Energia da fonti rinnovabili: l'effetto termoelettrico

Progetto: Research project

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Riveste sempre maggiore importanza l’utilizzo delle fonti rinnovabili di energia da affiancare alle fonti tradizionali, anche per il raggiungimento degli obiettivi sottoscritti con l’adesione al Protocollo di Kyoto. In questo contesto anche tecnologie note per la produzione di energia elettrica ma precedentemente non convenienti - sia per il livello tecnologico dei componenti o per gli elevati costi rapportati all’efficienza ottenibile dai sistemi proposti- potrebbero trovare una adeguata collocazione. Tra queste tecnologie l’effetto termoelettrico potrebbe essere vantaggioso in alcune particolari applicazioni di piccola potenza per utilizzi locali. La Finalità della ricerca è la valutazione della fattibilità tecnico-economica dei sistemi che utilizzano l'effetto termoelettrico, sia per la produzione di energia elettrica che per la climatizzazione. Si effettuerà una ricerca teorico-sperimentale sulle celle termoelettriche attualmente disponibili e sui relativi materiali innovativi in studio. Sulle celle termoelettriche commercialmente disponibili e su eventuali prototipi innovativi si effettueranno le analisi teoriche e di campo atte a verificarne le prestazioni ed i campi di utilizzo. Successivamente, si analizzeranno diversi sistemi dove le celle termoelettriche possono essere impiegate, sviluppando modelli matematici "ad hoc" per la simulazione del comportamento del sistema, al fine di valutarne le prestazioni e le possibili ottimizzazioni. Per ogni fase della ricerca sarà redatto un rapporto specifico, evidenziando, in particolare, i risultati ottenuti in termini di efficienza energetico-ambientale e di convenienza tecnico-economica.

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Obiettivi: I principali sistemi per la produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili sono fondamentalmente gli impianti fotovoltaici e gli impianti eolici. Questi presentano una discreta efficienza ma richiedono adeguate superfici, sono caratterizzati da un impatto visivo non indifferente ed inoltre possono essere facilmente danneggiati da atti di vandalismo o essere soggetti a furti dei singoli componenti. L'obiettivo della ricerca è quello di poter valutare le potenzialità tecnico-economiche attuali e future dell'effetto termoelettrico ai fini della produzione di energia elettrica o della climatizzazione ambientale in specifiche applicazioni. Attualmente è allo studio presso la Facoltà di Ingegneria di Palermo, Dipartimento di Ricerche Energetiche ed Ambientali e il Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali, un sistema che sfrutta la differenza termica tra un serbatoio termico a bassa temperatura (ad es. una falda acquifera) ed un serbatoio termico a più alta temperatura, come per es. l'energia termica di scarto da processi industriali o una superficie captante l’energia solare. Si cercherà di pervenire ad una metodologia di progetto che consenta di valutare l'efficienza tecnico-economica dei sistemi proposti e le loro potenzialità in future implementazioni. Infine, si redigerà un manuale di riferimento con indicazione dei sistemi che presentano le migliori potenzialità e che evidenzierà le problematiche in essi riscontrate, allo scopo di individuarne le possibili soluzioni tecniche. Metodologie: L'analisi dei sistemi proposti sarà analizzata secondo la metodologia dei fenomeni irreversibili che si generano nell'accoppiamento dei flussi associati alla conduzione simultanea di corrente termica ed elettrica in un materiale conduttore (Bejan, 1997). Sul fronte teorico, si parte dal classico modello di generatore termoelettrico, per poi modificarlo in modo tale da adattarlo ai sistemi in studio. In particolare, si valuterà l'influenza della geometria dello scambiatore, del flusso del fluido e della temperatura di immissione. Saranno pertanto analizzati diverse tipologie di: 1) scambiatori di diversa forma, con diverse direzione dei fluidi, per individuare quale meglio si adatta alle esigenze; 2) celle termoelettriche caratterizzate da differenti proprietà fisiche, con particolare riferimento ai materiali utilizzati. Infine si dedurranno le equazione per la valutazione della potenza elettrica in uscita dei sistemi analizzati o l'efficienza di conversione. La parte sperimentale prevede la realizzazione di apparecchiature per il test delle celle e la realizzazione di prototipi di impianti che utilizzino le stesse celle al fine di validare i modelli matematici teoricamente messi a punto.
StatoAttivo
Data di inizio/fine effettiva1/1/07 → …

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