Il corso, proposto al secondo semestre del terzo anno della laurea in Ingegneria Energetica, intende fornire gli strumenti metodologici e le conoscenze ingegneristiche utili per l'analisi e la valutazione dei principali sistemi energetici industriali e civili, con particolare attenzione alla produzione e l'utilizzazione dell'energia termica ed elettrica. Vengono descritte e analizzate le soluzioni tecnologiche, impiantistiche e di sistema e viene dedicata particolare attenzione alle soluzioni innovative in merito all'uso razionale delle risorse primarie e alla sostenibilità ambientale. Per quanto riguarda le fonti rinnovabili, verranno insegnati i principi di funzionamento dei dispositivi e degli impianti di conversione dell'energia fornita da sorgenti rinnovabili, la potenzialità delle singole fonti ed i rapporti costi/benefici delle stesse. 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 preliminare di un impianto a fonte rinnovabile.

Al termine del corso gli allievi avranno appreso quali siano gli elementi tecnologici e infrastrutturali che costituiscono un sistema energetico, nonché 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, 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.

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

Di seguito sono illustrati i programmi delle due parti, Energetica e Fonti Rinnovabili, che verranno sviluppate nel corso. A) ENERGETICA 1) CLASSIFICAZIONE DELLE FONTI DI ENERGIA 2) IL SISTEMA ENERGETICO ITALIANO NEL CONTESTO INTERNAZIONALE 2.1 Il sistema energetico italiano (bilanci, impianti e infrastrutture) 2.2 Fabbisogno di energia primaria 2.3 Fabbisogno di energia elettrica 2.4 Consumi finali per settore di attività 2.5 Politiche energetiche nazionali nel contesto internazionale 3) COMBUSTIBILI FOSSILI 3.1 Il ruolo della combustione 3.2 Il petrolio 3.2.1 Raffinazione del petrolio 3.2.2 Utilizzazione dei prodotti petroliferi 3.3 La filiera del gas naturale 3.3.1 Il mercato del gas naturale 3.3.2 La tariffa del gas naturale 3.3.3 Utilizzazione del gas naturale 3.4 Il carbone 3.4.1 Impiego del carbone 4) COMBUSTIONE 4.1 Caratteristiche dei principali combustibili commerciali 4.2 Stechiometria della combustione 4.2.1 Grandezze stechiometriche relative ai combustibili commerciali 4.2.2 Composizione dei prodotti della combustione 4.2.3 Inquinanti gassosi e solidi prodotti nella combustione 4.2.4 Analisi dei prodotti della combustione 4.2.5 Controllo delle emissioni inquinanti 4.2.6 Triangolo di Ostwald 5) GENERATORI DI CALORE 5.1 Classificazione in funzione del fluido termovettore 5.2 Classificazione in funzione del combustibile utilizzato 5.3 Classificazione in funzione della pressione in camera di combustione 5.4 Classificazione per fasce di potenza termica 5.5 Caldaie a condensazione 5.6 Bilancio energetico di un generatore di calore 5.6.1 Rendimento termico utile e rendimento di combustione 5.6.2 Perdita al camino per calore sensibile 5.6.3 Perdita al camino per calore latente 5.6.4 Perdita per convezione e irraggiamento 5.7 Strumenti e misure 5.7.1 Manometri ad U ad acqua e pressodeprimometri 5.7.2 Misure di portate (volumetriche e ponderali) 5.7.3 Misure di temperature mediante trasduttori di temperatura 5.7.4 Misure di opacità nei fumi mediante pompa di Bacharach 6) COGENERAZIONE E CICLI COMBINATI GAS - VAPORE 6.1 Termodinamica e tecnologie 6.2 Vantaggi energetici e ambientali della cogenerazione 6.3 Tecnologie di cogenerazione 6.3.1 Cogenerazione con motori diesel 6.3.2 Cogenerazione con turbine a vapore a contropressione e a spillamento 6.3.3 Cogenerazione con turbine a gas 6.3.4 Cogenerazione con cicli combinati gas - vapore 7) TELERISCALDAMENTO E MACCHINE FRIGORIFERE-POMPE DI CALORE 7.1 Teleriscaldamento 7.2 Consumi termici 7.3 Macchine frigorifere a compressione di vapore-pompe di calore 7.4 Cogenerazione e trigenerazione 7.5 Confronto tra generatori di calore e pompe di calore 8) CENNI SULLE CELLE A COMBUSTIBILE B) FONTI RINNOVABILI 9) ENERGIA SOLARE La risorsa sole: radiazione solare diretta, diffusa e riflessa. Disponibilità dell'irraggiamento solare sul territorio. - Descrizione dei principi di funzionamento, delle prestazioni e delle caratteristiche costruttive di collettori solari. Calcolo della producibilità col metodo f-chart. Valutazioni economiche ed energetiche. Cenni alle centrali solari a concentrazione (CSP). - Celle fotovoltaiche, principi di funzionamento, parametri significativi e relativa influenza sul rendimento. Tipologie di celle e schemi di impianti fotovoltaici. Valutazione della producibilità annua. 10) ENERGIA EOLICA Disponibilità della risorsa vento sul territorio italiano ed europeo. Principi di funzionamento e limite di Betz. Parametri caratteristici (dimensioni, numero di pale e curva caratteristica velocità del vento-potenza) di turbine eoliche. Centrali e parchi eolici, aspetti economici, impatto ambientale. 11) GEORISORSE La risorsa geotermica e sua disponibilità sul territorio. Principi di funzionamento e caratteristiche costruttive degli impianti geotermici. Tipologie impiantistiche, componenti principali e impatto ambientale delle centrali geotermoelettriche. Impianti a bassa entalpia: pompe di calore geotermiche (GCHP). 12) ENERGIA IDROELETTRICA La risorsa: portata, deflusso e curva di durata, concetto di Deflusso Minimo Vitale (DMV). Salto idraulico, perdite distribuite e concentrate e salto netto. Rendimento globale e potenza effettiva. Concetto di producibilità. Impianti idroelettrici ad acqua fluente e a deflusso regolato (a bacino, serbatoio e pompaggio). Tipologie e componenti degli impianti idroelettrici. Le turbine idrauliche. Scelta della turbina in funzione di caduta e portata. 13) BIOMASSE E BIOGAS La risorsa biomassa: disponibilità sul territorio italiano, applicazione e relative filiere, i biocombustibili, 'tronchetti', 'cippato' e 'pellets'. Combustione diretta, gassificazione, pirolisi, principi di funzionamento e caratteristiche costruttive di caldaie ed impianti a biomasse legnose. Cenni sugli RSU (Rifiuti Solidi Urbani) e sulla tecnologia cogenerativa. Produzione di biogas da scarti organici.

Progetto preliminare, con l’analisi dei fabbisogni e della produzione di energia elettrica e termica, di uno stabilimento industriale, o altra utenza, caratterizzata da autoproduzione di energia rinnovabile: si esaminano e confrontano, dal punto di vista energetico, diverse soluzioni tecnologiche. Esercizi sui generatori di calore, sulle pompe di calore, sugli scambiatori di calore presenti negli impianti studiati, ecc. Esercizi sul dimensionamento di massima di impianti basati sulle fonti rinnovabili. Stima della producibilità, dei costi e della convenienza economica. Esercizi applicativi di alcuni aspetti della teoria.

• G. Comini,G. Croce, S. Savino: Energetica generale, V Edizione, SGE Editoriali, Padova 2011 • B. Sørensen, Renewable Energy, Associated Press, 2000. • M. Cucumo, D. Kaliakatsos, V. Martinelli, Energetica, Pitagora Editrice, Bologna 2006. • M. Calì Guida all’energia nella natura e nelle civiltà umane. (con la collaborazione di Borchiellini R, Fracastoro G, Lanzini A, Leone P, Lucia U e Napoli R). Esculapio Editrice, 2014 http://www.editrice-esculapio.com/cali-guida-allenergia-nella-natura-e-nelle-civilta-umane/ • G. Toso, Fonti Rinnovabili di energia, Voll. I e II, Levrotto & Bella, 2011 • Materiale caricato sul sito dai docenti

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Progetto di gruppo;

Exam: Written test; Group project;

... L’esame finale prevede una prova scritta con esercizi numerici e domande di teoria e la consegna obbligatoria di una relazione di un progetto preliminare di un impianto a fonte rinnovabile. Lo scopo è la verifica dell'apprendimento dei concetti di base legati all'uso delle varie fonti di energia, delle soluzioni impiantistiche nei loro aspetti tecnico economici, e della interazione con l'ambiente legata all'uso della energia. Lo studente deve essere in grado di realizzazione un progetto preliminare (o studio di fattibilità) di un impianto di generazione elettrica o termica da fonte rinnovabile.

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.