Vehicles traffic is responsible for a considerable percentage of global greenhouse gas emissions, but gaseous hydrogen produced from renewable energy sources is an alternative for fossil-based vehicle fuels. However, its widespread adoption requires the implementation of a new hydrogen refuelling station network that can compete with conventional refuelling stations, being able to meet the customer’s demands too. This thesis aims at evaluating a potential hydrogen refuelling station set-up basing on the application of a typical feasibility study, which is the most common methodology used to develop projects. The analysis considers the optimization of the plant both in technical and economic terms, focusing on two main components: the compressor and the storage systems. Firstly, the analysis has considered the optimization of the mass fluxes delivered to the three different storage systems, basing on considerations on different demand profiles that could act as a typical daily scenario. The technical study aimed also to find on the market the products which best satisfy the requirements imposed by the plant. The research ends by drafting a cost analysis in which the main expenses are evaluated on a long-time horizon to evaluate the levelized cost of hydrogen able to give a return in economic terms. The results show how the study has been properly conducted, obtaining an efficient optimization tool capable of efficiently direct the H2 flow to the dedicated storage system, indicating to the respective compressor the exact amount to compress from the one produced by the electrolyser. The other implement instead has efficiently evaluated the final LCOH after an immediate calculation of the discounted values for each cost component coming from the 20 years time horizon business plan. This thesis was conducted in parallel with the internship conducted at Edison Next S.p.A. headquarter in Milan under the supervision of Ing. Fabrizio Ricotti, responsible for the technical services of the company hydrogen division. The thesis aims to replicate the HYMOT project conducted by the company, which develops a series of H2 refuelling stations throughout the Italian territory.

Il traffico è responsabile di una percentuale importante delle emissioni globali di gas serra, ma l'idrogeno gassoso prodotto da fonti di energia rinnovabile è un'alternativa per i veicoli a base di combustibili fossili. La sua diffusa adozione richiede però l'implementazione di una rete di stazioni di rifornimento ad idrogeno che possa competere con quelle convenzionali, in grado di soddisfare le esigenze dei clienti. Questa tesi valuta una configurazione di stazione di rifornimento di idrogeno basata sull'applicazione di uno studio di fattibilità tipico, la metodologia più comune utilizzata per sviluppare progetti. L'analisi considera l'ottimizzazione dell'impianto sia in termini tecnici che economici, concentrandosi su due componenti principali: il compressore e i sistemi di stoccaggio. L'analisi ha considerato prima l'ottimizzazione dei flussi forniti ai tre sistemi di stoccaggio, basandosi su diversi profili di domanda che potrebbero agire come scenario giornaliero tipico. Lo studio tecnico mira a trovare sul mercato i prodotti che meglio soddisfano i requisiti imposti dall'impianto. La ricerca si conclude con la stesura di un'analisi dei costi in cui le principali spese sono valutate su un orizzonte temporale a lungo termine per valutare il costo livellato dell'idrogeno in grado di dare un ritorno in termini economici. I risultati mostrano come lo studio sia stato condotto correttamente, ottenendo uno strumento di ottimizzazione efficiente in grado di indirizzare il flusso di H2 verso il sistema di stoccaggio dedicato, indicando al rispettivo compressore quanto comprimere rispetto a quanto prodotto dall'elettrolizzatore. L'altro strumento ha valutato efficientemente il LCOH finale dopo un calcolo immediato dei valori scontati di ciascun componente di costo proveniente dal piano aziendale con orizzonte temporale di 20 anni. Questa tesi è stata condotta parallelamente allo stage svolto nella sede di Edison Next S.p.A. a Milano sotto la supervisione dell'Ing. Fabrizio Ricotti, responsabile dei servizi tecnici della divisione idrogeno dell'azienda. La tesi mira a replicare il progetto HYMOT condotto dall'azienda, che sviluppa una serie di stazioni di rifornimento H2 su tutto il territorio italiano.

Feasibility study of a hydrogen refueling station for light and heavy-duty vehicles

POSA, NICOLAS
2022/2023

Abstract

Vehicles traffic is responsible for a considerable percentage of global greenhouse gas emissions, but gaseous hydrogen produced from renewable energy sources is an alternative for fossil-based vehicle fuels. However, its widespread adoption requires the implementation of a new hydrogen refuelling station network that can compete with conventional refuelling stations, being able to meet the customer’s demands too. This thesis aims at evaluating a potential hydrogen refuelling station set-up basing on the application of a typical feasibility study, which is the most common methodology used to develop projects. The analysis considers the optimization of the plant both in technical and economic terms, focusing on two main components: the compressor and the storage systems. Firstly, the analysis has considered the optimization of the mass fluxes delivered to the three different storage systems, basing on considerations on different demand profiles that could act as a typical daily scenario. The technical study aimed also to find on the market the products which best satisfy the requirements imposed by the plant. The research ends by drafting a cost analysis in which the main expenses are evaluated on a long-time horizon to evaluate the levelized cost of hydrogen able to give a return in economic terms. The results show how the study has been properly conducted, obtaining an efficient optimization tool capable of efficiently direct the H2 flow to the dedicated storage system, indicating to the respective compressor the exact amount to compress from the one produced by the electrolyser. The other implement instead has efficiently evaluated the final LCOH after an immediate calculation of the discounted values for each cost component coming from the 20 years time horizon business plan. This thesis was conducted in parallel with the internship conducted at Edison Next S.p.A. headquarter in Milan under the supervision of Ing. Fabrizio Ricotti, responsible for the technical services of the company hydrogen division. The thesis aims to replicate the HYMOT project conducted by the company, which develops a series of H2 refuelling stations throughout the Italian territory.
RICOTTI, FABRIZIO
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
9-apr-2024
2022/2023
Il traffico è responsabile di una percentuale importante delle emissioni globali di gas serra, ma l'idrogeno gassoso prodotto da fonti di energia rinnovabile è un'alternativa per i veicoli a base di combustibili fossili. La sua diffusa adozione richiede però l'implementazione di una rete di stazioni di rifornimento ad idrogeno che possa competere con quelle convenzionali, in grado di soddisfare le esigenze dei clienti. Questa tesi valuta una configurazione di stazione di rifornimento di idrogeno basata sull'applicazione di uno studio di fattibilità tipico, la metodologia più comune utilizzata per sviluppare progetti. L'analisi considera l'ottimizzazione dell'impianto sia in termini tecnici che economici, concentrandosi su due componenti principali: il compressore e i sistemi di stoccaggio. L'analisi ha considerato prima l'ottimizzazione dei flussi forniti ai tre sistemi di stoccaggio, basandosi su diversi profili di domanda che potrebbero agire come scenario giornaliero tipico. Lo studio tecnico mira a trovare sul mercato i prodotti che meglio soddisfano i requisiti imposti dall'impianto. La ricerca si conclude con la stesura di un'analisi dei costi in cui le principali spese sono valutate su un orizzonte temporale a lungo termine per valutare il costo livellato dell'idrogeno in grado di dare un ritorno in termini economici. I risultati mostrano come lo studio sia stato condotto correttamente, ottenendo uno strumento di ottimizzazione efficiente in grado di indirizzare il flusso di H2 verso il sistema di stoccaggio dedicato, indicando al rispettivo compressore quanto comprimere rispetto a quanto prodotto dall'elettrolizzatore. L'altro strumento ha valutato efficientemente il LCOH finale dopo un calcolo immediato dei valori scontati di ciascun componente di costo proveniente dal piano aziendale con orizzonte temporale di 20 anni. Questa tesi è stata condotta parallelamente allo stage svolto nella sede di Edison Next S.p.A. a Milano sotto la supervisione dell'Ing. Fabrizio Ricotti, responsabile dei servizi tecnici della divisione idrogeno dell'azienda. La tesi mira a replicare il progetto HYMOT condotto dall'azienda, che sviluppa una serie di stazioni di rifornimento H2 su tutto il territorio italiano.
File allegati
File Dimensione Formato  
2024_04_Posa.pdf

accessibile in internet solo dagli utenti autorizzati

Descrizione: Testo della tesi
Dimensione 2.35 MB
Formato Adobe PDF
2.35 MB Adobe PDF   Visualizza/Apri

I documenti in POLITesi sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.

Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/219394