Syllabus del corso
Obiettivi
Il corso si propone di fornire allo studente le conoscenze di base sui sistemi di conversione dell’energia, 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.
Attraverso questo percorso, verranno acquisite e sviluppate le seguenti competenze:
• Comprensione dei Sistemi Energetici: Conoscenza dei sistemi di conversione dell’energia, trasporto, distribuzione e uso finale dell'energia elettrica. Comprensione delle caratteristiche prestazionali e del funzionamento delle diverse tipologie di impianti di generazione elettrica (a combustibili fossili, rinnovabili e nucleare), insieme ai principi fondamentali di termodinamica, fluidodinamica, meccanica, elettronica ed elettrotecnica necessari all'analisi degli impianti e delle problematiche di sicurezza del sistema elettrico (comprese smart grid e sistemi di accumulo).
• Analisi Valutativa e Ambientale: Capacità di analizzare criticamente, anche in ottica propositiva, le politiche energetiche e ambientali in evoluzione a livello nazionale e sovranazionale. Applicazione delle principali metodologie di valutazione dell'impatto ambientale e di controllo dei danni, con l'abilità di analizzare le principali fonti di dati e i relativi indicatori target.
• Quadro Normativo e Scenari Energetici: Comprensione e analisi critica delle problematiche energetiche e ambientali, degli scenari futuri, nonché delle politiche e delle leggi in ambito energetico (direttive, delibere, regolamenti nazionali ed europei), affiancata alla capacità di interpretare articoli scientifici relativi alle tecnologie di conversione dell'energia e ai sistemi di accumulo.
• Autonomia Critica e Letteratura Scientifica: Capacità di esaminare in modo critico la letteratura scientifica internazionale (anche in lingua inglese), banche dati e report tecnici di centri di ricerca, governi e organizzazioni internazionali, e i documenti tecnico-normativi di settore, valutando con autonomia di giudizio i vantaggi, gli svantaggi e i limiti delle diverse metodologie e tecnologie disponibili. Capacità di formulare un giudizio autonomo su politiche, piani e programmi in ambito ambientale anche in chiave di sostenibilità e di Agenda ONU 2030.
• Abilità comunicative: Capacità di comunicare informazioni, idee, problemi e soluzioni ambientali a interlocutori specialisti e non specialisti, con linguaggio tecnico-scientifico appropriato.
Contenuti sintetici
Il corso offre una panoramica aggiornata sugli scenari energetici globali, analizzando in modo approfondito sia le tecnologie di conversione tradizionali sia le soluzioni innovative per la transizione energetica. Verranno esaminati i sistemi di generazione (fossile, rinnovabile e nucleare), i sistemi di accumulo, la gestione delle reti elettriche intelligenti e il quadro normativo di riferimento.
Programma esteso
**Unità 1: Scenari energetici globali e transizione energetica**
- Statistiche energetiche nazionali e internazionali.
- Fonti energetiche primarie e secondarie: evoluzione della produzione e dei consumi.
- Trend delle emissioni di anidride carbonica (CO_2) in atmosfera e di altri gas serra.
Unità 2: Tecnologie di conversione dell'energia da combustibili fossili - Impianti termoelettrici con turbine a vapore e a gas; microturbine a gas.
- Impianti a ciclo combinato gas-vapore.
- Motori alternativi a ciclo: Diesel, Otto e Stirling.
- Impianti con gassificazione (IGCC).
- Sistemi per il controllo e la riduzione delle emissioni inquinanti nei processi di combustione.
- Impianti di cogenerazione e trigenerazione.
- Pompe di calore a compressione di vapore e ad assorbimento.
Unità 3: Impianti di produzione da fonti rinnovabili e gestione rifiuti - Impianti idroelettrici, fotovoltaici ed eolici.
- Impianti per l'utilizzo della biomassa e impianti geotermici.
- Impianti di termovalorizzazione dei rifiuti.
Unità 4: Tecnologie nucleari avanzate - Il processo di fissione nucleare; reattori termici e veloci.
- Reattori nucleari di IV generazione e Small Modular Reactors (SMR).
Unità 5: Sistemi di accumulo, vettori energetici e generatori elettrochimici - Sistemi di accumulo: pompaggio idroelettrico e accumulo di energia ad aria compressa (CAES).
- Accumulatori elettrochimici.
- Produzione di idrogeno rinnovabile.
- Generatori elettrochimici: celle a combustibile e pile secondarie.
Unità 6: Rete elettrica, mercato dell'energia e quadro regolatorio - Trasmissione e distribuzione dell'energia elettrica.
- Il mercato elettrico e il bilanciamento del sistema elettrico: riserva primaria, secondaria e terziaria.
- Evoluzione del sistema elettrico: generazione distribuita e reti intelligenti (smart grid).
- Il quadro normativo italiano ed europeo in ambito energetico: direttive europee, decreti e leggi nazionali..
Prerequisiti
Fisica generale
Modalità didattica
24 lezioni da 2 ore di didattica erogativa in presenza
L'insegnamento viene erogato in lingua italiana.
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, sono assenti prove in itinere.
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 basic knowledge on energy conversion systems, and the transport, distribution, and end-use of electrical energy, with particular attention to the methodologies and technologies employed for the control and reduction of pollutant emissions. Through this educational path, the following skills will be acquired and developed:
• Understanding of Energy Systems: Knowledge of electrical energy conversion, transport, distribution, and end-use systems. Understanding of the performance characteristics and operation of different types of electricity generation plants (fossil fuels, renewables, and nuclear), along with the fundamental principles of thermodynamics, fluid dynamics, mechanics, electronics, and electrical engineering necessary for the analysis of the plants and the security and safety issues of the electrical system (including smart grids and storage systems).
• Evaluative and Environmental Analysis: Ability to critically analyse, also from a proactive perspective, evolving energy and environmental policies at national and supranational levels. Application of the main methodologies for environmental impact assessment and damage control, with the ability to analyse the main data sources and relevant target indicators.
• Regulatory Framework and Energy Scenarios: Understanding and critical analysis of energy and environmental issues, future scenarios, as well as policies and laws in the energy field (directives, resolutions, national and European regulations), combined with the ability to interpret scientific articles related to energy conversion technologies and storage systems.
• Critical Autonomy and Scientific Literature: Ability to critically examine international scientific literature (including in English), databases and technical reports from research centers, governments, and international organizations, as well as technical-regulatory documents in the sector, evaluating with independent judgment the advantages, disadvantages, and limitations of the various available methodologies and technologies. Ability to formulate an independent judgment on environmental policies, plans, and programs, also from a sustainability perspective and in line with the UN Agenda 2030.
• Communication Skills: Ability to communicate environmental information, ideas, problems, and solutions to specialist and non-specialist interlocutors, using appropriate technical-scientific language.
Contents
The course provides a comprehensive and up-to-date overview of global energy scenarios, analysing both traditional conversion technologies and cutting-edge solutions for the energy transition. Key areas of study will include generation systems (fossil, renewable, and nuclear), energy storage systems, smart grids management, and the relevant regulatory framework.
Detailed program
**Unit 1: Global Energy Scenarios and Energy Transition**
- National and international energy statistics.
- Primary and secondary energy sources: evolution of production and consumption.
- Trends in atmospheric carbon dioxide (CO_2) and other greenhouse gas emissions.
Unit 2: Fossil Fuel Energy Conversion Technologies - Thermoelectric power plants with steam and gas turbines; gas microturbines.
- Combined cycle gas-steam power plants (CCGT).
- Reciprocating engines: Diesel, Otto, and Stirling cycles.
- Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC) plants.
- Systems for the control and reduction of pollutant emissions in combustion processes.
- Cogeneration (CHP) and trigenerative plants.
- Vapor-compression and absorption heat pumps.
Unit 3: Renewable Energy Generation Plants and Waste Management - Hydroelectric, photovoltaic, and wind power plants.
- Biomass utilization plants and geothermal power plants.
- Waste-to-energy (WTE) plants.
Unit 4: Advanced Nuclear Technologies - The nuclear fission process; thermal and fast reactors.
- Generation IV nuclear reactors and Small Modular Reactors (SMRs).
Unit 5: Energy Storage Systems, Energy Carriers, and Electrochemical Generators - Energy storage systems: pumped-storage hydro and Compressed Air Energy Storage (CAES).
- Electrochemical accumulators (batteries).
- Renewable hydrogen production.
- Electrochemical generators: fuel cells and secondary batteries.
Unit 6: Power Grids, Energy Market, and Regulatory Framework - Transmission and distribution of electricity.
- The electricity market and power system balancing: primary, secondary, and tertiary reserve.
- Evolution of the electrical system: distributed generation and smart grids.
- Italian and European energy regulatory frameworks: European directives, national decrees, and laws.
Prerequisites
General Physics
Teaching form
24 lessons two hours lectures, in person, Delivered Didactics
The course is in Italian.
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, there are no ongoing tests.
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
