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PORTALE DELLA DIDATTICA

Risorse energetiche rinnovabili

01RKNNF

A.A. 2018/19

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Per L'Ambiente E Il Territorio - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 48
Esercitazioni in aula 12
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Poggi Davide Professore Ordinario ICAR/02 30 5 0 0 3
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ICAR/02
ICAR/03
3
3
B - Caratterizzanti
B - Caratterizzanti
Ingegneria per l'ambiente e il territorio
Ingegneria per l'ambiente e il territorio
2018/19
In risposta alla rapida espansione che caratterizza il settore delle energie rinnovabili, l'insegnamento si propone di fornire un quadro generale delle principali fonti di energia e di alcune delle tecnologie, sia commerciali che in fase di sviluppo, che possono essere impiegate per il loro corretto utilizzo. Nella prima parte del corso si analizzerà la struttura del sistema energetico nazionale ed i regimi di incentivazione della produzione di energia da fonti rinnovabili. Verranno analizzate le sinergie ed i contrasti legati ad Energia, Ambiente e Sviluppo. Nella seconda parte del corso verranno fornite le conoscenze fondamentali inerenti ai principi di funzionamento ed alle prestazioni degli impianti eolici, impianti idroelettrici, impianti a biomassa e geotermici.
In response to the rapid expansion of the renewable energy sector, the teaching aims to provide students with an overview of the main sources of energy and some of the technologies, both commercial and in development, which can be used for their correct use. In the first part of the course the structure of the national energy system and the incentive schemes for the production of energy from renewable sources will be analyzed. The synergies and contrasts related to Energy, Environment and Development will be presented and discussed. In the second part of the course the fundamental knowledge about the operating principles and performances of wind power plants, hydroelectric plants, biomass and geothermal plants will be provided.
L'obiettivo è acquisire le conoscenze fondamentali relative a: 1) la struttura del sistema energetico nazionale e sui regimi di incentivazione della produzione di energia da fonti rinnovabili, 2) i principi di funzionamento e le prestazioni fornite da impianti eolici, impianti idroelettrici, impianti a biomassa e geotermici, 3) elaborazione delle informazioni disponibili su velocità del vento, portate d’acqua e radiazione solare al fine di quantificare le potenzialità energetiche di un sito, 4) dimensionamento preliminare di un impianto eolico, idroelettrico, a biomassa e geotermico in relazione alle richieste dell’utenza ed alla disponibilità della fonte primaria, 5) reperimento autonomo di specifiche tecniche e dati di costo presso i fornitori di apparecchiature e componenti al fine di effettuare il dimensionamento preliminare e l’analisi economica di impianti alimentati con fonti rinnovabili.
The objective is to acquire the fundamental knowledge of: 1) the structure of the national energy system and the incentive schemes for the production of energy from renewable sources, 2) the operating principles and the performances provided by wind power plants, hydroelectric plants, biomass and geothermal plants, 3) processing of information available on wind speed, water flow and solar radiation in order to quantify the energy potential of a site, 4) preliminary sizing of a wind, hydroelectric, biomass plant and geothermal in relation to user requests and the availability of the primary source, 5) autonomous retrieval of technical specifications and cost data from the suppliers of equipment and components in order to perform the preliminary sizing and economic analysis of plants fed with renewables.
L'allievo che accede a questo insegnamento deve conoscere le proprietà fondamentali della fisica, dell’idrologia, dell’idraulica e dell’ingegneria degli acquiferi. Sono richieste conoscenze di base e capacità di utilizzo di strumenti informatici per l'elaborazione di dati.
The student must know the fundamental properties of physics, hydrology, hydraulics and aquifer engineering. Basic knowledge and ability to use computer tools for data processing are required.
INTRODUZIONE Energia, Ambiente e Sviluppo: auspicabili sinergie ed insanabili contrasti. Le principali fonti di energia rinnovabile e non. Lo scenario energetico nazionale e mondiale. L'evoluzione storica, la situazione attuale e gli sviluppi futuri. Le strategie nazionali ed internazionali per lo sviluppo e l'incentivazione delle energie rinnovabili. I protocolli mondiali ed i conti energia nazionali. Il fabbisogno energetico totale ed il fabbisogno elettrico. La rete elettrica, il libero mercato e gli attori coinvolti. Il ruolo dell'energia verde nel mercato ed il suo impatto sulla rete elettrica nazionale. Uno scenario socio-economico dinamico in continua evoluzione. IDROELETTRICO Impianti a serbatoio, a bacino e ad acqua fluente. Principi, definizioni ed esempi. Criteri di dimensionamento degli impianti, potenza di macchina ed energia. Principali tipologie di turbine, curve di rendimento ed il loro utilizzo negli impianti idroelettrici. Lo schema di un impianto idroelettrico a serbatoio, opere principali, accessorie e di sicurezza. Principali tipologie di dighe. Impianti ad acqua fluente. Tipologie impiantistiche, valutazione del potenziale energetico ed elementi costitutivi. Il mini e micro-Idroelettrico, Tipologie ed esempi. I meccanismi di incentivazione e le opportunità di sviluppo. L’impatto ambientale degli impianti idroelettrici e relativa mitigazione. Il deflusso minimo vitale, la valutazione di impatto ambientale e le procedure amministrative per l’ottenimento della concessione idroelettrica. Visita guidata ad una traversa ed una diga a serbatoio ENERGIA EOLICA Principi di funzionamento. L'atlante eolico italiano, calcolo della potenza e teorema di Betz. Aerogeneratori: caratteristiche e tipologie. Quadro normativo e principali applicazioni. Inserimento paesaggistico ed impatto ambientale. ENERGIA DA MARI ED OCEANI Energia dalle maree. Impianti eolici off-shore. Energia dalle onde. Altre fonti energetiche marine. Lo stato attuale, la potenzialità energetica e gli sviluppi futuri GEOTERMIA Classificazione delle risorse geotermiche e loro utilizzi. Tipologie impiantistiche della geotermia ad alta entalpia: vapore dominante, liquido dominante, EGS. Impianti geotermici a pompa di calore a circuito chiuso: pali geotermici, collettori orizzontali, sonde geotermiche. Thermal Response Tests. Metodi di progettazione per impianti a sonde geotermiche. Impianti geotermici a circuito aperto: richiami sulla caratterizzazione idraulica dell’acquifero, simulazioni numeriche e formule analitiche, principali problematiche di gestione. Impatti ambientali potenziali sugli acquiferi. Riduzione delle emissioni inquinanti. Cenni su costi e valutazione economica. IMPIANTI A BIOMASSA Biomasse e substrati utilizzabili per la valorizzazione energetica, caratterizzazione. La digestione anaerobica: principi, condizioni operative, modalità impiantistiche di messa in opera. Pretrattamenti alla digestione anaerobica. Bilanci di massa e calore ad impianti in piena scala. Valorizzazione del biogas e destino del digestato. Compatibilità ambientale del processo di digestione anaerobica. Riduzione delle emissioni inquinanti. Cenni su costi e valutazione economica.
INTRODUCTION Energy, Environment and Progress: desirable synergies and irretrievable contrasts. The main sources of renewable and traditional energy. The national and global energy scenario. The historical evolution, the current situation and future changes. National and international strategies for the expansion and promotion of renewable energy. The global protocols and national energy accounts. Total energy needs and electrical requirements. The electricity grid, the free market and the actors involved. The role of green energy in the market and its impact on the national electricity grid. A constantly evolving dynamic socio-economic scenario. HYDROELECTRIC Tank, basin and flowing water systems. Principles, definitions and examples. System sizing criteria, machine power and energy. Main types of turbines, yield curves and their use in hydroelectric plants. The scheme of a tank hydroelectric plant, main, accessory and safety works. Main types of dams. Flowing water plants. Plant types, assessment of energy potential and constituent elements. Mini and micro-hydroelectric, Typologies and examples. Incentive mechanisms and development opportunities. The environmental impact of hydroelectric plants and related mitigation. The minimum vital outflow, the environmental impact assessment and the administrative procedures for obtaining the hydroelectric concession. Guided visit to a cross and a reservoir dam WIND ENERGY Operating principles. The Italian wind atlas, calculation of the power and the Betz theorem. Aerogenerators: characteristics and types. Legislative framework and main applications. Landscape insertion and environmental impact. ENERGY FROM SEAS AND OCEANS Energy from the tides. Offshore wind farms. Energy from the waves. Other marine energy sources. Current status, energy potential and future developments GEOTHERMAL Classification of geothermal resources and their uses. Typology of high enthalpy geothermal plants: dominant steam, dominant liquid, EGS. Closed circuit heat pump geothermal plants: geothermal piles, horizontal manifolds, geothermal probes. Thermal Response Tests. Design methods for geothermal probe systems. Open circuit geothermal plants: references to the hydraulic characterization of the aquifer, numerical simulations and analytical formulas, main management problems. Potential environmental impacts on aquifers. Reduction of polluting emissions. Notes on costs and economic evaluation. BIOMASS SYSTEMS Biomass and substrates usable for energy enhancement, characterization. Anaerobic digestion: principles, operating conditions, installation methods. Pretreatments to anaerobic digestion. Mass and heat balances at full-scale plants. Valorisation of biogas and destiny of the digestate. Environmental compatibility of the anaerobic digestion process. Reduction of polluting emissions. Notes on costs and economic evaluation.
Il corso prevede 48 ore di lezione teorica e 12 ore di esercitazione. Durante le ore di esercitazione saranno sviluppati in aula, con esempi numerici applicativi, i principi teorici trattati a lezione. Sono previste visite tecniche presso impianti di produzione di energia rinnovabile.
The course includes 48 hours of theoretical lesson and 12 hours of exercise. The theoretical principles covered in class will be developed in the compuiter lab with numerical examples of applications. Technical visits are planned at renewable energy production plants.
Non sono richiesti testi specifici. Il materiale didattico (slide presentate a lezione, articoli, dispense, brevi report) sarà distribuito dal docente nel corso delle lezioni o reso disponibile sul portale della didattica.
Specific texts are not required. The teaching material (slides presented in class, articles, handouts, short reports) will be distributed by the teacher during the lessons or made available on the teaching portal.
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Progetto di gruppo;
L'esame è in forma orale e riguarda i concetti trattati durante il corso e le esercitazioni svolte. Una parte del punteggio finale (4/30) è attribuito sulla base del lavoro di gruppo svolto durante il semestre e presentato a tutta la classe durante l'ultima settimana del corso. Nella valutazione finale si tiene conto anche del lavoro individuale svolto durante le esercitazioni.
Exam: Compulsory oral exam; Group project;
The exam is oral and covers the concepts presented during the course and the exercises carried out. A part of the final score (4/30) is given on the basis of the group work carried out during the semester and presented to the whole class during the last week of the course. The final evaluation also takes into account the individual work done during the exercises.


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