Il progetto di ricerca copre tutta la filiera che va dalla previsione dei fabbisogni elettrici e termici di utenze residenziali, al progetto di sistemi di micro-cogenerazione che utilizzano micro-cogeneratori basati su tecnologie innovative, fino all’individuazione delle strategie ottimali per la gestione e il controllo dei sistemi di micro-cogenerazione stessi. In particolare, gli obiettivi del progetto di ricerca sono: (i) Sviluppare metodologie per la previsione dei fabbisogni elettrici e termici di utenze residenziali, al fine di determinarne i profili di consumo energetico nel tempo, per fornire i dati necessari al progetto dei sistemi di micro-cogenerazione distribuita. (ii) Studiare, sviluppare e sperimentare sistemi micro-cogenerativi che nel breve-medio periodo potrebbero avere un notevole sviluppo per applicazioni di taglia anche mono-utenza: (i) i sistemi termofotovoltaici (TPV) che utilizzano l’energia irraggiata da bruciatori di caldaie domestiche e (ii) le celle a combustibile PEM. Per quanto riguarda i sistemi TPV verrà in particolare realizzato un apparato di prova per valutare sperimentalmente le potenzialità dei sistemi termofotovoltaici e, in particolare, i miglioramenti ottenibili sostituendo componenti standard con componenti innovativi (quali, principalmente, emettitori selettivi, filtri infrarossi e celle fotovoltaiche al germanio). Per quanto riguarda le celle a combustibile PEM, verrà sviluppato un “fuel processor” innovativo basato su reformer a membrana, da alimentare a gas naturale, capace di generare un flusso di idrogeno puro, idoneo per alimentare le celle a combustibile PEM. Tale reattore a membrana è un sistema statico che consente la contemporanea produzione e purificazione dell’idrogeno, introducendo una notevole semplificazione rispetto ai sistemi tradizionali basati su reattori a reforming o ossidazione parziale. (iii) Sviluppare un sistema di gestione delle risorse distribuite di microreti residenziali, sia nella condizione di funzionamento in cui la microrete in bassa tensione sia connessa alla rete di distribuzione pubblica, sia nella condizione di funzionamento in isola di carico. Le microreti saranno, in particolare, costituite da varie unità di micro-cogenerazione di tipo innovativo, quali celle a combustibile PEM e sistemi TPV, che producono in corrente continua e sono connesse singolarmente alla rete elettrica mediante inverter a controllo di corrente, e un sistema di accumulo elettrochimico, connesso invece alla rete elettrica tramite un convertitore elettronico bidirezionale a tensione impressa.

PRIN - COGENERAZIONE DISTRIBUITA PER APPLICAZIONI CIVILI-RESIDENZIALI: SVILUPPO E SPERIMENTAZIONE DI MICRO-COGENERATORI BASATI SU TECNOLOGIE INNOVATIVE E DI UNA METODOLOGIA INTEGRATA PER LA PREVISIONE DEL FABBISOGNO ENERGETICO, IL DIMENSIONAMENTO E LA GESTIONE OTTIMIZZATA DEI MICRO-COGENERATORI.

SPINA, Pier Ruggero
2007

Abstract

Il progetto di ricerca copre tutta la filiera che va dalla previsione dei fabbisogni elettrici e termici di utenze residenziali, al progetto di sistemi di micro-cogenerazione che utilizzano micro-cogeneratori basati su tecnologie innovative, fino all’individuazione delle strategie ottimali per la gestione e il controllo dei sistemi di micro-cogenerazione stessi. In particolare, gli obiettivi del progetto di ricerca sono: (i) Sviluppare metodologie per la previsione dei fabbisogni elettrici e termici di utenze residenziali, al fine di determinarne i profili di consumo energetico nel tempo, per fornire i dati necessari al progetto dei sistemi di micro-cogenerazione distribuita. (ii) Studiare, sviluppare e sperimentare sistemi micro-cogenerativi che nel breve-medio periodo potrebbero avere un notevole sviluppo per applicazioni di taglia anche mono-utenza: (i) i sistemi termofotovoltaici (TPV) che utilizzano l’energia irraggiata da bruciatori di caldaie domestiche e (ii) le celle a combustibile PEM. Per quanto riguarda i sistemi TPV verrà in particolare realizzato un apparato di prova per valutare sperimentalmente le potenzialità dei sistemi termofotovoltaici e, in particolare, i miglioramenti ottenibili sostituendo componenti standard con componenti innovativi (quali, principalmente, emettitori selettivi, filtri infrarossi e celle fotovoltaiche al germanio). Per quanto riguarda le celle a combustibile PEM, verrà sviluppato un “fuel processor” innovativo basato su reformer a membrana, da alimentare a gas naturale, capace di generare un flusso di idrogeno puro, idoneo per alimentare le celle a combustibile PEM. Tale reattore a membrana è un sistema statico che consente la contemporanea produzione e purificazione dell’idrogeno, introducendo una notevole semplificazione rispetto ai sistemi tradizionali basati su reattori a reforming o ossidazione parziale. (iii) Sviluppare un sistema di gestione delle risorse distribuite di microreti residenziali, sia nella condizione di funzionamento in cui la microrete in bassa tensione sia connessa alla rete di distribuzione pubblica, sia nella condizione di funzionamento in isola di carico. Le microreti saranno, in particolare, costituite da varie unità di micro-cogenerazione di tipo innovativo, quali celle a combustibile PEM e sistemi TPV, che producono in corrente continua e sono connesse singolarmente alla rete elettrica mediante inverter a controllo di corrente, e un sistema di accumulo elettrochimico, connesso invece alla rete elettrica tramite un convertitore elettronico bidirezionale a tensione impressa.
2007
Spina, Pier Ruggero
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