La batteria in accoppiamento agli AEL con potenza nominale minore rispetto alla potenza nominale della turbina eolica ha mostrato livelli di SOC medi molto elevati che rappresentano un mancato sfruttamento dell’energia accumulata. Per quanto riguarda gli AEL con potenza nominale maggiore o uguale a 1500 kW in accoppiamento con un accumulatore elettrochimico di capacità pari a 2 ∙ 106 kJ
riescono a produrre una potenza media circa simile alla potenza media annuale generata dalla turbina eolica pari a 937 kW e a ridurre quasi del tutto il rapporto tra l’energia inutilizzata dal sistema ed utilizzata dall’alcalino.
L’analisi dei risultati delle diverse logiche di gestione ha mostrato che la logica a potenza media (B) assume il miglior comportamento, infatti nei momenti in cui la potenza della turbina è minore rispetto a quella media generata annualmente, l’accumulatore elettrochimico permette all’AEL di spingere il suo funzionamento vicino alle soglie di potenza media della turbina grazie all’utilizzo dell’energia accumulata, minimizzando le perdite energetiche del sistema.
La prima analisi economica relativa all’LCOH ha mostrato che per produrre idrogeno da fonte eolica conviene utilizzare un elettrolizzatore di taglia uguale alla potenza nominale della turbina eolica, riducendo al minimo la capacità della batteria, tuttavia la percentuale di costo della turbina rappresenta il 63,96% dell’LCOH. Invece, considerando l’aggiunta di un AEL di 1000 kW in accoppiamento alla minore capacità della batteria in un impianto eolico già in funzione, si ottiene una riduzione dell’LCOH, pari a 3,55 €/kg.
Infine, il confronto dei risultati tra dati di vento sintetici e reali ha mostrato che le curve ottenute con i dati di vento reali per gli AEL con potenza nominale maggiore o uguale alla potenza nominale della turbina, a basse capacità di accumulo della batteria, riducono maggiormente le perdite energetiche del sistema. Questo è dovuto alla non correlazione dei dati sintetici di velocità del vento che influiscono maggiormente su una capacità ridotta dell’accumulatore, generando elevate variazioni della logica di gestione e maggiori cicli equivalenti della batteria.
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INDICE DELLE FIGURE
Figura 2.1 Richiesta energetica di un processo ideale di elettrolisi in funzione della
temperatura ... 7
Figura 2.2 Andamento della densità di corrente in funzione della tensione di cella ... 7
Figura 2.3 Efficienza e intervalli operativi di AEL, PEMEL e SOEL ...13
Figura 2.4 Installazioni di impianti PtG-PtL per elettrolisi ...14
Figura 3.1 Dati della velocità del vento...16
Figura 3.2 Distribuzione della velocità ...17
Figura 3.3 Curve fitting della potenza eolica (P_t [kW] e V [m/s])...19
Figura 3.4 Distribuzione della potenza eolica ...20
Figura 3.5 Circuito elettrico di una batteria agli ioni di litio ...22
Figura 3.6 Corrente massima di scarica, a sinistra (a) e corrente massima di carica, a destra (b) ...23
Figura 3.7 Efficienza di scarica e carica della batteria in funzione di SOC ...23
Figura 3.8 Inefficienza del sistema al variare del carico dell’elettrolizzatore ...28
Figura 4.1 Stato di carica medio dell’accumulatore elettrochimico ...34
Figura 4.2 Deviazione standard SOC ...35
Figura 4.3 Numero di scariche della batteria ...36
Figura 4.4 Numero dei cicli equivalenti del sistema di accumulo ...37
Figura 4.5 Battery Capacity factor ...38
Figura 4.6 Potenze medie degli elettrolizzatori ...39
Figura 4.7 Rapporto tra potenza media e massima degli elettrolizzatori ...40
Figura 4.8 Capacity factor degli elettrolizzatori ...40
Figura 4.9 Potenza media operativa degli elettrolizzatori ...41
Figura 4.10 Rapporto tra la potenza media operativa e quella massima dell’elettrolizzatore ...42
Figura 4.11 Rapporto tra energia inutilizzata e utilizzata dagli elettrolizzatori ...43
Figura 4.12 Media della differenza in valore assoluto tra la potenza dell’elettrolizzatore ad ogni time step e la potenza media della turbina ...44
90
Figura 4.13 Media del valore assoluto della differenza tra le potenze vs rapporto tra
l’energia inutilizzata dal sistema ed utilizzata dall’AEL ...45
Figura 4.14 Produzione annuale di idrogeno ...46
Figura 5.1 Funzionamento della logica A a potenze basse ...50
Figura 5.2 Funzionamento della logica B a potenza media ...53
Figura 5.3 Funzionamento della logica a potenza progressiva ...55
Figura 5.4 SOC medio delle logiche di gestione (in alto a sinistra (logica A), in alto a destra (logica B), in basso (logica C)) ...56
Figura 5.5 Deviazione standard SOC (in alto a sinistra (logica A), in alto a destra (logica B), in basso (logica C)) ...57
Figura 5.6 Cicli equivalenti della batteria (in alto a sinistra (logica A), in alto a destra (logica B), in basso (logica C)) ...58
Figura 5.7 Potenza media degli elettrolizzatori con esclusione dei valori nulli (in alto a sinistra (a), in alto a destra (b), in basso (c)) ...59
Figura 5.8 Media del valore assoluto della differenza tra le potenze in funzione del rapporto tra le energie (in alto a sinistra (logica A), in alto a destra (logica B), in basso (logica C)) ...60
Figura 5.9 Funzionamento delle logiche di gestione (logica A (blu), logica B (rosso), logica C (verde), prima logica nero (nero)) ...61
Figura 6.1 LCOH dovuto al costo della turbina ...67
Figura 6.2 LCOH dovuto al costo di batteria (sinistra) ed elettrolizzatore (destra) ...67
Figura 6.3 LCOH ...68
Figura 6.4 LCOH (costo minimo) ...69
Figura 6.5 Andamento del LCOH dovuto al costo della batteria ...69
Figura 6.6 LCOH dovuto al costo della turbina eolica ...70
Figura 6.7 Percentuale di costo dei dispositivi del sistema ...71
Figura 6.8 LCOH enel (costo di produzione dell’idrogeno considerando l’acquisto di energia elettrica dalla rete) ...72
Figura 7.1 Sequenza temporale dei dati di vento (sinistra) e distribuzione di velocità (destra) ...75
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Figura 7.3 Numero dei cicli equivalenti e SOC medio delle diverse Weibull ...76 Figura 7.4 Potenza media degli elettrolizzatori delle diverse Weibull ...77 Figura 7.5 Rapporto di energia per le sequenze di vento sintetiche...77 Figura 7.6 Confronto del numero di scariche della batteria (Dati di vento sintetici (linee tratteggiate), Dati di vento reali (linee continue)) ...78 Figura 7.7 Confronto del numero dei cicli equivalenti della batteria (Dati di vento sintetici (linee tratteggiate), Dati di vento reali (linee continue)) ...79 Figura 7.8 Confronto della deviazione standard SOC (Dati di vento sintetici (linee tratteggiate), Dati di vento reali (linee continue)) ...80 Figura 7.9 Confronto dell’SOC medio (Dati di vento sintetici (linee tratteggiate), Dati di vento reali (linee continue)) ...81 Figura 7.10 Confronto della potenza media operativa degli elettrolizzatori (Dati di vento sintetici (linee tratteggiate), Dati di vento reali (linee continue)) ...82 Figura 7.11 Confronto della potenza media degli elettrolizzatori (Dati di vento sintetici (linee tratteggiate), Dati di vento reali (linee continue)) ...83 Figura 7.12 Confronto del rapporto tra la potenza media e massima dell’elettrolizzatore (Dati di vento sintetici (linee tratteggiate), Dati di vento reali (linee continue)) ...84 Figura 7.13 Confronto del rapporto tra le potenze con l’esclusione dei valori nulli (Dati di vento sintetici (linee tratteggiate), Dati di vento reali (linee continue)) ...85 Figura 7.14 Confronto del rapporto tra l’energia inutilizzata ed utilizzata dall’elettrolizzatore (Dati di vento sintetici (linee tratteggiate), Dati di vento reali (linee continue)) ...86 Figura 7.15 Confronto della produzione di idrogeno (Dati di vento sintetici (linee tratteggiate), Dati di vento reali (linee continue)) ...87
92
INDICE DELLE TABELLE
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