Conclusioni
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CONCLUSIONI
Un modello di simulazione del sistema RCU-4500 è stato sviluppato al fine di studiare le problematiche legate all’utilizzo di questi sistemi nella generazione distribuita.
I principali componenti del sistema sono stati trattati come reattori CSTR (Continous- Stirred-Tank Reactor) e descritti attraverso la formulazione di bilanci di massa ed energia in transitorio. Inoltre, negli elementi oggetto di importanti reazioni chimiche è stato accoppiato un modello in grado di descrivere la dinamica del fluido uscente dal reattore.
Per la sezione elettrochimica, è stato utilizzato un modello semplificato presente in letteratura, ed opportunamente adottato al sistema RCU-4500 modificando i valori di alcuni parametri empirici del modello sulla base dei dati sperimentali disponibili.
Le formulazioni di ogni componente sono state implementate ed integrate nel software di simulazione Matlab/Simulink®; il sistema è stato quindi stabilizzato introducendo un regolatore on/off al bruciatore e alcune ipotesi semplificative del complesso sistema di regolazione della macchina.
La validazione del modello è stata eseguita con successo utilizzando test sperimentali sia in regime stazionario che in regime dinamico; la simulazione ha fornito risultati soddisfacenti della potenza elettrica generata, molti simili alle prove sperimentali, sia nella fase stazionaria (non perturbata) sia in risposta ad un rampa di gas naturale in alimentazione.
Ulteriori simulazioni, per un preliminare studio di sistema, hanno mostrato che, rispetto a variazioni ideali della portata di alimentazione, il sistema di generazione dell’energia elettrica ha tempi di assestamento di 70-100 secondi. È quindi spiegata la necessità di questi impianti di essere direttamente collegati ad una batteria tampone e/o alla rete elettrica per rispondere a repentini cambiamenti del carico. Il sistema è comunque in grado di mantenere il contenuto di CO, nel gas in ingresso alla cella, a valori inferiori rispetto al limite di 10 ppm; questo è stato dimostrato riproducendo nel simulatore dinamico alcuni tipi di disturbi.
Le simulazioni hanno confermato che il componente che influenza maggiormente la dinamica del sistema è il reformer ed in esso, particolarmente importante, è il controllo della temperatura. Se la temperatura del reformer diminuisce a valori inferiori a 1000 K, l’efficienza di conversione del reattore, e di conseguenza anche il rendimento dell’impianto, decrescono rapidamente.
Conclusioni
129 Possibili miglioramenti del modello possono essere effettuati considerando anche l’influenza della fluidodinamica sui coefficienti di scambio termico convettivi e l’introduzione di modelli più precisi per la descrizione dei componenti, come ad esempio Plug-Flow-Reactor (PFR) o CSTR in serie. L’implementazione di tali migliorie è subordinato alla possibilità di ottenere in futuro informazioni dettagliate sulle caratteristiche geometriche dei vari elementi dell’impianto e all’utilizzo del simulatore dinamico in computer a maggiore capacità e velocità di calcolo.
Il modello si presta inoltre ad un eventuale completamento per lo studio in anello chiuso, attraverso la modellazione e l’integrazione della batteria e del sistema di regolazione;
anche questo ultimo, soggetto alla richiesta di ulteriori indicazioni sulla logica di regolazione. Con alcuni accorgimenti è possibile inoltre completare ed ottimizzare la linea di produzione di energia termica utile.
