Analisi tecnico economica di un impianto fotovoltaico accoppiato ad un elettrolizzatore per la produzione di idrogeno verde integrato in un reale profilo di carico elettrico industriale

In questo elaborato di tesi viene proposta un’analisi tecnico economica per la realizzazione di un impianto combinando la fonte fotovoltaica green accoppiata ad un elettrolizzatore, per l’efficientamento energetico di un’azienda veneta specializzata nel settore siderurgico, in modo da fronteggiare l’elevato consumo di energia elettrica e gas metano. L’obiettivo di questa analisi è di confrontare la combinazione di fotovoltaico ed elettrolizzatore di molteplici taglie cercando di minimizzare i costi industriali. Nella prima sezione teorica vengono descritte le proprietà chimico fisiche dell’idrogeno, la sua provenienza e il principio di elettrolisi per produrlo e stoccarlo, segue poi il funzionamento delle diverse tecnologie di elettrolizzatori presenti sul mercato. Nella sezione centrale dell’elaborato si espone la strategia europea ed italiana per l’utilizzo dell’idrogeno, le politiche in atto e la scelta di una produzione di idrogeno futura green, ovvero sfruttando la produzione di energia elettrica rinnovabile e non i combustibili fossili. Nella sezione finale, dopo aver trattato la parte economica del progetto, si presenta il modello Matlab che confronta, mantenendo lo stesso profilo di carico elettrico reale, messo a disposizione dall’azienda in oggetto, diverse taglie di impianto fotovoltaico, fino ad una potenza massima installata pari a 960 kW con molteplici taglie di elettrolizzatore di potenza simile, analizzando 20 anni di scenario, in modo da considerare il degrado di entrambi i sistemi. Al fine di dimostrarne le potenzialità, il modello è stato impiegato per condurre differenti tipologie di simulazioni. Innanzitutto, per discriminare quale sia la taglia ottimale dell’elettrolizzatore a seconda dello scenario considerato, tra il set di taglie considerate, da associare all’impianto fotovoltaico. Successivamente, altre simulazioni sono state condotte con lo scopo di valutare se, differenti scenari di prezzo dell’energia elettrica, del gas metano e del prezzo di vendita dell’idrogeno possano rendere favorevole o meno la realizzazione di un impianto di questo tipo. Gli scenari proposti sono due; il primo caso considera l’elettrolizzatore alimentato dall’energia in surplus prodotta dal fotovoltaico non utilizzata dal carico elettrico aziendale, in tal caso la produzione di idrogeno sarà ridotta dato che l’elettrolizzatore funzionerà per un numero contenuto di ore anno. In tale scenario si valorizza inizialmente l’idrogeno a differenti prezzi del metano considerando di miscelarlo e bruciarlo per alimentare i forni a gas. Nel secondo scenario l’elettrolizzatore viene fatto lavorare a regime per tutto l’anno, massimizzando la produzione di idrogeno, alimentato sempre dal surplus dell’energia fotovoltaica e da rete. Considerando i costi attuali le soluzioni ricavate da entrambi gli scenari non sono economicamente convenienti, analizzando però una riduzione dei costi degli elettrolizzatori e dell’energia elettrica necessaria per alimentarli, scenario possibile al 2030, sono stati ricavati dei prezzi di vendita dell’idrogeno competitivi con il mercato attuale, basandosi sul secondo scenario massimizzando la produzione di idrogeno.