Il corso prevede di fornire gli elementi conoscitivi e le caratteristiche funzionali degli impianti di produzione dell’energia termica ed elettrica per via termica e quindi di introdurre e sensibilizzare lo studente alle problematiche di sicurezza e protezione ambientale connesse alle differenti fasi di vita e alla gestione degli impianti energetici e delle fonti primarie di energia. Si utilizzerà un duplice approccio: da un lato, verranno analizzati gli aspetti formativi (problemi progettuali, leggi costitutive di funzionamento dei componenti, prestazioni); dall'altro, si offrirà una panoramica dello stato dell’arte e dello sviluppo tecnologico di sistemi, macchine ed impianti energetici. Verranno inoltre introdotte le teorie di base per l'economia delle fonti energetiche per poi passare ad offrire una panoramica di strumenti/criteri utili ai fini della progettazione e della valutazione, in particolare, delle prestazioni di sistemi energetici.

Al termine del corso gli allievi devono: - conoscere le caratteristiche e le proprietà delle fonti primarie utilizzate nelle centrali termiche per la produzione di energia elettrica (carbone, petrolio, gas naturale, etc.) e le problematiche tecnologiche, ambientali e di sicurezza legate al loro approvvigionamento (estrazione, trasporto, etc.); - conoscere le caratteristiche costruttive e funzionali delle centrali termiche per la produzione di energia elettrica, il ciclo dei combustibili usati, i principali componenti e le basilari tecnologie per l’abbattimento degli inquinanti prodotti in sede di combustione (protezione ambientale); saper usare correttamente le tecniche di calcolo nella valutazione delle prestazioni degli impianti termoelettrici; - conoscere i concetti fondamentali alla base delle analisi di sicurezza/rischio degli impianti energetici; conoscere e saper utilizzare le principali tecniche qualitative e quantitative più adottate nelle analisi di sicurezza/rischio; - rinvenire ed utilizzare parametri statistici sulle prestazioni energetico ambientali di vari paesi e regioni del mondo; riconoscere prodotti di largo consumo a basso impatto ambientale e saper risolvere problemi di ottimizzazione.

Conoscenze di base di: Chimica, Termodinamica applicata e trasmissione del calore, Termocinetica e Termofluidodinamica.

1. Introduzione e descrizione dei contenuti del corso (3h). 2. Fonti primarie di energia, supply (24h): 2.1. Carbone: Diffusione e classificazione delle risorse, coltivazione delle miniere, preparazione del carbone, sicurezza delle miniere, ripristini. Trasporto del carbone. 2.2. Petrolio: Diffusione e classificazione delle risorse, formazione degli idrocarburi, classificazione dei giacimenti e dei greggi, esplorazione, tecnologie di perforazione e produzione, onshore e offshore. Sicurezza offshore, incidenti rilevanti, manutenzione, impatto ambientale. Principali corridoi di approvvigionamento 2.3. Elementi di raffinazione, impianti di raffinazione. 2.4. Gas naturale: Diffusione delle risorse. Il gas naturale in Italia. Reti di gasdotti: condotte, impianti, centrali di compressione e di stoccaggio. Progettazione e costruzione di un gasdotto, manutenzione. Attraversamenti sub alveo e fluviali. Posa in alto fondale. Principali corridoi di approvvigionamento. Gas naturale liquefatto: approvvigionamenti e impianti di rigassificazione in Italia. 2.5. Fonti fossili non convenzionali. 2.6. Uranio: Estrazione dell’uranio, produzione, raffinazione, conversione, trasporto. 2.7. Idrogeno: Cenni sulla produzione. Gli idrogenodotti: normativa e casi studio. 3. Centrali per la produzione di energia elettrica (cicli termodinamici, macchine ed impianti) (circa 50h): 3.1. Introduzione generale: - il contesto della produzione di energia elettrica e delle risorse energetiche; - il sistema di produzione dell’energia elettrica in Italia. 3.2. Centrali elettriche convenzionali con ciclo a vapore: - riesame del ciclo termodinamico in relazione allo stato tecnologico (richiamo); - valutazione delle prestazioni: rendimenti, costi di produzione del kWh ed importanza della loro ottimizzazione, analisi mediante secondo principio; - generatori di vapore: tipologie, componenti (evaporatori, surriscaldatori, risurriscaldatori, economizzatori, degasatori, ...), circolazione, controllo della combustione, perdite e rendimento, combustibili impiegati; - condensatori e smaltimento del calore in ambiente: problematica generale, normative, ottimizzazione degli scambiatori di calore, sistemi ad acqua aperti, a secco, con torri evaporative; - altri componenti significativi del “Balance Of Plant (BOP)” (turbine a vapore, etc.). 3.3. Centrali elettriche con turbine a gas e ciclo combinato: - ciclo a gas ideale e reale (richiamo), analisi entropica; - tecnologia ed analisi delle prestazioni dei componenti principali del BOP di un impianto con ciclo a gas: compressori, turbine (con raffreddamento pale), combustori (e combustibili); - influenza delle condizioni ambientali sulle prestazioni di un impianto con ciclo a gas; - ciclo combinato gas-vapore: assetto e ottimizzazione del recupero termico, caldaie a recupero, prestazioni. 3.4. Sistemi per la protezione ambientale, ovvero tecnologie per la riduzione delle emissioni inquinanti (in particolare, SOx, NOx e polveri) da centrali termoelettriche convenzionali: - Tecniche di abbattimento primario (con particolare riferimento alle caldaie): combustione a stadi, ricircolazione gas di scarico, diluizione con inerti, combustione premiscelata; - Tecniche di abbattimento secondario: denitrificazione catalitica (Selective Catalytic Reduction-SCR), desolforazione (scrubbers) e abbattimento polveri dai fumi delle centrali, linea completa di trattamento fumi. 4. Sicurezza degli impianti energetici (circa 20h): 4.1. Concetti fondamentali dell’analisi di sicurezza: percezione e accettabilità del rischio, prevenzione e mitigazione. 4.2. Principali norme sulla sicurezza negli impianti energetici (cenni). 4.3. Fondamenti di teoria della probabilità, propedeutici alla trattazione degli argomenti al punto 4.4. 4.4. Basi sulle tecniche qualitative e quantitative più utilizzate nelle analisi di sicurezza di impianti industriali (ad esempio, alberi degli eventi, alberi dei guasti). 5. Uso finale dell’energia ed ottimizzazione (24h): 5.1. Usi finali dell’energia e analisi di bilancio - Gli usi finali all’interno della catena energetica: domande, settori e tecnologie. I bilanci energetici, il Bilancio Energetico Nazionale. Il fabbisogno energetico. 5.2. Il contesto internazionale: criticità ambientali, geopolitiche ed economiche. Gli effetti delle crisi geopolitiche sull’approvvigionamento energetico. Il prezzo del petrolio e la sua evoluzione in relazione agli accadimenti internazionali. 5.3. Dinamiche evolutive dei sistemi energetici. Gli indicatori energetici e le fonti di dati per l’analisi statistica. Introduzione della logistica. La competizione multipla, la trasformazione di Fischer-Pry, i cicli di Kondratiev. La penetrazione delle fonti energetiche (Marchetti e Nakicenovic). 5.4. La caratterizzazione tecnico/economica di una tecnologia. Il costo di produzione dell’energia elettrica e la sua formazione. Elementi di programmazione lineare. Il concetto di ottimizzazione di un sistema energetico e la sua applicazione alla produzione di energia elettrica.

Le esercitazioni in aula prevedono l’applicazione di metodi e modelli trattati a lezione.

- Appunti e slides forniti dai docenti. - Babcock and Wilcox, “Steam, its generation and use”, Edited. S. C. Stultz and j. B. Kitto, Babcock & Wilcox Company, 1992. - K. Rayaprolu, “BOILERS for POWER and PROCESS”, CRC Press Taylor & Francis Group, 6000 Broken Sound Parkway NW, Suite 300, Boca Raton, FL 33487-2742, International Standard Book Number-13: 978-1-4200-7537-3 (Ebook), 2009. - V. Ganapathy, “Industrial Boilers and Heat Recovery Steam Generators. Design, Applications, and Calculations”, ABCO Industries, Abilene, Texas, U.S.A., Marcel Dekker, Inc. ISBN: 0-8247-0814-8 Assessment and grading criteria, 2003. - G. Cau, D. Cocco, “L’impatto ambientale dei sistemi energetici”, Padova: Servizi Grafici Editoriali, 2002. - G. Lozza, "Turbine a gas e cicli combinati", Esculapio, 2016. - E. Zio, “Introduction to the basics of reliability and risk analysis”, Editore: World scientific, Anno edizione: 2007.

Modalità di esame: Prova scritta (in aula);

Exam: Written test;

... L'esame consiste in una prova scritta costituita da esercizi di calcolo e domande teoriche su tutti i diversi macro-argomenti trattati (punti 2-5 del programma, ognuno dei quali corrisponde ad un elemento/obiettivo della sezione Risultati di apprendimento attesi). La durata massima della prova è di 3h. L’uso del materiale didattico (libri, appunti, etc.) non è consentito. La valutazione massima è 30/30 e lode.

Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.