Progettazione preliminare di un sistema ibrido SOFC per applicazioni aeronautiche

Abstract

L'obiettivo di questa tesi è progettare un sistema ibrido basato su celle a combustibile ad ossidi solidi (SOFC) per applicazioni aeronautiche, focalizzato sull'integrazione della tecnologia SOFC all'interno di un sistema di propulsione da 1 MW. Inizialmente, diversi layout di sistemi ibridi sono valutati utilizzando fogli di calcolo Excel per stabilire metriche prestazionali. Questi valori preliminari generano una base per analisi più raffinate condotte con il software di simulazione W-TEMP (Web Thermo - Economic Modular Program), facilitando valutazioni dettagliate dal punto di vista termodinamico ed energetico di ciascun layout. Lo studio incorpora vari parametri, tra cui le prestazioni delle celle a combustibile SOFC, il fattore di utilizzo del combustibile e l'efficienza di conversione energetica, per valutare la fattibilità di ciascun design. Sfruttando sia Excel che W-TEMP, sono stati confrontati i risultati, consentendo l'identificazione del layout ottimale del sistema. Questo approccio sistematico mira a garantire che la configurazione selezionata garantisca valori elevati di efficienza complessiva, contribuendo così allo sviluppo di tecnologie di propulsione aeronautica sostenibili. In ultima analisi, questa ricerca si propone di avanzare la comprensione dei sistemi ibridi SOFC nell'aviazione, aprendo la strada a soluzioni innovative nell'ingegneria energetica.

The aim of this thesis is the design of a Solid Oxide Fuel Cell (SOFC)-based hybrid system specifically tailored for aircraft applications, focusing on the integration of SOFC technology within a 1 MW propulsion system. Initially, several hybrid system layouts are evaluated using Excel spreadsheets to establish baseline performance metrics. These preliminary values will provide a foundation for more refined analyses conducted with the W-TEMP (Web Thermo - Economic Modular Program) simulation software, facilitating detailed thermodynamic and energetic assessments of each layout. The study incorporates various parameters, including SOFC stack performance, fuel utilization, and energy conversion efficiency, to evaluate the feasibility of each design. By leveraging both Excel and W-TEMP, a comprehensive comparison of the results is performed, enabling the identification of the promising system layouts. This systematic approach aims to ensure high performance in terms of the overall efficiency, thereby contributing to the development of sustainable aircraft propulsion technologies. Ultimately, this research seeks to advance the understanding of SOFC hybrid systems in aviation, paving the way for innovative solutions in energy engineering.