Idrogeno da fonte rinnovabile di grande taglia 14

Idrogeno da fonte rinnovabile di grande taglia (14. 000 MW) ed analisi di sistemi di accumulo fisico e chimico Autori: M. Rivarolo(*), A. F. Massardo(*) Di. MSET, Università di Genova e SIIT Genova, Italia

PROBLEMATICHE FONTI RINNOVABILI -Eolico Disponibilità temporale Variazioni ORARIE -Solare -Idroelettrico Variazioni MENSILI Andamento temporale richiesta elettricità: diagrammi di carico P [MW] PUNTE DI CARICO ECCEDENZE CARICO DI BASE d 0 365 DIAGRAMMA STAGIONALE Accumulo dell’energia in eccedenza DIAGRAMMA GIORNALIERO Per sistemi di grande taglia Idrogeno da elettrolisi dell’H 2 O Milano, 11 luglio 2011

Impianto idroelettrico di Itaipu (14 GW) Al confine tra Paraguay e Brasile è la centrale idroelettrica più grande nel mondo in termini di energia prodotta. Milano, 11 luglio 2011

Diga di Itaipu, dimensioni del bacino • Area • Lunghezza • Larghezza media • Volume max • Acqua spillata (max) 1350 km 2 170 km 7 km 29, 000, 000 m 3 62, 200 m 3/s Milano, 11 luglio 2011

Impianto idroelettrico di Itaipu • 14. 000 MW di potenza installata (20 turbine da 700 MW) • Record di 95. 000 GWh prodotti (2008), 1/3 del fabbisogno italiano • Acqua spillata (62. 000 m 3/s) disponibile per generare H 2

Produzione di energia elettrica ENERGIA PRODOTTA 1. Valore medio (circa 10 GW) variabile di anno in anno 2. Sarebbe divisa a metà, in realtà il Paraguay ne vende una parte al Brasile Milano, 11 luglio 2011

Energia prodotta ed energia spillata ENERGIA SPILLATA • Il suo valore medio varia sensibilmente di anno in anno • Disponibile per produrre H 2 su larga scala L’energia spillata dipende dalla portata d’acqua, quindi varia fortemente con il mese. Milano, 11 luglio 2011

Potenza spillata e richiesta elettrica Variazione oraria nel carico elettrico Potenza spillata variabile col mese Necessità di analisi termo-economica su base annuale Milano, 11 luglio 2011

Codice di calcolo ECo. MP CURVE DI CARICO (CALORE & ELETTRICITA) OTTIMIZZAZIONE LAY OUT ECo. MP CONNESSIONI ALLA RETE SOFTWARE Ottimizzazione Impianti OTTIMIZZAZIONE TAGLIA (Tutti i Componenti) OTTIMIZZAZIONE STRATEGIA SCENARIO ECONOMICO (PREZZI DI VENDITA/ACQUISTO) Milano, 11 luglio 2011

Impianto per produzione e accumulo H 2 Diga di ITAIPU 14. 000 MW Potenza prodotta Potenza spillata Elettrolizzatori (1 MWe) O 2 Stoccaggio H 2 Carico elettrico (PY + BR) H 2 Utenze H 2 Milano, 11 luglio 2011

Analisi ECo. MP impianto H 2 Accumulo fisico in serbatoio ECo. MP software Nei periodi in cui non si ha acqua spillata, La richiesta di H 2 è soddisfatta dal serbatoio. Accumulo fisico alternativo Nei periodi in cui non si ha acqua spillata si sceglie di non vendere energia alla rete per alimentare gli elettrolizzatori. VANTAGGIO: costi capitali serbatoio ridotti • Analisi di un intero anno di funzionamento dell’impianto • Ottimizzazione della taglia del sistema di produzione e confronto delle due tecniche di accumulo Milano, 11 luglio 2011

Produzione e accumulo H 2 (160 MW) Accumulo fisico in serbatoio di grandi dimensioni (70. 000 m 3) Milano, 11 luglio 2011

Produzione e accumulo H 2 (160 MW) Serbatoio ridotto (200 m 3), acquisto di energia dalla rete Milano, 11 luglio 2011

Confronto delle due soluzioni di accumulo Accumulo con rete elettrica Minori costi capitali Soluzione economica ottima Auto a idrogeno alimentate: 15. 000 auto al giorno! Milano, 11 luglio 2011

Influenza del costo delle auto a Idrogeno SENZA AUTO CON AUTO Costo di un’auto a Idrogeno Costo aggiuntivo totale 40. 000 € 600. 000 € Grande influenza Dei costi delle auto Milano, 11 luglio 2011

Difficoltà legate all’Idrogeno ØCosti molto elevati per le auto a Idrogeno ØDifficoltà nello stoccaggio e nel trasporto (idrogenodotti) Ø Mancanza di utilizzi diversificati La trasformazione di H 2 in CH 4 garantisce alcuni vantaggi: ØCosti delle auto a metano paragonabili a quelle a benzina ØPossibilità di adattare le auto a benzina già esistenti ØPossibili altri impieghi del metano ØTrasporto nei metanodotti già esistenti Milano, 11 luglio 2011

Produzione H 2 con accumulo chimico come CH 4 Diga di ITAIPU 14. 000 MW Potenza spillata Potenza prodotta Elettrolizzatori (1 MWe) O 2 Carico elettrico (PY + BR) H 2 CO 2 Metanatori Utenze CH 4 Milano, 11 luglio 2011

Produzione H 2 (160 MW) e accumulo CH 4 Milano, 11 luglio 2011

Influenza del costo delle auto a metano SENZA AUTO CON AUTO Costo di un’auto a CH 4 (adattamento) 1. 000 € Costo aggiuntivo totale 15. 000 € Influenza modesta Dei costi delle auto Milano, 11 luglio 2011

Confronto tra accumulo fisico e chimico Ricavi annuali PBP NPV finale Maggiori con accumulo fisico Ridotto con accumulo chimico Risulta praticamente lo stesso per le due soluzioni Milano, 11 luglio 2011

Conclusioni PRODUZIONE H 2 ØAccumulo fisico non accettabile, costi del serbatoio troppo elevati ØLa soluzione migliore è acquistare energia dalla rete e installare al limite un serbatoio di piccole dimensioni. ØI tempi di ritorno sono fortemente influenzati dai costi elevati delle auto. PRODUZIONE CH 4 ØStoccaggio chimico, H 2 trasformato in CH 4, di più facile trasporto e utilizzo ØCosti delle auto molto ridotti rispetto al caso precedente ØTempi di ritorno di circa 10 anni ØProduzione di metano “pulito”, perché è stato prodotto sequestrando CO 2 Dove prelevare la CO 2? Costo o benefit? Milano, 11 luglio 2011

Diga di ITAIPU 14. 000 MW Sviluppi futuri Potenza spillata Potenza prodotta Elettrolizzatori (1 MWe) Carico elettrico (PY + BR) O 2 H 2 Syngas Mix gas Metanatori Gassificatore Biomasse Utenze CH 4 Milano, 11 luglio 2011

Idrogeno da fonte rinnovabile di grande taglia (14. 000 MW) ed analisi di sistemi di accumulo fisico e chimico Autori: M. Rivarolo(*), A. F. Massardo(*) Di. MSET, University of Genova and SIIT Genova, Italy