Docente/i: Alessandro Croce   Paolo Espa   Roberto Preto   Giuseppe Venchi  

Denominazione del corso: Fonti Rinnovabili()
Codice del corso: 504274
Corso di laurea: Ingegneria Elettrica
Sede: Pavia
Settore scientifico disciplinare: 0
Crediti formativi: CFU 12
Sito web del corso: n.d.

Obiettivi formativi specifici

Programma del corso

Il corso vuole fornire una visione la più completa possibile sulla produzione di energia da fonti rinnovabili. Si articola in quattro moduli da 3 CFU ciascuno dedicati rispettivamente a: impianti a biomasse, impianti eolici, impianti idroelettrici e impianti fotovoltaici. Ognuno dei moduli introdurrà i principi di funzionamento dei vari tipi di impianto e fornirà gli strumenti, sia teorici che tecnico pratici, necessari al dimensionamento delle parti che compongono l’impianto. Ove rilevante, saranno anche trattati gli aspetti normativi e sarà valutata la convenienza economica della costruzione ed esercizio dell’impianto.

Modulo di impianti a biomasse
Biomasse: definizione e classificazione. Norme italiane in materia di riduzione delle emissioni di gas serra. Disponibilità biomasse a livello mondiale, europeo ed italiano. Disponibilità regionale delle biomasse. Filiera della biomassa legnosa, erbacea e da semi e frutti. Filiere possibili in Italia. Proprietà delle biomasse. Tipologie. Lignocellulosiche. Amidacee. Saccarifere. Oleaginose. Rifiuti solidi urbani (RSU). Reflui zootecnici. Biocombustibili liquidi. Biocombustibili liquidi. Biocombustibili gassosi. Processi di conversione delle biomasse. Tipologie e analisi globali dei sistemi di conversione. Reattori parametri e analisi di processo. Tipologie di reattori. Parametri di processo. Analisi di processo. Conversione biochimica. Digestione anaerobica. Fermentazione. Estrazione di oli, raffinazione ed esterificazione. Immisione, miscelazione, condizionamento, monitoraggio. Sistemi di immissione. Sistemi di miscelazione. Sostanze nocive. Condizionamento a freddo. Condizionamento a caldo. Sistemi di monitoraggio. Generazione di calore. Termocamini. Caldaie. Centrali termiche. Generazione di elettricità. Turbomacchine motrici. Celle a combustibile. Descrizione e analisi di due diversi sistemi di generazione da biomasse. Impianti di digestione anaerobica. Impianto di gassificazione. La cogenerazione. Analisi dei costi e dei ricavi. Esercizio in parallelo alla rete elettrica di sistemi a biomasse. Sistemi incentivanti e ritiro commerciale dell'energia elettrica iniettata in rete. Elementi di capital budgeting. Progetti di impiante a biomasse.

Modulo di impianti eolici

• Introduzione al corso: i sistemi eolici; la turbina eolica; i principali componenti di un aerogeneratore; HAWT e VAHW; definizione e significato del coefficiente di potenza.
• Principi di aerodinamica: definizione di forze e momenti aerodinamici; teorema di Buckingham; coefficienti di forza aerodinamici; numero di Reynolds e di Mach; profili aerodinamici; portanza, resistenza, momento aerodinamico; aerodinamica 3D.
• Aerodinamica del rotore: triangoli di velocità; teoria del disco attuatore, limite di Betz; teoria impulsiva assiale; teoria impulsiva vorticosa; teoria degli elementi di pala; correzioni instazionarie; aerodinamica di aerogeneratori ad asse verticale.
• Vento: definizione; misure; medie; turbolenza; probabilità e modelli matematici.
• Controllo di aerogeneratori: motivazione e classificazione dei sistemi di controllo; controlli attivi e passivi; controllo in imbardata. Elementi di calcolo strutturale: carichi agenti su un aerogeneratore; frequenze proprie e modi di vibrare (cenni); diagramma di Campbell; progetto di una pala eolica.

Modulo di impianti idroelettrici

• Produzione di energia idroelettrica in Italia.
• Grandi impianti idroelettrici nel mondo.
• Determinazione della capacità di un serbatoio e gestione delle portate regolate per capacità assegnata.
• Sfruttamento di un bacino idrografico a fini idroelettrici, curva idrodinamica.
• Cenni alle turbine idrauliche.
• Cenni alle dighe e relative opere complementari.
• Cenni all’impatto ambientale degli impianti idroelettrici e alle misure di contenimento dell’impatto.
• Calcolo di massima della produzione di impianti di differente tipologia/taglia.

Modulo di impianti fotovoltaici

• Cos’è l’energia solare e come sfruttarla: sorgente e potenza disponibile, air mass, strumenti per la misura dell’irraggiamento, effetto fotoelettrico, struttura fisica della cella, tipi di celle fotovoltaiche.
• Celle e moduli fotovoltaici: modello della cella fotovoltaica, potenza erogata dalla cella fotovoltaica, moduli fotovoltaici, pannelli a concentrazione, condizioni di prova standard, interconnessioni di celle e moduli.
• Produzione di energia elettrica: schema di principio di un impianto fotovoltaico, peculiarità della produzione di un impianto fotovoltaico, rendimento dell’impianto fotovoltaico, calcolo della producibilità, potenza consumata e potenza immessa in rete.
• Inverter per applicazioni fotovoltaiche: generalità, schema di inverter per funzionamento ad isola, schemi di inverter grid-connected, sincronismo con la rete, maximum power point tracking (mppt), anti islanding, efficienza ed efficienza europea, installazione dell’inverter.
• Progettazione dell’impianto: generalità, dimensionamento in potenza e scelta dei moduli, verifica degli ombreggiamenti, scelta della tensione del generatore fotovoltaico e dell’inverter, topologia dell’impianto, interfacciamento con la rete, messa a terra, cablaggio, dispositivi di protezione, manovra e sezionamento, protezioni dalle sovracorrenti, protezioni dalle sovratensioni.
• Valutazioni economiche: remunerabilità di un impianto fotovoltaico, il V Conto Energia, tempo di ritorno dell’investimento.

Prerequisiti

Tipologia delle attività formative

Lezioni (ore/anno in aula): 92
Esercitazioni (ore/anno in aula): 0
Attività pratiche (ore/anno in aula): 0

Materiale didattico consigliato

Per alcuni moduli verranno forniti lucidi e/o dispense relativi agli argomenti trattati durante il corso.

Modalità di verifica dell'apprendimento

Per ognuno dei moduli è previsto un orale durante il quale sarà presentato e discusso un progetto sviluppato dal candidato.