• steam reformer
• idrogeno
• fuel cell

L’oggetto di questa tesi, svolta in collaborazione con Enel-Ricerca di Pisa, è l’analisi del comportamento dinamico del prototipo beta di un sistema cogenerativo basato su celle a combustibile ad elettrolita polimerico, acquistato dal centro ricerca nell’ambito delle attività di studio rivolte ad approfondire le caratteristiche tecniche ed operative di differenti tecnologie utilizzabili nella generazione distribuita. Da studi effettuati in letteratura, si è dedotto immediatamente che la parte del processo più critica dal punto di vista dinamico è quella del reforming del combustibile, con cui il metano e l’acqua vengono convertiti in idrogeno e monossido di carbonio. Le costanti di tempo del reattore di steam reforming, ipotizzato di tipo plug flow, risultano ben più grandi di quelle relative alla conversione elettrochimica della pila a combustibile. Per questo motivo il lavoro, basato anche sull’analisi dei risultati di prove sperimentali condotte direttamente sull’impianto installato nell’area sperimentale Enel di Livorno, si è focalizzato sullo sviluppo di un modello dinamico che descrivesse la cinetica delle reazioni coinvolte nel processo. Nel modello, inoltre, sono stati considerati aspetti connessi alla trasmissione del calore e alla diffusione dei gas lungo il reattore.
Il simulatore, ottenuto con approccio analitico attraverso l’individuazione e la discretizzazione dei sistemi di equazioni differenziali alle derivate parziali (conservazione della massa e dell’energia), è stato implementato con il software “Matlab_6.5®”: più precisamente, è stata creata una routine di Matlab per la soluzione del sistema di equazioni differenziali nella variabile “z” (lunghezza), che descrive la distribuzione della miscela gassosa lungo l’asse del reattore allo stato stazionario; questi risultati, poi, sono stati utilizzati come condizioni iniziali per il modello dinamico realizzato con il tool “Simulink®”.
Il sistema è stato testato per lo studio delle risposte ad alcuni disturbi che riducono la produzione di idrogeno e, al tempo stesso, rischiano di influenzare la prestazioni dell’impianto.
Infine, dall’analisi delle risposte ai disturbi sopra indicati sono state ricavate funzioni di trasferimento ragionevolmente semplificate, ma sufficienti a descrivere con buona approssimazione il comportamento dinamico del reattore nell’intorno del punto di lavoro.