OBIETTIVI FORMATIVI

The purpose of this course is to provide the students with the fundamental know-how related to fuel cells and to the concept of distributed generation systems. The attention is mainly focused on thermodynamic theory and component performance. Fuel cells are presented putting emphasis on different technology types, hybrid system plant layouts, technological and environmental aspects. This course also proposes to provide students with basic knowledge and operative elements to design different small size systems (internal combustion engines, microturbines, stirling engines, fuel cells) for applications in distributed generation grids. For this part of the course, special attention is devoted to combined heat and power generation providing students with laboratory experiences.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

La frequenza e la partecipazione attiva alle attività formative proposte (lezioni frontali, esercitazioni, seminari e visite in laboratorio) e lo studio individuale consentiranno allo studente di:

- conoscere gli aspetti di base delle diverse tipologie di celle a combustibile (prestazioni e funzionamento);

- conoscere le caratteristiche dei sistemi ibridi (tipologie impiantistiche, prestazioni, ecc.);

- conoscere gli aspetti legati alla simulazione e al controllo di sistemi con cella a combustibile;

- comprendere i sistemi di generazione distribuita;

- comprendere sistemi di generazione distribuita con co-generazione e/o trigenerazione;

- applicare le nozioni di termodinamica al calcolo prestazionale;

- identificare ed analizzare i principali componenti di impianto.

MODALITA' DIDATTICHE

Il corso sarà articolato in: 54 ore tra lezioni frontali, esercizi e visite in laboratorio. Le ore dedicate agli esercizi saranno svolte dal docente titolare del corso con la seguente modalità: introduzione riassuntiva dei contenuti svolti nelle lezioni frontali e sviluppo di esercizi sulle principali tematiche. Sarà, inoltre, previsto 1 seminario di docenti esterni.

PROGRAMMA/CONTENUTO

• Celle a combustibile (struttura di base, breve storia, sviluppo tecnologico, considerazioni sui costi); tipologie di celle a combustibile (polimerica, alcalina, acido fosforico, carbonati fusi, ossidi solidi); elettrochimica delle celle a combustibile (ideale e perdite).
• Celle a combustibile: influenza dei principali parametri operativi (pressione e temperatura), materiali, prestazioni, trattamento del combustibile (reforming esterno ed interno).
• Sistemi ibridi con celle ad alta temperatura (MCFC; SOFC).
• Simulazione, emulazione e prototipi di sistemi con cella a combustibile.
• Controllo di sistemi con cella a combustibile.
• Sistemi di generazione distribuita: aspetti di base, gestione degli impianti, e motori stirling.
• Sistemi di generazione distribuita: co-generazione e tri-generazione.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Tutte le slide utilizzate durante le lezioni e altro materiale didattico saranno disponibili su aul@web. In generale, gli appunti presi durante le lezioni e il materiale su aul@web sono sufficienti per la preparazione ottimale dell'esame.

Anche per gli studenti non frequentanti (anche se la partecipazione attiva alle lezioni è fortemente raccomandata), si consiglia di utilizzare il materiale didattico su aul@web. Per eventuali dubbi su questo materiale, si suggerisce di contattare il docente via e-mail: mario.ferrari@unige.it.

I libri sotto indicati sono suggeriti come testi di appoggio (l'esame può essere superato in maniera ottimale senza l'utilizzo di questi testi):

• Fuel Cell Handbook (Seventh Edition), US Department of Energy, Morgantown, WV (USA), 2004 (disponibile on line).
• Ferrari M.L., Damo U.M., Turan A., Sanchez D., Hybrid Systems Based on Solid Oxide Fuel Cells: Modelling and Design, Wiley, July 2017 (disponibile in biblioteca).
• R. Della Volpe, “Macchine”, Liguori Editore (disponibile in biblioteca).