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 solari e impianti a biomassa e geotermici.

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 solari e 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.

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.

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.

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.

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.

L'esame è in forma scritta e/o orale e riguarda i concetti trattati durante il corso e le esercitazioni svolte. Nella valutazione finale si tiene conto anche del lavoro individuale svolto durante le esercitazioni, che devono essere presentate il giorno dell'esame.