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.

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.

Si richiedono conoscenze pregresse sulle leggi di conservazione della massa, energia e quantità di moto. La conoscenza dei contenuti dei corsi della laurea in Energetica nei primi due anni di corso risulta in una preparazione ottimale per l'approccio con una materia fortemente applicativa come la sostenibilità degli impianti di produzione di potenza.

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

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).

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;

Exam: Written test; Optional oral exam;

... 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.

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.