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PORTALE DELLA DIDATTICA

Impianti di produzione di potenza e sostenibilità

01TWVMK

A.A. 2021/22

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea in Ingegneria Energetica - Torino

Mutua

01VJNMK

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 80
Esercitazioni in aula 12
Esercitazioni in laboratorio 8
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Zucchetti Massimo Professore Ordinario ING-IND/19 60,5 0 0 0 3
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/19
ING-IND/19
3
7
F - Altre attività (art. 10)
B - Caratterizzanti
Altre conoscenze utili per l'inserimento nel mondo del lavoro
Ingegneria nucleare
2019/20
Il corso di "Impianti di produzione di potenza e sostenibilità" costituisce la materia fondante, per un ingegnere energetico, per l'approfondimento delle conoscenze relative alle caratteristiche costruttive e funzionali delle centrali di potenza elettrica, siano esse termiche o nucleari, nelle quali è utilizzato un ciclo termodinamico. L'approccio tende a valutare insieme diversi aspetti multidisciplinari, connessi ad esempio alla combustione, al trasporto dell'energia termica, all'abbattimento degli inquinanti, allo studio dei sistemi ausiliari e di sicurezza, ed infine alla regolazione e controllo dell'intero processo. Gli impianti vengono esaminati nell'ottica non tanto della esclusiva produzione ed ottimizzazione, ma anche della loro sostenibilità ambientale ed energetica. I principi di funzionamento dei componenti e sistemi sono affrontati ai fini della progettazione degli impianti in termini di massimo rendimento, minimo costo di esercizio, massima sicurezza ed affidabilità e competitività tra le diverse soluzioni progettuali, sostenibilità ambientale.
The course on "Power production and sustainability" is a founding subject for an energy engineer, which aims at deepening knowledge related to the construction and functional characteristics of electric power plants, whether thermal or nuclear, in which a thermodynamic cycle is used. The approach tends to evaluate together several multidisciplinary aspects, connected for example to combustion, the transport of thermal energy, the reduction of pollutants, the study of auxiliary and safety systems, and finally the regulation and control of the entire process. Plants are examined with a view not only on their production and optimization, but also to their environmental and energy sustainability. The operating principles of the components and systems are addressed for the purpose of designing the systems in terms of maximum efficiency, minimum operating cost, maximum safety and reliability and competitiveness between the various design solutions, environmental sustainability.
L'obiettivo del corso è il completamento ed approfondimento delle conoscenze relative alle caratteristiche costruttive e funzionali delle centrali termiche e nucleari per la produzione di energia elettrica, viste anche nell'ottica della loro sostenibilità ambientale. I contenuti del corso sono calibrati in modo da permettere allo studente l'analisi di impianti complessi quali le centrali termoelettriche e nucleari. Il corso è inteso per acquisire la capacità ad identificare i componenti di impianto, caratterizzare la loro funzione, definire le specifiche tecniche dei componenti e sottosistemi. Un altro obiettivo è l'acquisizione delle abilità a progettare semplici sistemi termo-meccanici, quali scambiatori di calore tra prodotti di combustione e fluidi termo vettori, bruciatori, condensatori, sistemi di movimentazione di fluidi, sistemi di regolazione. Sulla base di approfondimenti individuali e monotematici potranno dimostrare le loro capacità a comunicare quanto acquisito in forma autonoma e critica.
The aim of the course is to complete and deepen the knowledge related to the construction and functional characteristics of thermal and nuclear power plants for the production of electricity, also considering their environmental sustainability. The course contents are calibrated to allow the student to analyze complex systems, such as thermoelectric and nuclear power plants. The course is intended to acquire the ability to identify plant components, characterize their operation, define the technical specifications of the components and subsystems. Another objective is the acquisition of skills to design simple thermo-mechanical systems, such as heat exchangers between combustion products and thermo-carrier fluids, burners, condensers, fluid handling systems, regulation systems. Based on individual and monothematic insights, they will be able to demonstrate their ability to communicate what they have acquired independently and critically.
Si richiedono conoscenze pregresse sulle leggi di conservazione della massa, energia e quantità di moto.
Previous knowledge of the basic conservation equations is required: mass, energy and momentum.
1 Centrali termoelettriche 1.1 Termodinamica della combustione, combustibili fossili, combustione in presenza di dissociazioni termiche. 1.2 Componenti e sistemi dei generatori di vapore a combustibili fossili: camere di combustione, bruciatori. 1.3 Ceneri e loro influenza nel progetto del generatore di vapore e del suo esercizio. 1.4 Sistemi per la protezione ambientale e monitoraggio degli effluenti gassosi. 2 Centrali nucleari 2.1 Centrali nucleari ad acqua pressurizzata: componenti del circuito primario e sistemi ausiliari del reattore. 2.2 Centrali nucleari ad acqua bollente (BWR): Descrizione dell'impianto e sistemi ausiliari del reattore. 2.3 Reattori ad acqua pesante (CANDU) e Reattori a gas grafite. Cenno agli HTGR. 2.4 Sicurezza degli impianti nucleari: Principi generali di sicurezza nucleare. Difesa in profondità. Stabilità intrinseca. Ridondanza e diversificazione. Barriere di contenimento. 2.5 Classificazione dei possibili incidenti. Definizione, fenomeni aggravanti, tipologia degli incidenti negli impianti nucleari. Sistema di protezione del reattore (RPS). Refrigerazione del reattore spento. Incidenti di reattività. Incidenti di mancato raffreddamento. Incidenti di perdita del fluido termovettore (LOCA) nei PWR e BWR. 2.6 Termini di sorgente e modelli di diffusione atmosferica. 2.7 Criteri di sicurezza. Metodi probabilistici. Valutazione deterministico-probabilistica del rischio di incidente. Livelli di PRA. Report Wash 1400. 3 Controllo degli impianti di Potenza 3.1. Problematiche di dinamica e controllo di impianti per la produzione di energia termica ed elettrica. 3.2. Controllo gerarchico e suoi livelli, funzioni di controllo automatico, supervisione e regolazione dei processi di produzione dell'energia. 3.3. Sistemi fisici, formulazione dei modelli dinamici e loro classificazione (variabili di stato). 3.4. Formulazione dei modelli dinamici in termini di funzioni di trasferimento con simulazione nel dominio del tempo. 3.5. Formulazione di sistemi dinamici: schemi a blocchi 3.6. Caratteristiche dei sistemi di controllo. 3.7.Luogo delle radici, risposta in frequenza. Analisi di stabilità 3.8 Sistemi elettromeccanici. Sistemi termoidraulici. 3.9. Controllo di impianti a combustibile fossile e nucleare. Regolazione del carico e della frequenza 4. Sostenibilità ambientale ed energetica 4.1 Tematiche ambientali: introduzione alla normativa 4.2 Life Cycle Assessment (LCA) 4.3 Analisi di alcune tipologie di impianti energetici e relativo studio di impatto ambientale
1. Thermal power plants 1.1 Thermodynamics of combustion, fossil fuels, combustion in the presence of thermal dissociations. 1.2 Components and systems of fossil fuel steam generators: combustion chambers, burners. 1.3 Ash and their influence on the design of the steam generator and its operation. 1.4 Systems for environmental protection and monitoring of gaseous effluents. 2 Nuclear power plants 2.1 Pressurized water nuclear power plants: components of the primary circuit and auxiliary systems of the reactor. 2.2 Boiling water nuclear power plants (BWR): Description of the reactor plant and auxiliary systems. 2.3 Heavy water reactors (CANDU) and Graphite gas reactors. A hint to the HTGR. 2.4 Safety of nuclear installations: General principles of nuclear safety. Defense in depth. Intrinsic stability. Redundancy and diversification. Containment barriers. 2.5 Classification of possible accidents. Definition, aggravating phenomena, typology of accidents in nuclear plants. Reactor protection system (RPS). Reactor cooling off. Reactivity accidents. Non-cooling accidents. Incidents of loss of heat transfer fluid (LOCA) in PWR and BWR. 2.6 Source terms and atmospheric diffusion models. 2.7 Security criteria. Probabilistic methods. Deterministic-probabilistic evaluation of the accident risk. PRA levels. Wash 1400 Report. 3 Control of power plants 3.1. Dynamics and control problems of plants for the production of thermal and electric energy. 3.2. Hierarchical control and its levels, automatic control functions, supervision and regulation of energy production processes. 3.3. Physical systems, formulation of dynamic models and their classification (state variables). 3.4. Formulation of dynamic models in terms of transfer functions with simulation in the time domain. 3.5. Formulation of dynamic systems: block diagrams 3.6. Characteristics of control systems. 3.7.Place of roots, frequency response. Stability analysis 3.8 Electromechanical systems. Thermohydraulic systems. 3.9. Control of fossil and nuclear fuel plants. Load and frequency regulation 4. Environmental and energy sustainability 4.1 Environmental issues: introduction to legislation 4.2 Life Cycle Assessment (LCA) 4.3 Analysis of some types of energy plants and related environmental impact study
L'insegnamento prevede l'iniziale svolgimento in aula delle lezioni riguardanti le Parti 1 (Centrali termoelettriche) e 2 (Centrali Nucleari), durante le quali verranno proposti alcuni aspetti più applicativi relativi al progetto di componenti degli Impianti. In seguito, alle lezioni verranno affiancate successivamente esercitazioni in aula sulla parte 3 (Regolazione) ed infine lezioni ed esercitazioni sulla parte 4 (Sostenibilità).
The course starts with lessons in the classroom concerning: Parts 1 (thermoelectric power plants) and 2 (nuclear power plants). During lessons some applicative aspects relating to the project of plant components will be proposed. Subsequently, the lessons will be accompanied by exercises develeloped in class concerning part 3 (Regulation) and, finally, lessons and exercises on part 4 (Sustainability).
M. Zucchetti, Impianti di produzione di potenza e sostenibilità, dispense del corso, a/a 2019/2020 M. De Salve e B. Panella, Appunti del corso di Centrali Termoelettriche e Nucleare, a/a 2018/2019 C. Lombardi, Impianti nucleari, Città Studi, 2004. M. Cumo, Impianti nucleari. Casa Editrice Università La Sapienza, 2008. Babcock & Wilcox, Steam, its generation and use, Eds. Stultz and Kitto, Babcock & Wilcox Company, 1992. T. C. Elliot, K. Chen, R.C. Swanekamp, Standard Handbook of Power Plant Engineering, Mc Graw Hill, 1997. John J. D'Azzo, Constantine H. Houpis , Linear Control System Analysis and Design Conventional and Modern, McGraw - Hill, 3rd Edition, 1988.
M. Zucchetti, Impianti di produzione di potenza e sostenibilità, dispense del corso, a/a 2019/2020 M. De Salve e B. Panella, Appunti del corso di Centrali Termoelettriche e Nucleare, a/a 2018/2019 C. Lombardi, Impianti nucleari, Città Studi, 2004. M. Cumo, Impianti nucleari. Casa Editrice Università La Sapienza, 2008. Babcock & Wilcox, Steam, its generation and use, Eds. Stultz and Kitto, Babcock & Wilcox Company, 1992. T. C. Elliot, K. Chen, R.C. Swanekamp, Standard Handbook of Power Plant Engineering, Mc Graw Hill, 1997. John J. D'Azzo, Constantine H. Houpis , Linear Control System Analysis and Design Conventional and Modern, McGraw - Hill, 3rd Edition, 1988.
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa;
La prova scritta prevede quattro quesiti, ognuno riguardante una delle quattro parti del corso (vedi programma). I quesiti saranno a risposta libera. La durata della prova scritta sarà di due ore. Mentre i quesiti sulle Parti 1 (Centrali termoelettriche), 2 (Centrali Nucleari), e 4 (Sostenibilità) riguarderanno le parti concettuali e di teoria svolte durante le lezioni, il quesito sulla parte 3 (Regolazione) sarà costituito dalla risoluzione di un esercizio. Il voto finale viene espresso in trentesimi e ad ogni quesito è assegnato un peso in base al numero di ore dedicate a quella parte, da programma. La prova orale è facoltativa e consiste in una correzione collettiva dello scritto, nonché della possibilità da parte dello studente di visionare e discutere la propria prova scritta. A meno di messa in evidenza di errori di valutazione, non è prevista alcuna variazione del voto finale, a seguito di domande orali, o tesine, o in alcun altro modo. La correzione collettiva dello scritto avviene dopo circa una settimana dallo scritto (dipendentemente anche dal numero di compiti di correggere). Data e aula vengono annunciate con opportuno avviso. La visione e discussione della propria prova scritta sono un diritto dello studente, ma non un dovere: la presenza alla correzione non è quindi obbligatoria. L'esame - in caso di esito positivo - viene comunque registrato in data dello scritto. L'assenza alla correzione collettiva non pregiudica in alcun modo la registrazione del voto. Per quanto riguarda l'accettazione o meno delle votazioni dell'esame, se ci si presenta ad uno scritto, ogni voto precedente è annullato dal solo sedersi sulla sedia e ritirare il compito. Ciò detto, è sempre possibile ritirarsi durante uno scritto. Nel caso si consegni, solo se si ottiene una votazione inferiore a 24 (fra 18 e 23) è possibile rifiutarla.
Exam: Written test; Optional oral exam;
The written test includes four questions, each concerning one of the four parts of the course (see program). The questions will be open-ended. The duration of the written test will be two hours. Questions on Parts 1 (Thermoelectric Power Plants), 2 (Nuclear Power Plants), and 4 (Sustainability) will concern the conceptual and theoretical parts carried out during the lessons. In contrast, the question on Part 3 (Regulation) will be constituted of an exercise to be solved. The final mark is expressed in thirtieths and each question is assigned a weight based on the number of hours dedicated to that part, by program. The oral test is optional and consists of a collective correction of the written document, as well as the possibility for the student to view and discuss his written test. Unless evidence of evaluation errors is highlighted, there is no change in the final grade, following oral questions, or dissertations, or in any other way. The collective correction of the writing occurs after about a week from the writing (depending also on the number of tasks to correct). Date and classroom are announced with appropriate notice. Viewing and discussing your written test is a student's right, but not a duty: attendance at the correction is therefore not mandatory. The exam - in case of a positive result - is however recorded on the written date. The absence of collective correction does not in any way affect the registration of the vote. As for whether or not to accept the exam marks, if you present yourself to a written exam, any previous mark is cancelled by just sitting on the chair and withdrawing the task. That said, it is always possible to withdraw during a writing. If you deliver the test, only if you get a vote lower than 24 (between 18 and 23) you can refuse it.
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