Dimensionamento di un sistema di stoccaggio di idrogeno verde basato su idruri metallici per utenze residenziali

Abstract

Il presente lavoro di tesi si focalizza sullo studio e il dimensionamento di un sistema energetico completo di tipo Power-to-Hydrogen-to-Power, concepito per alimentare un’utenza residenziale condominiale sfruttando l'energia rinnovabile prodotta da un impianto fotovoltaico dedicato. La motivazione alla base della ricerca risiede nella necessità di decarbonizzare il settore edilizio e di superare i limiti intrinseci delle fonti rinnovabili, in particolare la discrepanza temporale tra la produzione solare e la domanda energetica domestica. Per rispondere a tale sfida, la scelta tecnologica è ricaduta su un elettrolizzatore per la produzione di idrogeno verde e di idruri metallici per lo stoccaggio dell'idrogeno stesso. Tale soluzione di stoccaggio è stata selezionata in quanto permette di operare a basse pressioni e temperature, caratteristiche che garantiscono non solo un'elevata densità energetica volumetrica, ma soprattutto standard di sicurezza operativa indispensabili per l'installazione in contesti civili e densamente abitati, superando le criticità dei sistemi con idrogeno compresso. L’attività sviluppata si è articolata attraverso un’analisi dei profili di carico elettrico dell'utenza e della curva di producibilità solare. Sulla base del bilancio energetico, si è proceduto al dimensionamento ottimale di tutti i componenti della catena.

This thesis focuses on the study and sizing of a complete Power-to-Hydrogen-to-Power energy system, designed to supply a multi-family residential building by utilizing renewable energy generated by a dedicated photovoltaic plant. The rationale behind this research lies in the need to decarbonize the building sector and overcome the intrinsic limitations of renewable sources, specifically the temporal mismatch between solar production and domestic energy demand. To address this challenge, the selected technological solution involves an electrolyzer for green hydrogen production and metal hydrides for hydrogen storage. This storage method was chosen because it allows for operation at low pressures and temperatures. These characteristics ensure not only high volumetric energy density but, crucially, the operational safety standards essential for installation in densely populated residential areas, thereby overcoming the critical issues associated with compressed hydrogen systems. The study involved an analysis of the user's electric load profiles and the solar generation curve. Based on the energy balance, the optimal sizing of all system components was performed.