Syllabus del corso
Obiettivi
Conoscenza dei principi fisici alla base delle risorse energetiche primarie, della loro disponibilità e possibilità di utilizzo. Trasformazioni energetiche. Combinazione sostenibile delle fonti energetiche
Contenuti sintetici
Definizione dei sistemi energetici e delle problematiche connesse.
Dinamica dei fluidi per la conversione energetica.
Fonti di energia rinnovabili: principi, sorgenti e tecnologie
Combustibili fossili: formazione, riserve, elementi di combustione e potere calorifico.
Introduzione all'energia nucleare.
Fissione Nucleare.
Fusione Nucleare .
Cenni alle reti di distribuzione dell'energia elettrica e ai sistemi di storage.
Energy mix
Programma esteso
Definizione dei sistemi energetici e delle problematiche connesse. Evoluzione del fabbisogno energetico. Sostenibilita' dei sistemi energetici. Capacity Factor, Energy Return On Investments.
Dinamica dei fluidi per la conversione energetica. Conservazione dell'energia in un fluido ideale, equazione di Bernoulli, dinamica di un fluido viscoso, forze di lift e drag, circolazione, flusso su un profilo alare, equazione di Eulero per una turbina.
Fonti di energia rinnovabili termiche a bassa entalpia: solare termico, geotermia, idrotermia. Esempi, disponibilita' potenziale, linee di sviluppo tecnologico
Fonti di energia rinnovabili di origine meccanica di tipo streaming: eolico, onde di marea, onde marine. Esempi e disponibilita' potenziale, linee di sviluppo tecnologico.
Energia idroelettrica. Potenza in uscita da un bacino idroelettrico. Turbine a impulse e a reazione e rispettivi range di funzionamento
Energia da biomasse. Processi di conversione dell’energia posseduta dalle biomasse vegetali. Selezione delle biomasse per produzione energetica.
Solare fotovoltaico. Generalita’ sulle celle solari inorganiche. Semiconduttori. Celle al silicio. Tecnologie avanzate per l’ottimizzazione dell’efficienza
Combustibili fossili: formazione, riserve, elementi di combustione e potere calorifico.
Introduzione all'energia nucleare. Energia di legame, curva di stabilita', decadimento radioattivo, modello nucleare a goccia, cenni all'interazione di radiazione ionizzante con la materia.
Fissione Nucleare. Reazione a catena, energia di attivazione, cenni di neutronica, cinetica del reattore e moderatore. Schemi di funzionamento di reattori a neutroni termici e a neutroni veloci. Ciclo del combustibile.
Fusione Nucleare . Reazioni di fusione, cenni di fisica del plasma termonucleare, cenni al confinamento inerziale del plasma, confinamento magnetico del plasma, dispositivi tokamak, schema di funzionamento del reattore termonucleare. Progressi nel raggiungimento delle condizioni di reazione termonucleare, principali obiettivi della ricerca verso la realizzazione del reattore.
Cenni alle reti di distribuzione dell'energia elettrica e ai sistemi di storage.
Combinazione delle fonti energetiche verso la sostenibilità
Prerequisiti
Conoscenze di termodinamica, elettromagnetismo e struttura della materia dalla laurea di primo livello
Modalità didattica
Lezione frontale
Materiale didattico
John Andrews, Nick Jelley. Energy Science: Principles, Technologies, and Impacts. Oxford University Press, 2017
Bob Everett, Energy Systems and Sustainability: Power for a Sustainable Future. OUP Oxford, 2012
Ibrahim Dincer, Calin Zamfirescu. Sustainable Energy Systems and Applications. Springer Science 2011
Tushar K. Ghosh, Mark A. Prelas. Energy Resources and Systems: Volume 2: Renewable Resources. Springer Business & Economics 2011
Slides del corso messe a disposizione dal docente.
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Secondo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Seminari didattici svolti dagli studenti, con relazione di approfondimento, su temi e approfondimenti inerenti al corso e concordati con il docente.
Colloquio.
Orario di ricevimento
Previo appuntamento per telefono o email
Aims
Knowledge of the physical principles at the basis of primary energy resources, of their availability and possibility of use. Energy transformations. Combination of energy sources for sustainability
Contents
Definition of energy systems and related problems.
Fluid dynamics for energy conversion.
Renewable energy sources: principles, sources and technologies
Fossil fuels: formation, reserves, combustion elements and calorific value.
Introduction to nuclear energy.
Nuclear fission.
Nuclear Fusion.
Introduction to electricity distribution networks and storage systems.
Energy mix
Detailed program
Definition of the energy systems and related problems. Evolution of the energy request. Sustainability of energy systems. Capacity Factor, Energy Return On Investments.
Dynamics of fluids for energy conversion. Conservation of energy in an ideal fluid, Bernoulli equation, dynamics of a viscous fluid, lift and drag forces, circulation, flow on a wing profile, Euler equation for a turbine.
Renewable sources of low-enthalpy thermal energy: solar thermal, geothermal, hydrothermal. Examples, potential availability, lines of technological development
Renewable sources of energy of mechanical origin: wind, tides, sea waves. Examples and potential availability, lines of technological development.
Hydroelectric energy. Power output from a hydroelectric basin. Impulse turbins and reaction turbines and respective operating ranges
Biomass energy. Energy conversion processes of plant biomass. Selection of biomass coltures for energy production.
Solar photovoltaic. Generalities on inorganic solar cells. Semiconductors. Silicon cells. Advanced technologies for efficiency optimization
Fossil fuels: formation, reserves, combustion elements and calorific properties
Introduction to nuclear energy. Binding energy, stability curve, radioactive decay, drop model of the nucleus, hints of the interaction of ionizing radiation with matter.
Nuclear Fission. Chain reaction, activation energy, neutronics, reactor kinetics and moderator. Operating diagrams of thermal neutron and fast neutron reactors. Fuel cycle
Nuclear fusion. Fusion reactions, hints of thermonuclear plasma physics, inertial confinement of plasma, plasma magnetic confinement, tokamak devices, thermonuclear reactor operation scheme. Progress in fusion. Research frontiers towards the thermonuclear reactor.
Overview of electricity distribution networks and storage systems.
Energy mix and sustainability
Prerequisites
Knowledge of thermodynamics, electromagnetism and structure of matter from the first level degree
Teaching form
Taught class
Textbook and teaching resource
John Andrews, Nick Jelley. Energy Science: Principles, Technologies, and Impacts. Oxford University Press, 2017
Bob Everett, Energy Systems and Sustainability: Power for a Sustainable Future. OUP Oxford, 2012
Ibrahim Dincer, Calin Zamfirescu. Sustainable Energy Systems and Applications. Springer Science 2011
Tushar K. Ghosh, Mark A. Prelas. Energy Resources and Systems: Volume 2: Renewable Resources. Springer Business & Economics 2011
Slides of the lecturesSemester
Second semester
Assessment method
Presentations held by students. Written report, on topics and insights inherent to the course.
Interview.
Office hours
After appointment by phone or email
Scheda del corso
Staff
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Carlo Sozzi