del reforming del gas
naturale è coerente con quanto è previsto per il
breve-medio periodo dagli scenari di sviluppo
tecnologico condivisi a livello internazionale.
Inoltre, le stesse tecnologie di fuel processing
opportunamente sviluppate e abbinate a futuri
sistemi per la carbon sequestration, potranno
vantaggiosamente applicarsi in tempi più lunghi
anche ad altri combustibili fossili.
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Source: Vision Report of European High Level Group, July 2003
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Source: DOE Hydrogen Posture Plan
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Source: DOE Hydrogen, Fuel Cells & Infrastructure Technologies Program
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The Institute of Applied Energy
K. Fukuda*, O. Kobayashi, K. Ogata
Source: A Hydrogen Introduction Scenario in Japan
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The Institute of Applied Energy
K. Fukuda*, O. Kobayashi, K. Ogata
Source: A Hydrogen Introduction Scenario in Japan
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Giugno 2004
Tutti gli scenari considerati prevedono tempi lunghi prima che si arrivi ad
una economia orientata all’idrogeno e sul percorso sono distribuite
numerose milestone tecnologiche, il cui raggiungimento richiede il
successo di attività anche di ricerca fondamentale e non solo migliorativa.
Esiste un significativo rischio tecnologico.
Inoltre, le sfide tecnologiche sono distribuite su numerosi settori e in
ciascuno di essi si dovranno realizzare le condizioni per arrivare al
mercato attraverso onerosissime fasi di sviluppo e dimostrazione.
Complessivamente dunque una grande sfida ed opportunità ma anche
una enorme massa di investimenti in ricerca,sviluppo ed innovazione.
Occorre un mucchio di soldi.
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Principali programmi di supporto allo sviluppo
USA: gennaio 2003 George W. Bush propone di stanziare 1,2 miliardi di dollari
per i prossimi cinque anni “perché l’America possa diventare leader mondiale
nello sviluppo di auto pulite alimentate ad idrogeno”. (programmi FreedomFuel
e FreedomCar)
Europa: il Sesto Programma Quadro prevede un budget di 810 milioni di euro
nel periodo dal 2003 al 2006 per progetti che riguardano “sistemi energetici
sostenibili”, tra cui troveranno spazio anche progetti su idrogeno e celle a
combustibile.
Giappone: ha avviato nel 93 il programma WE-NET con un budget
complessivo di 2 miliardi di dollari per il periodo fino al 2020.
COMPLESSIVAMENTE CIRCA 500 M€ ALL’ANNO
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Si tratta di cifre importanti a cui si sommano gli
interventi a livello nazionale.
Peraltro il mondo dell’energia è caratterizzato da cicli
d’innovazione lunghi (la prima turbina a gas, da 4
MW e con un’efficienza del 17 %, entrò in esercizio
commerciale a Neuchâtel nel 1939) e da investimenti
imponenti.
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Come è successo per le turbine, così per lo sviluppo delle tecnologie
dell’idrogeno ed in particolare per lo sviluppo delle celle a combustibile
sono indispensabili:
•
il supporto pubblico alla ricerca (dal 1940 ad oggi il governo USA ha
sovvenzionato per 13 miliardi di dollari la ricerca sulle turbine e
tuttora la sovvenziona per circa 400 milioni di dollari l’anno);
•
un’applicazione trainante che generi ricadute tecnologiche
sull’applicazione stazionaria (l’aviazione per le turbine, i veicoli per le
celle?);
•
certezza circa disponibilità e prezzo del combustibile di eccellenza.
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La sfida è ancora più difficile perché in competizione con
tecnologie molto performanti, anche dal punto di vista
ambientale.
Maquette della centrale di Simeri Crichi (Catanzaro)
800 MW , efficienza elettrica del 56 %, investimento 330 M€
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Giugno 2004
Seppure lo sviluppo delle tecnologie non sia tipicamente
competenza delle utility, esse possono svolgere un ruolo
molto importante. In particolare possono rendere disponibili
le loro competenze specifiche dando supporto all’industria
manifatturiera nella valutazione dei fattori trainanti, degli
elementi di rischio ed in generale nell’individuare gli
indirizzi di sviluppo con maggiore potenzialità di successo.
D’altra parte per l’utility è importante mantenere un livello
alto di conoscenza dello stato dell’arte delle tecnologie in
sviluppo in un’ottica competitiva e non puramente
difensiva.
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A questo scopo nella fase attuale dello sviluppo la Ricerca
di Edison ha scelto di svolgere un programma di
caratterizzazione di tecnologie sulle due aree di interesse:
•Reforming del gas naturale;
•Generazione di e.e. tramite fuel cell.
Mentre sul primo tema siamo in fase di definizione dei
programmi specifici che intendiamo attivare dal prossimo
anno, sul tema delle celle abbiamo in realizzazione, presso
il nostro centro ricerche di Trofarello, un laboratorio di test
dedicato.
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Il laboratorio opererà su fuel cell sia a bassa che ad alta
temperatura e valuterà sia celle sia sistemi completi.
L’interesse di Edison è focalizzato essenzialmente sui sistemi
di celle ad alta efficienza e cogenerativi e quindi ad alta
temperatura.
La realizzazione del laboratorio è stata supportata dalla
Regione Piemonte e dal Ministero Ambiente.
La collaborazione con gli altri operatori dello sviluppo sarà
perseguita da Edison come strumento per massimizzare
l’efficacia dell’iniziativa.
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Nuovo laboratorio idrogeno
Tre stazioni di test all’interno del laboratorio di cui
due per celle singole e stack PEM o SOFC ed una
per sistemi fino a 5 kWe.
Una stazione di test esterna per sistemi ad alta
temperatura con alimentazione a gas naturale e
carico in isola.
Stazione A
Stazione B
Elettrolizzatore
Stazione C
Carichi elettronici
Alimentazione idrogeno sia da elettrolizzatore (fino
a 6 Nmc/ora) sia da bombolaio
Sistema centralizzato per la gestione
automatizzata dei protocolli di prova e di raccolta
dati.
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Stazione di test per celle e stack PEM e SOFC
Corrente : 100A
Tensione : 12V
Potenza : 100-200W
Flusso H2 fino 1,5 volte stechiometrico
Flusso O2/aria fino a 3 volte
stechiometrico
Nel caso di celle SOFC le stazione
prevede un forno per il mantenimento
delle temperature di funzionamento.
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Sistema PEM –Avista Labs 1000
Output: 1kW, 48 V DC
Condizioni operative: da 0 °C a 50 °C
Pressione di funzionamento: 1,7 – 6,9 bar
Start-up:
50 % della potenza istantaneo
100 % della potenza in meno di 5 minuti a 25 °C
Consumi:
15 litri/min. a 1000 W
Dimensioni: 44 x 70 x 52 cm
Peso: 69 kg
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Giugno 2004
Sistema PEM –Avista Labs 500
Output: 500 W, 12/24/48/125 V DC
Condizioni operative: da 0 °C a 45 °C
Pressione di funzionamento: 0,28 – 0,41 bar
Start-up:
50 % della potenza in meno di 1 minuto a 25 °C
100 % della potenza in meno di 2 minuti a 25 °C
Consumi:
9 litri/min. a 500 W
5,5 litri/min. a 250 W
Dimensioni: 43 x 45 x 47 cm
Peso: 35,4 kg
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Giugno 2004
Sistema PEM –Nexa Ballard
Potenza:
1,2 kW elettrici
Tensione di uscita: 26 V DC
Condizioni operative: da 3°C a 30°C
Pressione di funzionamento:
0,68  1,7 bar
Consumi:
33 l/min
Dimensioni:
56 x 25 x 33 cm
Peso:
13 kg
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Giugno 2004
Sistema SOFC –RP-SOFC-5000 Acumentrics
Potenza:
5 kW elettrici
2 kW termici
Tensione di uscita: 120/240 VAC
Condizioni operative: da -30°C a 50°C
Combustibile:
Gas naturale
Pressione di funzionamento:
0,017  0,035 bar
Start-up:
1030 minuti
Consumi:
1.5 mc/h
Dimensioni:
1,8 x 1 x 1,6h m
Peso:
550 kg
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