La generazione di energia sta cambiando rapidamente. Le centrali elettriche convenzionali cedono il passo alle fonti rinnovabili e a più efficienti conversioni energetiche con la produzione combinata di energia elettrica e calore. Le fonti rinnovabili termiche (quali le biomasse) hanno necessità della cogenerazione per raggiungere un maggior utilizzo del loro potenziale.
Il corso mira a fornire i concetti principali per la progettazione e l’esercizio di queste nuove soluzioni. Le applicazioni nell'industria e sistemi energetici locali (quali il teleriscaldamento) sono studiati con esempi ed esercizi.

Competenze di base sulle tecnologie e le applicazioni principali per:
- impianti di cogenerazione convenzionali a vapore e turbogas
- microturbine a gas
- impianti di cogenerazione a ciclo combinato
- impianti di cogenerazione a biomassa e impianti di termovalorizzazione di rifiuti

Concetti principali e criteri per:
- progettazione, simulazione ed esercizio di impianti di cogenerazione e sistemi di teleriscaldamento
- integrazione delle fonti rinnovabili termiche nei sistemi energetici industriali e locali

Conoscenze di base di Fondamenti di macchine, Energetica e fonti rinnovabili

Introduzione sulla cogenerazione [6 h]
Bilancio energetico di un impianto termoelettrico in assetto tutto elettrico e cogenerativo. Definizione di cogenerazione. Rendimenti e indici energetici. Analisi dei costi di generazione elettrica e termica.

Impianti cogenerativi a vapore [12 h]
Concetti generali sul ciclo a vapor d’acqua (Rankine-Hirn). Configurazioni di impianto: cicli a contropressione e spillamento. Principali applicazioni industriali. Impianti di termovalorizzazione di rifiuti urbani.
Ciclo a vapore di fluidi organici (ORC). Concetti generali, tipologie di fluidi di lavoro impiegati. Configurazioni di impianto: problemi di accoppiamento con le sorgenti termiche; ciclo con rigenerazione. Principali applicazioni industriali. Impianti di utilizzazione energetica di biomasse legnose.

Impianti cogenerativi turbogas [12 h]
Concetti generali sul ciclo a gas (Brayton-Joule). Configurazioni di impianto: accoppiamento con generatore di vapore a recupero, postcombustione, ciclo ad iniezione di vapore. Principali applicazioni industriali.
Microturbine a gas. Configurazioni di impianto: ciclo con rigenerazione e a numero di giri variabile. Principali applicazioni civili.

Impianti cogenerativi a ciclo combinato [12 h]
Accoppiamento ciclo a gas con ciclo a vapore. Definizione di rendimento in ciclo combinato. Configurazioni di impianto: generatori di vapore a recupero, assetti cogenerativi. Principali applicazioni industriali e per teleriscaldamento.
Ciclo combinato motore a combustione interna e ORC.

Analisi di impianti cogenerativi (cenni) [6 h]
Concetti generali e principali criteri per il dimensionamento e l’esercizio di impianti di cogenerazione e sistemi di teleriscaldamento. Specificità degli impianti a fonti rinnovabili. Esempio di sistema di teleriscaldamento alimentato a biomassa legnosa.
Simulazione di impianti cogenerativi: esempi di codici di simulazione commerciale.

Esercitazioni in aula [12 h]
4 moduli di esercitazione, con lo svolgimento in aula di esercizi numerici basati su aspetti pratici in applicazione dei concetti appresi a lezione.

Visite
1 visita presso un impianto di cogenerazione in esercizio.

Appunti del corso
Lozza, G., "Turbine a gas e cicli combinati", Esculapio, 2006
Macchi E., Campanari S., Silva P., La microcogenerazione a gas naturale, Polipress, 2005

L'esame consiste in una prova scritta e in una prova orale facoltativa.