Analisi preliminare di sistemi di stoccaggio innovativi a idruri metallici per data centre

Abstract

L’idrogeno come vettore energetico sta assumendo crescente rilevanza nello scenario energetico attuale, grazie alla possibilità di impiegare l’elettrolisi come soluzione di accumulo di grande taglia per gli impianti a fonte rinnovabile e alla sua versatilità d’impiego in numerose applicazioni stazionarie. Il suo utilizzo presenta tuttavia sfide tecnologiche, in particolare per quanto riguarda lo stoccaggio: l’impiego di idruri metallici consente di ridurre i rischi e le complessità propri di altri sistemi, quali l’idrogeno compresso ad alta pressione o liquido, specialmente da un punto di vista di sicurezza, di permitting e di gestione dei flussi. Il presente elaborato valuta, in chiave preliminare, l’impiego di un sistema power-to-hydrogen(-to-power) come sistema UPS/backup a zero emissioni per un data centre, in sostituzione dei tradizionali gruppi elettrogeni diesel. Lo studio si articola in due parti: l’analisi dello scambio termico e del peso di tre serbatoi innovativi a idruri metallici (MyH2 EXTRA, Hydor S20 e Dragon, tutti a base di LaNi₅), valutati nelle ipotesi di realizzazione in alluminio e in acciaio; e lo studio di fattibilità tecnico-economica del suddetto UPS (fotovoltaico-elettrolizzatore-cella a combustibile), dimensionato per due configurazioni e tre scenari di gestione dell’energia considerando il potenziale utilizzo di una batteria. I risultati individuano le soluzioni più promettenti in termini di levelized cost of hydrogen (LCOH) e minimizzazione dei CAPEX.

The use of hydrogen as an energy carrier is becoming increasingly relevant in the current energy scenario, owing to the possibility of exploiting electrolysis as a large-scale storage solution for renewable energy plants and to its versatility as a fuel in many stationary applications. Its use, however, still presents technological challenges, particularly concerning storage: the use of metal hydrides reduces the hazards and complexities associated with other systems, such as high-pressure compressed or liquid hydrogen, especially in terms of safety, permitting and flow management. This work assesses, on a preliminary basis, the use of a power-to-hydrogen(-to-power) system as a zero-emission UPS/backup for a data centre, replacing conventional diesel generators. The study is organised in two parts: the thermal and weight analysis of three innovative metal-hydride tanks (MyH2 EXTRA, Hydor S20 and Dragon, all based on LaNi₅), evaluated both in aluminium and in stainless steel; and the techno-economic feasibility study of the aforementioned UPS (photovoltaic-electrolyser-fuel cell system), sized for two configurations and three energy-management scenarios, also considering the potential use of a battery. The results identify the most promising solutions in terms of levelised cost of hydrogen (LCOH) and CAPEX minimisation.