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Energetica e fonti rinnovabili

03MUSMK

A.A. 2021/22

2021/22

Energetica e fonti rinnovabili

Il corso, proposto al secondo semestre del terzo anno della laurea in Ingegneria Energetica fornisce gli strumenti di calcolo e le conoscenze ingegneristiche utili per l'analisi e la valutazione dei principali sistemi energetici che prevedono l'utilizzo di energie rinnovabili. Vengono descritte e analizzate le soluzioni tecnologiche, impiantistiche e di sistema per lo sfruttamento di radiazione solare, vento, moto ondoso, calore geotermico ed energia cinetica-potenziale di corsi o volumi d'acqua. Per ogni fonte rinnovabile verranno insegnati i potenziali naturali e tecnici, e i principi di funzionamento dei dispositivi e degli impianti di conversione. Il corso è articolato in lezioni teoriche ed esercitazioni con applicazioni di calcolo e valutazioni tecniche di diverse tipologie di impianti. È prevista la realizzazione da parte degli studenti di un progetto di un impianto a fonte rinnovabile attraverso un lavoro di gruppo.

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The course, proposed in the second semester of the third year of the degree in Energy Engineering, provides the calculation tools and engineering knowledge useful for the analysis and evaluation of the main energy systems that involve the use of renewable energy. The technological, plant and system solutions for the exploitation of solar radiation, wind, wave motion, geothermal heat and kinetic-potential energy of streams or volumes of water are described and analyzed. For each renewable source, the natural and technical potentials and the operating principles of the conversion devices and systems will be taught. The course is divided into theoretical lessons and exercises with calculation applications and technical evaluations of different types of systems. Students are expected to carry out a project for a renewable source plant through group work.

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Al termine del corso gli allievi avranno appreso quali siano le principali tecnologie e politiche energetiche in atto per la decarbonizzazione. Gli studenti saranno in grado di eseguire valutazioni tecniche sulle prestazioni (energetiche ed ambientali) delle principali tipologie di impianti di produzione di energia termica ed elettrica alimentati a fonte rinnovabili, conosceranno le loro caratteristiche costruttive e funzionali e saranno in grado di effettuare i bilanci energetici degli impianti e sistemi energetici integrati a livello di edificio, industria o distretto, nel loro complesso e dei singoli componenti.

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At the end of the course, the students will have knowledge on the technological and infrastructural elements that constitute an energy system, as well as the main technologies and energy policies in place for the decarbonization pathway. Students will be able to perform technical evaluations on the (energy and environmental) performance of the main types of thermal and electric energy production plants, they will know their constructive and functional characteristics and will be able to carry out the energy balances of energy systems either stand-alone or integrated at the level of building, industry or district.

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Si richiedono conoscenze pregresse di analisi matematica, fisica, chimica, termodinamica e trasmissione del calore.

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Prior knowledge of calculus, physics, chemistry, thermodynamics and heat transfer analysis is required.

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Di seguito sono illustrati gli argomenti che verranno sviluppati nel corso. 1. ENERGETICA - Energetica del Pianeta Terra. - Complementi di termodinamica (funzioni di stato termodinamiche, equilibrio chimico, gas reali). - Ciclo turbogas e ciclo combinato. 2. FONTI RINNOVABILI - SOLARE (fenomenologia della radiazione solare, solare termico, solare fotovoltaico). - EOLICO (concetti fondamentali, aerodinamica ed elementi di progettazione di turbine ad asse orizzontale). - IDROELETTRICO (status tecnologico, e applicazioni). - GEOTERMICO (alta e bassa entalpia; dimensionamento di impianti geotermici integrati con l’edificio). - MOTO ONDOSO (risorsa e tecnologia). - BIOMASSE E BIOGAS (risorse e tecnologie). 3. PROGETTAZIONE DI IMPIANTI DI PRODUZIONE DI ENERGIA DA FONTI RINNOVIBILI - Metodologie di dimensionamento dei sistemi di produzione dell’energia. - Metodologie di dimensionamento dei sistemi di accumulo dell’energia. - Metodologie di stima della domanda energetica dell’utenza.

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The topics that will be developed during the course are illustrated below. 1. ENERGETICS - Energetics of Planet Earth. - Selected thermodynamic topics (thermodynamic state functions, chemical equilibrium, real gases). - Turbogas cycle and combined cycle. 2. RENEWABLE ENERGY SOURCES - SOLAR (solar radiation, solar thermal collectors, solar photovoltaic systems). - WIND (basic concepts, aerodynamics, and design elements of horizontal axis turbines). - GEOTHERMAL (high and low enthalpy; geometrical systems integrated with the building). - MOTO ONDOSO (resource and technology). - BIIOMASS AND BIOGAS (resources and technology). 3. DESIGN OF ENERGY PRODUCTION PLANTS FROM RENEWABLE SOURCES - Sizing methodologies of energy production systems. - Sizing methodologies of energy storage systems. - Methods for estimating user energy demand.

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L'insegnamento è organizzato per la prima parte (circa 6 crediti) in lezioni teoriche intervallate con esercitazioni pratiche. La seconda parte del corso (circa 2 crediti) prevede la realizzazione di attività progettuale in gruppi guidata e supervisionata dai docenti. La modalità di erogazione del corso non prevede sostanziali differenze tra l'erogazione in presenza e per via telematica. L'unica variazione è la visita di impianti a fonte rinnovabile, prevista soltanto nel caso di erogazione in presenza.

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The teaching is organized for the first part (about 6 credits) in theoretical lessons interspersed with practical exercises. The second part of the course (about 2 credits) foresees the realization of project activities in groups (of about 8-10 students each) guided and supervised by the teachers. The method of delivery of the course does not foresee substantial differences between delivery in presence and electronically. The only change is the visit to renewable source plants, provided only in the case of delivery in presence.

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- Fundamentals of engineering thermodynamics, M.J. Moran et al., 2018, Wiley - Turbine a gas e cicli combinati, G. Lozza, 2016 (terza edizione), Esculapio. - Principles of solar engineering, D. Yogi Goswami (terza edizione), 2015, CRC Press. - Aerodynamics of Wind Turbines, Martin O.L. Hansen (terza edizione), 2015, earthscan. - Advances in ground-source heat pump systems, Simon Rees, 2016, Elsevier. - Materiale caricato sul sito dai docenti.

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- Fundamentals of engineering thermodynamics, M.J. Moran et al., 2018, Wiley - Turbine a gas e cicli combinati, G. Lozza, 2016 (third edition), Esculapio. - Principles of solar engineering, D. Yogi Goswami (third edition), 2015, CRC Press. - Aerodynamics of Wind Turbines, Martin O.L. Hansen (third edition), 2015, earthscan. - Advances in ground-source heat pump systems, Simon Rees, 2016, Elsevier. - Lecture notes from the teachers

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Modalità di esame: Test informatizzato in laboratorio; Prova scritta (in aula); Elaborato grafico prodotto in gruppo; Elaborato scritto prodotto in gruppo;

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Modalità di esame: prova scritta + progetto in gruppi. Durata della prova scritta: 1 ora. Consegna del progetto: entro l'ultima settimana di corso (la domenica prima dell'inizio della sessione di esami). La votazione finale è data dalla somma dei max. 26 punti della prova scritta, e dei max. 5 punti del progetto di gruppo (ogni gruppo riceve un unico voto che è attribuito identico a tutti i membri partecipanti attivamente). Il punteggio totale di max. 31 punti corrisponde ad una votazione finale di 30 e lode. La sufficienza è acquisita se il voto complessivo tra prova scritta e progetto è uguale o superiore a 18/30. L’esame scritto è composto indicativamente da 26 domande, di cui: • 4-6 domande relative a esercizi di calcolo, con risposta numerica da inserire oppure da selezionare tra diverse opzioni disponibili (gli esercizi saranno della stessa tipologia di quelli svolti in aula e richiedono l’uso della calcolatrice); • 20-22 domande di teoria, a risposta aperta e/o a risposta chiusa con scelta multipla (tale parte ha lo scopo di valutare le conoscenze acquisite non valutabili attraverso gli esercizi numerici). Qualora fosse necessario un formulario per risolvere alcune esercizi che richiedano formule matematiche di non facile memorizzazione, questo verrà fornito contestualmente alla domanda. Per le domande di teoria, ogni risposta corretta vale 1 punto. Una risposta non data vale 0 punti. Una risposta errata comporta una penalità di -0.25 punti. Per le domande di calcolo, la risposta non data o errata non genera alcuna penalità.

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Exam: Computer lab-based test; Written test; Group graphic design project; Group essay;

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Type of exam: written test + project in groups. The score takes 26 points for the written test, while the project in groups is worth 5 points. The total score of 31 points corresponds to a final mark of 30 with honors. The written exam consists of approximately 26 questions, of which: • 4-6 questions relating to calculation exercises, with numerical answer to be entered or selected from different available options (the exercises will be of the same type as those performed in the classroom and require the use of the calculator); • 20-22 open-ended and / or closed-answer theory questions with multiple choice (this part aims to evaluate the knowledge acquired which cannot be assessed through numerical exercises). About useful equations needed to solve some exercises that require mathematical formulas that are not easy to memorize, these will be provided in advance, and from time to time, by the teacher and will be uploaded before each exam on the teaching portal.

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Modalità di esame: Elaborato grafico prodotto in gruppo; Prova scritta a risposta aperta o chiusa tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus); Elaborato progettuale in gruppo;

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Modalità di esame: prova scritta + progetto in gruppi. Durata della prova scritta: 1 ora. Consegna del progetto: entro l'ultima settimana di corso (la domenica prima dell'inizio della sessione di esami). La votazione finale è data dalla somma dei max. 26 punti della prova scritta, e dei max. 5 punti del progetto di gruppo (ogni gruppo riceve un unico voto che è attribuito identico a tutti i membri partecipanti attivamente). Il punteggio totale di max. 31 punti corrisponde ad una votazione finale di 30 e lode. La sufficienza è acquisita se il voto complessivo tra prova scritta e progetto è uguale o superiore a 18/30. L’esame scritto è composto indicativamente da 26 domande, di cui: • 4-6 domande relative a esercizi di calcolo, con risposta numerica da inserire oppure da selezionare tra diverse opzioni disponibili (gli esercizi saranno della stessa tipologia di quelli svolti in aula e richiedono l’uso della calcolatrice); • 20-22 domande di teoria, a risposta aperta e/o a risposta chiusa con scelta multipla (tale parte ha lo scopo di valutare le conoscenze acquisite non valutabili attraverso gli esercizi numerici). Qualora fosse necessario un formulario per risolvere alcune esercizi che richiedano formule matematiche di non facile memorizzazione, questo verrà fornito contestualmente alla domanda. Per le domande di teoria, ogni risposta corretta vale 1 punto. Una risposta non data vale 0 punti. Una risposta errata comporta una penalità di -0.25 punti. Per le domande di calcolo, la risposta non data o errata non genera alcuna penalità.

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Exam: Group graphic design project; Computer-based written test with open-ended questions or multiple-choice questions using the Exam platform and proctoring tools (Respondus); Group project;

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Modalità di esame: Test informatizzato in laboratorio; Prova scritta (in aula); Elaborato grafico prodotto in gruppo; Prova scritta a risposta aperta o chiusa tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus); Elaborato progettuale in gruppo;

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Modalità di esame: prova scritta + progetto in gruppi. Durata della prova scritta: 1 ora. Consegna del progetto: entro l'ultima settimana di corso (la domenica prima dell'inizio della sessione di esami). La votazione finale è data dalla somma dei max. 26 punti della prova scritta, e dei max. 5 punti del progetto di gruppo (ogni gruppo riceve un unico voto che è attribuito identico a tutti i membri partecipanti attivamente). Il punteggio totale di max. 31 punti corrisponde ad una votazione finale di 30 e lode. La sufficienza è acquisita se il voto complessivo tra prova scritta e progetto è uguale o superiore a 18/30. L’esame scritto è composto indicativamente da 26 domande, di cui: • 4-6 domande relative a esercizi di calcolo, con risposta numerica da inserire oppure da selezionare tra diverse opzioni disponibili (gli esercizi saranno della stessa tipologia di quelli svolti in aula e richiedono l’uso della calcolatrice); • 20-22 domande di teoria, a risposta aperta e/o a risposta chiusa con scelta multipla (tale parte ha lo scopo di valutare le conoscenze acquisite non valutabili attraverso gli esercizi numerici). Qualora fosse necessario un formulario per risolvere alcune esercizi che richiedano formule matematiche di non facile memorizzazione, questo verrà fornito contestualmente alla domanda. Per le domande di teoria, ogni risposta corretta vale 1 punto. Una risposta non data vale 0 punti. Una risposta errata comporta una penalità di -0.25 punti. Per le domande di calcolo, la risposta non data o errata non genera alcuna penalità.

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Exam: Computer lab-based test; Written test; Group graphic design project; Computer-based written test with open-ended questions or multiple-choice questions using the Exam platform and proctoring tools (Respondus); Group project;

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