I ricercatori sviluppano micro

Apr 28, 2023

I sistemi microcombinati di calore ed elettricità (mCHP) rappresentano una soluzione innovativa per case ed edifici ad alta efficienza energetica. Questi sistemi generano calore ed elettricità simultaneamente da un’unica fonte, come il gas naturale, e possono ridurre significativamente i costi energetici e le emissioni di carbonio.

Ora, i ricercatori dell’Oak Ridge National Laboratory, in collaborazione con Enginuity Power Systems, hanno dimostrato che un prototipo di mCHP alimentato da un’innovativa tecnologia del motore a pistoni contrapposti verso l’interno potrebbe raggiungere un’efficienza energetica complessiva superiore al 93%. Progettato per sostituire un generatore di riserva o un tradizionale scaldabagno a gas, il mCHP ecologico commuta tra gas naturale, idrogeno o biogas e combina l'accumulo di batterie e l'energia solare.

I ricercatori hanno valutato un prototipo mCHP che utilizza un motore a pistoni opposti a quattro tempi (OP4S). Il motore OP4S può funzionare con più carburanti, tra cui gas rinnovabile (biogas), gas naturale e propano, nonché idrogeno, per generare energia meccanica e calore di scarto sotto forma di refrigerante caldo e gas di scarico contemporaneamente. Il calore di scarto viene recuperato e immagazzinato nel serbatoio dell'acqua da 52 galloni e può essere utilizzato come normale fornitura di acqua calda e per applicazioni di riscaldamento degli ambienti.

È rispettoso dell'ambiente ed economico perché il calore che altrimenti verrebbe sprecato viene catturato e riutilizzato per fornire energia termica su piccola scala per un edificio in un unico processo. Ciò consente un'efficienza maggiore rispetto alle apparecchiature convenzionali che svolgono una sola funzione.

Durante la dimostrazione, il prototipo mCHP ha consentito potenze nell'intervallo 3,2 -7,4 kW con un massimo del 26,4% di efficienza elettrica CA e fino al 93,1% dell'efficienza complessiva mCHP in modalità di combustione stechiometrica. Inoltre, il funzionamento 24 ore su 24 in modalità stechiometrica non ha degradato alcuna prestazione dell'mCHP, indicando il buon potenziale di affidabilità e durata del prototipo.

L’mCHP è stato utilizzato anche in condizioni di modalità di combustione magra, che ha consentito un miglioramento di oltre il 30% nell’efficienza energetica elettrica. L'efficienza AC massima raggiunta in modalità di combustione magra è stata del 35,2%, con l'efficienza del motore che si avvicinava al 40%.

Il prototipo mCHP può ottenere un abbinamento flessibile e a basso costo dei carichi termici ed elettrici riducendo la complessità della distribuzione e dell’installazione, insieme ad un’elevata efficienza e alla sua capacità di utilizzare una varietà di combustibili, tra cui biogas e idrogeno. Si prevede che la nuova tecnologia promuoverà l’accettazione della mCHP e accelererà l’adozione della mCHP in piccoli edifici residenziali e commerciali per comunità remote e scarsamente servite.

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