• High-Temperature
• Hydrogen
• Power production
• SolidOxydeCells
• Wind farms

Questa tesi ha l’obiettivo di analizzare e studiare il funzionamento di un reattore SolidOxideCells reversibile (rSOC), una nuova tecnologia nel campo dell’idrogeno che è ancora in fase di esame da parte dei centri di ricerca di tutto il mondo e che promette di essere un componente all’avanguardia per i futuri impianti di stoccaggio di energia elettrica. L'intero lavoro è stato condotto in collaborazione con l'Istituto di Tecnica Termodinamica del Centro Aerospaziale Tedesco (DLR) situato a Stoccarda, che è coinvolto in un progetto che mira a collegare questo tipo di sistema alle fonti di energia rinnovabile, al fine di immagazzinare l'energia elettrica in eccesso prodotta dai parchi eolici offshore come combustibili chimici. In questo contesto, il centro di ricerca ha fornito tutto il supporto tecnico e teorico necessario per sviluppare le strategie di indagine appropriate. L'attività principale affronta innanzitutto il ruolo della ricerca e illustra i punti operativi che potrebbero essere utilizzati per far funzionare il sistema in modalità Fuel Cell, al fine di impiegare le reazioni chimiche tra ossigeno e idrogeno per produrre energia quando richiesta dalla rete, e successivamente come operare il passaggio a questi punti di regime stabile dal punto di lavoro in modalità Elettrolisi ad alta temperatura, quando il sistema utilizza l'energia in surplus dalle turbine eoliche per produrre combustibili chimici. Questi transitori vengono eseguiti rispettando alcuni requisiti e limiti imposti dalla società produttrice del reattore o trovati attraverso ricerche bibliografiche online. Tenendo a mente questi obiettivi, è stato condotto uno studio preliminare sull'analisi di sensibilità dei parametri del modello per ottenere una visione più chiara sugli effetti delle variabili coinvolte, delineando tutte le relazioni tra i diversi parametri utili da comprendere per eseguire successivamente alcune simulazioni a regime stabile per trovare i punti di lavoro. Questi rappresentano un punto di partenza per eseguire la modalità transitoria, che è la fase operativa più critica per un reattore SOC a causa della degradazione dei materiali causata dai gradienti di temperatura e dalle reazioni elettrochimiche. Le simulazioni vengono infine utilizzate per definire le strategie da adottare al fine di gestire un impianto a scala MW che utilizza o produce energia elettrica nel modo più efficiente, tenendo conto del ciclo di vita del reattore e dei costi operativi.

This thesis aims to analyze and study the operation of a reversible Solid Oxide Cells (rSOC) reactor, a new technology in the hydrogen field which is still under examination by research centers worldwide and promises to be a cutting-edge component for future electrical energy storage plants. The entire work has been conducted in collaboration with the Thermodynam- ics Technical Institute of the German Aerospace Center (DLR) located in Stuttgart, which is involved in a project that aims to link this type of system to renewable energy sources, in order to store the excess electrical energy produced by offshore wind farms as chemical fuels. In this context, the re- search center has provided all the technical and theoretical support needed for developing the appropriate strategies of investigation. The main activity firstly addresses the research role and illustrates the operating points that could be used to run the system in Fuel Cell mode, in order to employ the chemical reactions between oxygen and hydrogen to produce power when it is required from the grid, and then how to operate the switch to these steady state points from the high temperature Electrolysis mode duty point, so when the system uses the energy surplus from wind turbines to produce chemical fuels. These transients are conducted while respecting some requirements and limits imposed by the reactor manufacturing company or found through online literary research. Keeping these objectives in mind, a preliminary study has been conducted on parameter sensitivity analysis of the model to gain a clearer vision on the effects of the variables involved, delineating all the relationships between different parameters that are useful to understand for subsequently running some steady-state simulations to find the duty points. These represent a starting point for performing the transient mode, which is the most critical working phase for an SOC reactor because of material degradation caused by temperature gradients and electrochemical reactions. Simulations are ultimately used to define the strategies to adopt in order to operate a MW-scale plant that uses or produces electric energy in the most efficient way, taking into account the reactor’s life cycle and operation costs.