Celle a combustibile per una cogenerazione ad alta efficienza

Cogenerazione in dispositivi elettrochimici ad alta efficienza

Massimiliano Della Pietra - ENEA

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Celle a combustibile per una cogenerazione ad alta efficienza
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Conclusioni

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Celle a combustibile per una cogenerazione ad alta efficienza sono generatori elettrochimico che convertono l'energia chimica di un combustibile (contenente idrogeno) e di un ossidante (contenente ossigeno) in energia elettrica.

Celle a combustibile: principi di funzionamento

Le FC sono in grado di coprire una vasta gamma di utilizzi finali mantenendo elevate efficienze di conversione:
- Sono (co)-generatori molto performanti con picchi di efficienze elettriche del 60%;
- Nessuna combustione à H2O unico prodotto di reazione;
- Hanno un basso impatto ambientale non emettendo NOx e SOx;
- Possono operare in modalità reversibile (elettrolisi da fonti rinnovabili);
- Modulari;
- Silenziose.

Celle a combustibile: classificazione
- PEFC;
- SOFC;
- MCFC.

Celle a combustibile a bassa temperatura per applicazioni stazionarie
Back-up power e gen-sets - Fuel cell tipicamente alimentate da H2 o metanolo.
- Mercati di riferimento: telecom towers e data centres, e sopratutto dove è preminate l'utilizzo di tecnologie a basso
Impatto ambientale;
- PEMFC vs Diesel IC generator e batterie.

Large Prime Power - SOFC e MCFC hanno il grande vantaggio di poter essere alimentate direttamente da gas naturale e utilizzate come generatori di potenza. In Europa l'applicazione è limitata, mentre è molto comune in US e Asia, per i data center o grandi campus.

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Cogenerazione in dispositivi elettrochimici ad alta efficienza

Celle a combustibile per una cogenerazione ad alta efficienza

Le celle a combustibile offrono un ampio spettro di potenze (in base alla tecnologia) in combinazione ad un efficienza elettrica molto elevata.

- Fuel cell tipicamente alimentate a gas, forniscono elettricità e calore per utenze residenziali, commerciali ed industriali;
- Range di Potenza: da Micro-CHP alle grandi installazione;
- FC ad alta temperature possono essere alimentate anche da gas da digestione anaerobica o da gasificazione;
- Caratteristiche: alta efficienza, flessibilità, riduzione delle emissioni inquinanti.

Micro Cogenerazione con SOFC e PEM FC

Efficienze totali di conversione superiori al 90%.

Diversi layout di impianto e strategie di utilizzo a seconda della tecnologia FC scelta per la cogenerazione domestica.

La micro-cogenerazione:
- Per quel che concerne il settore della microcogenerazione, il Giappone e l'Europa sono leader sia nel mercato che per le attività di ricerca e sviluppo;
- Il Giappone è leader negli impianti di micro cogenerazione (programma ENEFARM) con oltre 360.000 fuel cell installate. Il prezzo di vendita è stato ridotto a 7.000 USD/unità (PEMFC) e 8.800 USD/unità (SOFC);
- L'Europa segue con 4100 unità mcro CHP installate, grazie a tre azioni principali (Callux, PACE ed ene.field);
- Per le applicazioni stazionarie di grande taglia, gli Stati Uniti hanno una capacità installata di 500 MW; la Corea mantiene la leadership per i sistemi PAFC nel 2020, 210 MW in funzione e altri 223 MW in costruzione.

L'esperienza di ENE-FARM in Giappone
Giappone è leader negli impianti di micro cogenerazione (programma ENEFARM), con oltre 360.000 sistemi FC installati al 2020.

L'effetto del programma ene-farm sul mercato interno dei sistemi FC per micro CHP è stato quello di diminuire i costi di
produzione grazie agli effetti dell'economia di scala.

Cogenerazione in dispositivi elettrochimici ad alta efficienza

Conclusioni

Cosa accade in Europa
Il programma PACE della FCH2JU è un'iniziativa quinquennale da 90milion idi euro che sostiene 2.800 sistemi di celle combustibile micro -CHP in dieci paesi e coinvolge cinque dei principali sviluppatori europei di micro-CHP.
FC-CHP: Quadro normativo
SUPERBONUS 110%
Acquisto e posa in opera di micro-cogeneratori in sostituzione funzionale (=il generatore termico rimane installato), aventi un PES pari almeno al 20% (PES FC M-CHP >38%), in abbinata ad altri interventi per il miglioramento di 2 classi di efficienza della struttura.
ECOBONUS - detrazione fiscale 65% micro-cogeneratori
Acquisto e posa in opera di micro-cogeneratori in sostituzione funzionale (=il generatore termico rimane installato), aventi un PES pari almeno al 20% (PES FC M-CHP >38%)
ECOBONUS - detrazione fiscale 65% riqualificazione globale
"Interventi di riqualificazione energetica" comprendente qualsiasi intervento o insieme sistematico di interventi che incida sulla prestazione energetica dell'edificio, tra cui anche la cogenerazione
Ristrutturazioni - detrazione fiscale 50%
Spese riconducibili a lavori di ristrutturazione in immobili residenziali
Credito di imposta 6% per beni strumentali
Con la Legge di Bilancio 2020 (Legge 27 dicembre 2019, n. 160) è stato introdotto al posto del vecchio super-ammortamento 130% un credito di imposta. 6% in 5 quote annuali.