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Idrogeno e celle combustili
Il ruolo della conversione elettrica di potenza nello sviluppo dei moderni elettrolizzatori e fuel cell
Dario Rudellin - Danfoss
Sommario
La nostra esperienza ci ha permesso sviluppare molte applicazioni di conversione in ambito navale da oltre 15 anni:
- Variazione di velocità nella propulsione e per gli ausiliari;
- Variazione di velocità in sistemi carico;
- Convertitori di rete;
- Generatori supplementari;
- Alimentazione elettrica in porto;
- Ibridazione multi-energetica;
- Sistemi di accumulo di energia, supercondesatori e batterie di combustibile.
Conversione di frequenza, gestione e modulazione delle reti a bordo delle navi e non solo
Focus Applicativo
Attraverso un team con un focus dedicato all'elettrificazione sviluppiamo soluzioni per:
1. Smart Grid & Energy Storage:
- Utility , Commercial and Industrial with focus in high power;
- Industrial Energy Storage applications.
2. Shore supply;
3. Charging :
- Electric Vehicles (focus on fast DC & Ultra fast DC charging);
- Electric ferries (Typically in MW);
- Electric/Hybrid machines (e.g. Cranes, Mining, AGVs in ports).
4. Incubators Examples:
- DC Grid in Industry;
- Hydrogen Electrolysers.
Il ruolo dell'idrogeno
- L'idrogeno è un vettore energetico che, nella sua forma green, può rappresentare un modello di energia pulita, cioè privo di emissioni lungo tutta la filiera (dalla produzione all'utilizzo finale);
- Questo consente all'idrogeno di presentarsi come una valida soluzione alternativa all'interno del più ampio percorso di decarbonizzazione al 2050 intrapreso a livello comunitario e mondiale;
- Nonostante le potenzialità dell'idrogeno e le principali tecnologie della relativa filiera siano note da anni, non si è verificata ad oggi una massiccia penetrazione del vettore nel mix energetico globale; le principali difficoltà del mercato dell'idrogeno, sono infatti principalmente legate a due fattori principali:
.Maturazione tecnologica: la limitata affidabilità, unita a efficienze non elevatissime, ha rappresentato negli anni un elemento molto importante che ha limitato la decisa penetrazione delle tecnologie per la produzione di idrogeno. In particolare, relativamente alla produzione di idrogeno tramite elettrolisi, allo stato attuale si evidenzia come non esista una tecnologia che preformi nettamente meglio delle altre. L'innovazione tecnologica diventerà quindi fattore chiave per rendere queste tecnologie sempre più performanti e market ready dal punto di vista economico;
. Competitività economica: le difficoltà nello sviluppo tecnologico hanno determinato una lenta riduzione dei costi di produzione dell'idrogeno rendendolo economicamente non conveniente e competitivo rispetto alle fonti energetiche tradizionali. Tale concetto risulta estremizzato se si pensa all'idrogeno << verde >> prodotto da energia rinnovabile, che risulta ad oggi notevolmente più costoso rispetto a quello prodotto da fonti fossili a causa anche del forte impatto dei costi di approvvigionamento di energia elettrica << green >> necessaria al processo di elettrolisi.
Danfoss power conversion
Elettrolisi
- Le apparecchiature di conversione di potenza Danfoss sono uno dei componenti chiave nel processo di elettrolisi;
- Danfoss consente una produzione variabile di idrogeno insieme ad un'ottima stabilità di rete - servizi ausiliari;
- Danfoss ha diverse tecnologie che supportano la produzione di idrogeno come:
. Raddrizzatori per un funzionamento DC stabile;
. Raddrizzatori attivi con controllo diretto sul bus DC;
. Convertitori DCDC per un ampio funzionamento sul bus DC.
Danfoss power conversion
Elettrolisi #Electrification
Principali tecnologie di elettrolizzatori;
- Alcalino (AEL);
- Membrane Polimeriche (PEM);
- Ossido solido (SOEC);
- Membrana a scambio anionica (AEM) -lab/ prototype.
Attraverso un team con un focus dedicato all'elettrificazione sviluppiamo soluzioni per:
1. Smart Grid & Energy Storage:
- Utility , Commercial and Industrial with focus in high power;
- Industrial Energy Storage applications.
2. Shore supply;
3. Charging :
- Electric Vehicles (focus on fast DC & Ultra fast DC charging);
- Electric ferries (Typically in MW);
- Electric/Hybrid machines (e.g. Cranes, Mining, AGVs in ports).
4. Incubators Examples:
- DC Grid in Industry;
- Hydrogen Electrolysers.
Il ruolo dell'idrogeno
- L'idrogeno è un vettore energetico che, nella sua forma green, può rappresentare un modello di energia pulita, cioè privo di emissioni lungo tutta la filiera (dalla produzione all'utilizzo finale);
- Questo consente all'idrogeno di presentarsi come una valida soluzione alternativa all'interno del più ampio percorso di decarbonizzazione al 2050 intrapreso a livello comunitario e mondiale;
- Nonostante le potenzialità dell'idrogeno e le principali tecnologie della relativa filiera siano note da anni, non si è verificata ad oggi una massiccia penetrazione del vettore nel mix energetico globale; le principali difficoltà del mercato dell'idrogeno, sono infatti principalmente legate a due fattori principali:
.Maturazione tecnologica: la limitata affidabilità, unita a efficienze non elevatissime, ha rappresentato negli anni un elemento molto importante che ha limitato la decisa penetrazione delle tecnologie per la produzione di idrogeno. In particolare, relativamente alla produzione di idrogeno tramite elettrolisi, allo stato attuale si evidenzia come non esista una tecnologia che preformi nettamente meglio delle altre. L'innovazione tecnologica diventerà quindi fattore chiave per rendere queste tecnologie sempre più performanti e market ready dal punto di vista economico;
. Competitività economica: le difficoltà nello sviluppo tecnologico hanno determinato una lenta riduzione dei costi di produzione dell'idrogeno rendendolo economicamente non conveniente e competitivo rispetto alle fonti energetiche tradizionali. Tale concetto risulta estremizzato se si pensa all'idrogeno << verde >> prodotto da energia rinnovabile, che risulta ad oggi notevolmente più costoso rispetto a quello prodotto da fonti fossili a causa anche del forte impatto dei costi di approvvigionamento di energia elettrica << green >> necessaria al processo di elettrolisi.
Danfoss power conversion
Elettrolisi
- Le apparecchiature di conversione di potenza Danfoss sono uno dei componenti chiave nel processo di elettrolisi;
- Danfoss consente una produzione variabile di idrogeno insieme ad un'ottima stabilità di rete - servizi ausiliari;
- Danfoss ha diverse tecnologie che supportano la produzione di idrogeno come:
. Raddrizzatori per un funzionamento DC stabile;
. Raddrizzatori attivi con controllo diretto sul bus DC;
. Convertitori DCDC per un ampio funzionamento sul bus DC.
Danfoss power conversion
Elettrolisi #Electrification
Principali tecnologie di elettrolizzatori;
- Alcalino (AEL);
- Membrane Polimeriche (PEM);
- Ossido solido (SOEC);
- Membrana a scambio anionica (AEM) -lab/ prototype.
Video
Fuel Cell - Electrolizer: Electrical diagram with indirect DC connection
Electrical diagram with direct DC connection
Schema di principio Fuell cell base per elettrolizzatori:
- Thid <3 %
- Efficienza >98%
- Soluzione a moduli
- 1 trafo ogni 5 MW
Grid friendliness
Mitigazione armonica: Investi meno a risparmia di più!
La soluzione Danfoss per la mitigazione armonica, è progettata per occupare pochissimo spazio e risparmiare denaro.
Aumenta l'efficienza fornendo per gli anni di utilizzo, un risparmio energetico ed riduzione estrema delle attività di manutenzione.
Una efficiente mitigazione armonica, progete l'elettronica ed aumenta l'efficienza del sistema.
Danfoss grid converter - benefici:
- Solitamente, meno del 3% di distorsione di corrente (THiD);
- >98% efficienza in tutte le condizioni di lavoro calcolato e simulato da inizio vita sino a fine vita dell'elettrolizzatore;
- DC voltage molto "pulita" con un basso ripple garantisce migliore efficienza per l'elettrolizzatore.
Nuovo showroom per dimostrare le potenzialità dell'idrogeno
Un nuovo showroom per l'idrogeno è attualmente in costruzione presso l'headquarter di Danfoss a Nordborg (Danimarca).
I clienti possono vedere e saperne di più sui nostri componenti inclusi negli impianti di produzione di idrogeno.
Dalla primavera del prossimo anno, Danfoss sarà in grado di produrre il proprio idrogeno a Nordborg.
L'area, che ospiterà un container con un sistema di elettrolisi, è attualmente in costruzione accanto al data center.
L'impianto sarà da 500 kW e fornirà a Danfoss l'idrogeno, che viene utilizzato nella produzione.
Il nostro idrogeno sarà prodotto localmente e sarà ecologico perché si basa sull'energia fornita dal parco solare Danfoss.
L'idrogeno viene prodotto attraverso l'elettrolisi, dove si divide l'acqua aggiungendo energia dalle celle solari e si ottiene idrogeno e ossigeno.
Il processo emette calore di scarto, che può essere riciclato. Pertanto, l'impianto è installato in modo tale che il calore in eccesso dal processo di elettrolisi possa essere diretto nella rete di teleriscaldamento Danfoss allo stesso modo del calore in eccesso dal data center.
Trasporto pesante alimentato ad idrogeno
L'impianto è dimensionato per coprire il consumo per la produzione a Nordborg - e altro ancora.
La capacità extra verrà utilizzata in futuro nei camion Danfoss in modo che possano trasportare merci tra le sedi danesi con carburante a emissioni zero.
Conclusioni
Danfoss power conversion
Design di riferimento per elettrolizzatori > 5MW
Il design di riferimento di Danfoss Drives consente la creazione di importanti contenuti locali seguendo i principi di integrazione di Danfoss Drives.
Contenuti locali da includere:
- Progettazione finale del contenitore e installazione del convertitore;
- Progettazione e produzione di LV-Switchgear + busbar;
- Personalizzazione di ingresso/uscita di alimentazione;
- Funzioni aggiuntive, di personalizzazione, lavori sul sito .
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Fonte: mcTER Idrogeno - Milano settembre 2021 Scenari per l'idrogeno in Italia: Sostenibilità, Stato dell'Arte e Futuro (prossimo)
