Course Syllabus
Obiettivi
Il corso si propone di fornire allo studente le conoscenze di base sui sistemi di conversione, trasporto, distribuzione e uso finale dell’energia elettrica, con particolare attenzione alle metodiche e alle tecnologie impiegate per il controllo e la riduzione delle emissioni inquinanti.
Lo studente al termine del corso avrà le conoscenze necessarie per comprendere le caratteristiche prestazionali e il funzionamento delle diverse tipologie di impianti di generazione elettrica alimentati a combustibile fossile, a fonte rinnovabile e nucleare. Avrà inoltre acquisito la conoscenza dei vantaggi e degli svantaggi delle diverse tecnologie di conversione dell’energia, dal punto di vista tecnico, economico e ambientale.
L'insegnamento intende dare allo studente una conoscenza adeguata dei principi di termodinamica, fluidodinamica, meccanica, elettronica ed elettrotecnica per comprendere il funzionamento degli impianti di produzione dell’energia elettrica.
Lo studente potrà comprendere e analizzare criticamente le problematiche energetiche e ambientali, gli scenari e le politiche energetiche attuate attraverso leggi, direttive, delibere e regolamenti a livello nazionale ed europeo.
Potrà conoscere le problematiche di sicurezza del sistema elettrico derivanti da elevate penetrazioni di fonti rinnovabili non programmabili, e le misure che dovranno essere attuate per garantire la stabilità del sistema, quali ad esempio: reti intelligenti “smartgrid”, sistemi di accumulo dell’energia e nuove regole di mercato elettrico.
Nel corso viene acquisita la capacità di:
- comprendere articoli scientifici relativi alle tecnologie di conversione dell’energia e dei sistemi di accumulo;
- comunicare con un linguaggio tecnico appropriato le tematiche studiate sia in forma orale che scritta,
- capire le leggi e le direttive emanate in ambito energetico.
Contenuti sintetici
Il corso intende dare gli elementi di base per la comprensione e l’analisi critica degli aspetti energetici, economici, ambientali che interessano la conversione dell’energia primaria in energia elettrica, il trasporto e la distribuzione, e gli usi finali della stessa. Si descrivono anche le ricerche in corso per fornire una visione a lungo termine dell’evoluzione del sistema elettrico.
Programma esteso
1. Statistiche energetiche nazionali. Scenari evolutivi del sistema elettrico italiano: evoluzione della domanda di energia elettrica e sviluppo dell'offerta di generazione elettrica.
2. Produzione centralizzata di energia elettrica e generazione distribuita. Tecnologie di conversione dell’energia utilizzanti combustibili fossili: impianti convenzionali con turbine a vapore e a gas, accumulo di energia ad aria compressa, impianti a ciclo combinato, microturbine a gas, le tecnologie pulite del carbone, motori alternativi (Diesel, Otto e Stirling) e celle a combustibile.
Gli impianti cogenerativi, le pompe di calore e l’efficienza energetica.
Tecnologie utilizzanti le fonti energetiche rinnovabili: impianti idroelettrici, sistemi di pompaggio idroelettrico, impianti fotovoltaici, impianti eolici, impianti per l’utilizzo della biomassa, impianti geotermici. Impianti di termovalorizzazione dei rifiuti. Impianti nucleari: reattori termici, veloci e di IV generazione.
3. Trasmissione e distribuzione dell’energia elettrica: classificazione degli impianti, struttura del sistema, diagrammi di carico. Sistemi di accumulo elettrico. L’evoluzione del sistema elettrico: generazione distribuita e gestione della domanda (reti intelligenti).
4. La liberalizzazione del mercato elettrico: le direttive europee, decreti e leggi nazionali, organizzazione del settore elettrico, struttura del mercato, la borsa elettrica. Bilanciamento del sistema elettrico, riserva primaria, secondaria e terziaria.
Prerequisiti
Fisica generale
Modalità didattica
Lezione frontale, 6 cfu - 48 ore
Materiale didattico
Disponibilità di materiale didattico (slide) fornito dal docente
Periodo di erogazione dell'insegnamento
primo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
L'esame consiste in una prova orale in cui sono discussi gli argomenti presentati nelle lezioni.
Viene valutato l’apprendimento delle diverse tecnologie di produzione dell’energia elettrica, dei sistemi di accumulo dell’energia e del loro differente impatto sull’ambiente come illustrato nel corso. Inoltre, vengono verificate le capacità e le attitudini dello studente all’analisi critica e comparativa delle tecnologie di conversione illustrando per ciascuna i vantaggi e i limiti. Inoltre, è tenuta in considerazione la capacità espositiva e l’adeguatezza del linguaggio dello studente.
Per l'ammissione alla prova orale è necessario presentare una breve relazione scritta su un argomento trattato nel corso, questo consente in particolare di valutare la capacità di sintesi dello studente, la relazione viene poi discussa nella prova orale.
Nel caso di non superamento della prova orale, non è previsto il salto d'appello e non è richiesta la preparazione di una nuova relazione scritta.
Orario di ricevimento
Il docente è disponibili a ricevere gli studenti previo appuntamento tramite e-mail.
Sustainable Development Goals
Aims
The course aims to provide the student with the basic knowledge on systems of conversion, transport, distribution and final use of electricity, with particular attention to the methods and technologies used for the control and reduction of polluting emissions.
At the end of the course, the student will have the necessary knowledge to understand the performing characteristics and the functioning of the different types of electricity generation plants fueled with fossil, renewable and nuclear sources. He will also have acquired the knowledge of the advantages and disadvantages of the various energy conversion technologies, from a technical, economic and environmental point of view.
The course aims to give the student an adequate knowledge of the principles of thermodynamics, fluid dynamics, mechanics, electronics and electrotechnics to understand the process of electrical energy production plants.
The student will be able to understand and critically analyze energy and environmental issues, energy scenarios and policies implemented through laws, directives, resolutions and regulations at national and European level.
He will be able to understand the security issues of the electricity system deriving from high penetrations of non-programmable renewable resources, and the measures that will have to be implemented to guarantee the stability of the system, such as: smartgrid, energy storage systems and new electricity market rules.
During the course the following skills are learnt:
- understanding scientific articles related to energy conversion technologies and storage systems;
- communicating the topics studied both in oral and written form with appropriate technical language;
- understanding laws and directives issued in the energy field.
Contents
Aim of the course is to provide a basis for understanding and analyzing energetic, economic and environmental issues connected with the conversion of primary energy into electric energy, with its transport and distribution and with its final use. A hint is also given on up-to-date research in the field, to offer a long term view about the evolution of the electric system.
Detailed program
1. National energetic statistics:
- Evolution of supply and demand
2. Central production and distributed generation. Conversion from fossil fuels:
- steam turbines
- gas turbines and compressed air energy storage
- combined cycle
- gas microturbines
- clean coal technologies
- Diesel engine
- Otto engine
- Stirling engine
- fuel cells.
Cogeneration plants, heat pumps and energy efficiency.
Renewable sources: photovoltaic, wind, biomass, hydropower and pumped-storage power stations. Geothermal power plants. Waste to energy plants.
Nuclear plants: thermal and fast reactors, generation IV reactors.
3. Transmission, distribution and storage of electrical energy.
The evolution of the electrical system: distributed generation and demand-side management (smart grids).
- The electric market: European directives, decrees and national laws, organization of the electricity sector, the market structure and the Power Exchange.
Balancing of the Power System, primary, secondary and tertiary reserve.
Prerequisites
General Physics
Teaching form
Lessons, 6 credits - 48 hours
Textbook and teaching resource
Availability of teaching materials (slides) provided by th teacher
Semester
first semester
Assessment method
The exam consists of an oral assessment in which the topics of the lessons are discussed.
The learning of the different technologies of electricity production, of energy storage systems and their different impact on the environment as illustrated in the course is evaluated. Furthermore, the student's abilities and attitudes are tested for the critical and comparative analysis of conversion technologies, illustrating advantages and limitations. Furthermore, the student’s speaking ability and language property are taken into consideration.
For the admission to the oral examination it is necessary to present a brief written report on a topic exposed in the course, this allows in particular to evaluate the student's synthesis ability, the report is then discussed in the exam.
In case of not passing the exam, there is no jump call and the preparation of a new written report is not required.
Office hours
The teacher is available to receive students by appointment via e-mail.
Sustainable Development Goals
Staff
-
Claudio Luciano Bossi
