1 Panoramica sull’Idrogeno 10

(1)

Indice

Introduzione 8

1 Panoramica sull’Idrogeno 10

1.1 La combustione . . . 13

1.2 Pregi e difetti . . . 17

1.3 Usi Attuali . . . 20

1.4 Panoramica sui consumi Energetici . . . 22

2 Tecniche di Produzione 24 2.1 Steam Reforming (SMR) . . . 25

2.2 Gassificazione del Carbone . . . 30

2.3 Gassificazione e pirolisi delle biomasse . . . 34

2.4 Dissociazione Termica . . . 38

2.4.1 Termolisi dell’acqua . . . 39

2.4.2 Termolisi dell’Acido Solfidrico . . . 40

2.5 Elettrolisi dell’Acqua . . . 42

2.5.1 Elettrolisi ad Alta Temperatura (HTE) . . . 47

2.6 Idrogeno Biologico . . . 49

4

(2)

INDICE 5

3 Stoccaggio e Trasporto 54

3.1 Lo Stoccaggio . . . 55

3.1.1 Liquefazione . . . 55

3.1.2 Compressione . . . 61

3.1.3 Idruri Metallici (assorbitori di H

2

) . . . 67

3.2 Il Trasporto . . . 71

3.2.1 Idrogeno Compresso e Liquefatto . . . 72

3.2.2 I Gasdotti . . . 74

3.2.3 Scelta dei sistemi di trasporto . . . 77

4 Il Nuovo Ciclo Rankine 78 4.1 Introduzione . . . 78

4.2 Layout Impiantistico . . . 79

4.3 Descrizione del Funzionamento . . . 84

4.4 Considerazioni Preliminari . . . 87

4.5 Le ipotesi . . . 89

4.6 Osservazioni sulle Ipotesi . . . 90

4.7 Osservazione sulla Combustione . . . 92

4.8 Il Calcolo a Regime Nominale . . . 96

5 Il modello dell’impianto 104 5.1 I Combustori . . . 105

5.1.1 Equazioni di Bilancio Energetico . . . 107

5.2 Le Turbine . . . 112

5.2.1 Equazione Integrale . . . 113

5.2.2 La Turbina HHT . . . 116

5.2.3 La turbina HIT . . . 121

5.2.4 La turbina LT . . . 125

(3)

INDICE 6

5.2.5 La turbina HT . . . 128

5.3 Gli Scambiatori di Calore . . . 132

5.3.1 Il Coefficiente Globale di Scambio Termico . . . 139

5.3.2 Il Recuperatore . . . 140

5.3.3 Lo Scambiatore HRBL . . . 145

5.3.4 Lo Scambiatore RHE . . . 147

5.3.5 Il Condensatore . . . 148

5.4 Le Pompe . . . 150

5.4.1 La Pompa BFP . . . 150

5.4.2 La Pompa CP . . . 153

5.4.3 La Pompa SEP . . . 154

5.5 I Compressori . . . 157

5.6 I Servizi Ausiliari (S.A.) . . . 161

6 Descrizione e Risultati della Simulazione 164 6.1 Il Pannello di Controllo . . . 165

6.2 Diagramma a Blocchi . . . 172

6.3 I Risultati della Simulazione . . . 174

6.4 Conclusioni ed Osservazioni sui Risultati . . . 183

6.4.1 L’Analisi condotta dalla TOSHIBA . . . 184

7 Bilancio Energetico 188 7.1 Combustori . . . 189

7.2 Turbine . . . 190

7.3 Gli Scambiatori di Calore . . . 193

7.4 I Moto-Compressori . . . 196

7.5 Le Pompe . . . 198

7.6 L’Alternatore . . . 199

(4)

INDICE 7

7.7 Potenze Nominali e Flussi di Potenza . . . 199

8 Possibilit` a di una concreta realizzazione 202 8.1 Il Combustibile ed il Comburente . . . 203

8.1.1 Il Compito dei Separatori d’Aria . . . 205

8.2 Sistema di Refrigerazione delle Turbine . . . 209

8.3 La Turbina a Gas/Vapore . . . 211

8.4 L’impianto in scala ridotta . . . 221

8.4.1 Caratteristiche Nominali del N.R.C. Ridotto . . . 225

9 Confronto con le Celle a Combustibile 226 10 Una possibile collocazione del N.R.C. 230 10.1 Impianto Nucleare - N.R.C. . . 232

1 Panoramica sull’Idrogeno 10

Indice

Introduzione 8

1 Panoramica sull’Idrogeno 10

1.1 La combustione . . . 13

1.2 Pregi e difetti . . . 17

1.3 Usi Attuali . . . 20

1.4 Panoramica sui consumi Energetici . . . 22

2 Tecniche di Produzione 24 2.1 Steam Reforming (SMR) . . . 25

2.2 Gassificazione del Carbone . . . 30

2.3 Gassificazione e pirolisi delle biomasse . . . 34

2.4 Dissociazione Termica . . . 38

2.4.1 Termolisi dell’acqua . . . 39

2.4.2 Termolisi dell’Acido Solfidrico . . . 40

2.5 Elettrolisi dell’Acqua . . . 42

2.5.1 Elettrolisi ad Alta Temperatura (HTE) . . . 47

2.6 Idrogeno Biologico . . . 49

4

INDICE 5

3 Stoccaggio e Trasporto 54

3.1 Lo Stoccaggio . . . 55

3.1.1 Liquefazione . . . 55

3.1.2 Compressione . . . 61

3.1.3 Idruri Metallici (assorbitori di H

) . . . 67

3.2 Il Trasporto . . . 71

3.2.1 Idrogeno Compresso e Liquefatto . . . 72

3.2.2 I Gasdotti . . . 74

3.2.3 Scelta dei sistemi di trasporto . . . 77

4 Il Nuovo Ciclo Rankine 78 4.1 Introduzione . . . 78

4.2 Layout Impiantistico . . . 79

4.3 Descrizione del Funzionamento . . . 84

4.4 Considerazioni Preliminari . . . 87

4.5 Le ipotesi . . . 89

4.6 Osservazioni sulle Ipotesi . . . 90

4.7 Osservazione sulla Combustione . . . 92

4.8 Il Calcolo a Regime Nominale . . . 96

5 Il modello dell’impianto 104 5.1 I Combustori . . . 105

5.1.1 Equazioni di Bilancio Energetico . . . 107

5.2 Le Turbine . . . 112

5.2.1 Equazione Integrale . . . 113

5.2.2 La Turbina HHT . . . 116

5.2.3 La turbina HIT . . . 121

5.2.4 La turbina LT . . . 125

INDICE 6

5.2.5 La turbina HT . . . 128

5.3 Gli Scambiatori di Calore . . . 132

5.3.1 Il Coefficiente Globale di Scambio Termico . . . 139

5.3.2 Il Recuperatore . . . 140

5.3.3 Lo Scambiatore HRBL . . . 145

5.3.4 Lo Scambiatore RHE . . . 147

5.3.5 Il Condensatore . . . 148

5.4 Le Pompe . . . 150

5.4.1 La Pompa BFP . . . 150

5.4.2 La Pompa CP . . . 153

5.4.3 La Pompa SEP . . . 154

5.5 I Compressori . . . 157

5.6 I Servizi Ausiliari (S.A.) . . . 161

6 Descrizione e Risultati della Simulazione 164 6.1 Il Pannello di Controllo . . . 165

6.2 Diagramma a Blocchi . . . 172

6.3 I Risultati della Simulazione . . . 174

6.4 Conclusioni ed Osservazioni sui Risultati . . . 183

6.4.1 L’Analisi condotta dalla TOSHIBA . . . 184

7 Bilancio Energetico 188 7.1 Combustori . . . 189

7.2 Turbine . . . 190

7.3 Gli Scambiatori di Calore . . . 193

7.4 I Moto-Compressori . . . 196

7.5 Le Pompe . . . 198

7.6 L’Alternatore . . . 199

INDICE 7

7.7 Potenze Nominali e Flussi di Potenza . . . 199

8 Possibilit` a di una concreta realizzazione 202 8.1 Il Combustibile ed il Comburente . . . 203

8.1.1 Il Compito dei Separatori d’Aria . . . 205

8.2 Sistema di Refrigerazione delle Turbine . . . 209

8.3 La Turbina a Gas/Vapore . . . 211

8.4 L’impianto in scala ridotta . . . 221

8.4.1 Caratteristiche Nominali del N.R.C. Ridotto . . . 225

9 Confronto con le Celle a Combustibile 226 10 Una possibile collocazione del N.R.C. 230 10.1 Impianto Nucleare - N.R.C. . . 232

Conclusioni 238

Appendici 241