Distributed generation: prospects for fuel cells based micro-cogeneration systems

Distributed generation can be an option to reduce energy consumption and facilitate the introduction of bigger amount of electricity produced with renewable energy sources. In the first part of the thesis an overview on fossil fuels power plants and primary movers for distributed micro-cogeneration systems is given. Then, the effect of renewable energy sources on the operation of the European power plants and grid is discussed. In the second part of the thesis generators based on PEM fuel cells are considered and analyzed from a theoretical and experimental point of view to what concerns performance and life span. Experimental data on a micro generator are presented. Control complexity and performance degradation over time are, in particular, studied. Degradation is also studied considering the effect of load cycles profile over performance. The research is completed with the analysis of the energy saving achievable by fuel cell micro-cogeneration systems

La generazione distribuita di energia è da molti considerata una delle soluzioni per ridurre i consumi energetici e per agevolare l’introduzione di quote sempre più importanti di elettricità provenienti da fonti rinnovabili di energia. Nella prima parte della tesi viene fatta una panoramica sulle tecnologie oggi più adatte alla generazione distribuita e viene fatta un’analisi su alcune delle problematiche che la massiccia introduzione di elettricità da fonti rinnovabili sta comportando nella gestione della rete di distribuzione e delle centrali di produzione, a livello europeo. Nella seconda parte delle tesi, si va ad analizzare un particolare tipo di impianto per la micro-cogenerazione distribuita: i generatori elettrici basati su celle a combustibile ad elettrolita polimerico. Si vanno ad analizzare, sia dal punto di vista teorico che sperimentale, le prestazioni, la vita utile ed alcune delle problematiche relative al degrado funzionale nel tempo. Si presentano dei dati sperimentali su un micro-cogeneratore di piccola taglia e se ne evidenziano le problematiche di controllo e di degrado delle prestazioni nel tempo. In particolare, a questo riguardo, vengono riportati alcuni dati sperimentali atti a valutare l’effetto dei cicli di carico sul degrado delle prestazioni delle celle. La ricerca si completa con la presentazione di una metodologia per il calcolo del risparmio energetico in funzione delle caratteristiche del generatore e delle scelte di gestione dello stesso