La definizione di scenari e strategie energetiche regionali, nazionali e internazionali, siano essi legati alla promozione della transizione energetiche, siano essi legati alla necessità di fronteggiare crisi energetiche come quella attuale, è fortemente legata alla capacità che i diversi sistemi hanno di accumulare l’energia. Illustrare le tecnologie di accumulo di energia non può quindi prescindere dal prendere in considerazione gli scenari energetici attuali e quelli futuri legati ad una maggiore penetrazione delle fonti rinnovabili. A partire da queste considerazioni si comprende come l’insegnamento, inserito nel percorso extracurriculare “Intraprendenti”, avrà l’obiettivo di aumentare la conoscenza e la consapevolezza degli studenti rispetto alle questioni energetiche con particolare attenzione al ruolo che le diverse tecnologie di accumulo possono svolgere. Il corso può quindi essere utilmente seguito da studenti dei diversi corsi di Laurea in Architettura e Ingegneria del Politecnico di Torino.

Al termine dell’insegnamento ci si aspetta che gli studenti saranno in grado di: - Comprendere la complessità della transizione energetica - Elencare e descrivere le principali tecnologie disponibili per l’accumulo di energia - Illustrare il ruolo dell’accumulo di energia nella transizione energetica e nella gestione dell’energia - Individuare quali UN SDGs possono beneficiare dall’utilizzo di tecnologie di accumulo di energia.

Conoscenze di base di fisica e chimica

L’insegnamento è organizzato nei seguenti moduli: - I Modulo (12h) – Introduzione alle problematiche energetiche. Fonti fossili e rinnovabili: disponibilità, utilizzo attuale e futuro nell’ottica della transizione energetica. Il ruolo dei sistemi di accumulo di energia. - II Modulo (7.5h) - Le celle al litio per l’accumulo di energia: basi teoriche, materiali piu’ utilizzati e produzione delle celle. - III Modulo (9h) - Ruolo dell'idrogeno per lo stoccaggio di energia e sua applicazione all’interno della transizione energetica in corso. Concetto del Power-to-X (PtX) con particolare attenzione alla produzione di idrogeno verde mediante elettrolisi e fonti rinnovabili. Stoccaggio di energia elettrica mediante idrogeno e batterie (sistemi ibridi power-to-power): i) presentazione del sistema ibrido e dei principali componenti; ii) descrizione dell’importanza dell’idrogeno come stoccaggio stagionale di energia per sistemi off-grid (ad esempio isole); iii) illustrazione di casi studio reali realizzati all’interno del progetto europeo REMOTE. E' prevista un'esercitazione relativa all'analisi tecno-economica e ambientale di un sistema di accumulo ibrido di energia elettrica in una località off-grid. Visite al laboratorio HySyLab / CO2 Circle Lab (Environment Park). - IV Modulo (7.5h) - Il settore del gas naturale e il suo ruolo per la flessibilità e lo stoccaggio verso la transizione energetica e la sicurezza. L'obiettivo principale di questo modulo del corso è fornire agli studenti le conoscenze di base e gli strumenti intellettuali per comprendere ed approfondire l'attuale crisi energetica. Saranno illustrati: la struttura generale del settore del gas naturale e l'infrastruttura del gas; il ruolo di stoccaggio dell'energia, flessibilità e sicurezza che l'infrastruttura del gas naturale ha all'interno del sistema energetico generale; i piani relativi alla transizione del sistema del gas naturale verso gas rinnovabili come biometano e idrogeno che a loro volta comportano ulteriori modalità di flessibilità (es. accoppiamento settoriale, usi finali multipli come materia prima e vettore energetico) e stoccaggio (es. , inclusa la capacità di miscelazione dell'idrogeno o linepack delle reti). - V Modulo (9h) – Accumulo termochimico. Introduzione delle nozioni di base utili alla comprensione dei fenomeni di accumulo termochimico dell’energia. Principio di funzionamento: brevi richiami dei principali meccanismi di trasferimento di massa e calore e delle relazioni più importanti della termodinamica applicata. Discussione sui limiti dei metodi diretti di accumulo di energia. Classificazione dei sistemi di accumulo ad assorbimento: accumulo di energia termica per assorbimento fisico e chimico. Panoramica sui materiali assorbenti: criteri di selezione e parametri di valutazione. Impianti ad adsorbimento tradizionali e cogenerativi - VI Modulo (9h) - Tecnologie per l’accumulo termico (caldo e freddo) sensibile, giornaliero e stagionale; materiali e tecnologie per l’accumulo termico (caldo e freddo) latente; principali applicazioni e parametri di prestazione; cenni agli aspetti economici. Applicazione con ottimizzazione della taglia dell'accumulo. - VII Modulo (3h) – Gli accumuli di energia sono impiegati per fornire servizi di flessibilità, ovvero. garantire qualità, continuità ed economicità della fornitura di energia. Il modulo offre una disamina dei servizi di flessibilità, e relativo programma di accumulo, in diversi scenari di utilizzo: mercato (es. programmi di time-shift, peak-shift, surplus di generazione), rete nazionale (es. servizi ancillari), utenti finali (es. autoconsumo singolo o in comunità energetiche). L’obiettivo del modulo è dare una panoramica dei servizi di flessibilità abilitati ed incentivati in Italia; i requisiti tecnici e le prestazioni richieste ad un accumulo per erogare diversi tipi di servizi; criteri e metodi per il calcolo della sostenibilità economica dei sistemi di accumulo in diversi scenari. - VIII Modulo (3h) Presentazione di un caso studio: pompa di calore geotermica impiegata per lo sfruttamento dell’energia contenuta nel terreno per necessità di condizionamento – utilizzo del prototipo presente all’Energy Center. Si effettueranno delle visite guidate dell’impianto per la descrizione dei componenti principali, per osservare le modalità di funzionamento e per discutere le operazioni necessarie ad un funzionamento di base e le operazioni di manutenzione.

L’insegnamento è strutturato in: - 31.5 ore di lezione in aula, mirate a far comprendere il ruolo dell’accumulo di energia nei sistemi energetici e a illustrare le diverse tecnologie disponibili o in via di sviluppo; - 15 ore di esercitazione in aula mirate a stimolare l’abilità di applicare le conoscenze acquisite nella risoluzione di problemi pratici; le esercitazioni permetteranno allo studente di associare ordini di grandezza corretti in relazione alla quantità di energia trasformata o trasportato o accumulata nei diversi impianti; - 4.5h di laboratorio e 12h di visite mirate a portare lo studente a contatto con impianti reali dove poter apprezzare come sono realizzate le soluzioni tecnologiche viste a lezione; in alcuni casi lo studente potrà anche interagire con le persone che gestiscono questi impianti e comprendere le problematiche relative a funzionamento e manutenzione.

“Guida all’energia nella natura e nelle civiltà umane” a cura di Michele Calì, Esculapio 2014 Vaclav Smil, “Energy in Nature and Society General Energetics of Complex Systems”, MIT Press 2007. G. Moncada Lo Giudice e F. Asdrubali. La sfida dell’energia. Cambiamenti climatici, energia e ambiente in un mondo inqueto. Franco Angeli Editore, Milano, 2008 Aydin, D., Casey, S. P., & Riffat, S. (2015). The latest advancements on thermochemical heat storage systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 41, 356-367. Marocco P, Ferrero D, Lanzini A, Santarelli M. The role of hydrogen in the optimal design of off-grid hybrid renewable energy systems. J Energy Storage 2022;46:103893. https://doi.org/10.1016/j.est.2021.103893 Buffo G, Marocco P, Ferrero D, Lanzini A, Santarelli M. Power-to-X and power-to-power routes. Sol. Hydrog. Prod., 2019, p. 529–57. https://doi.org/10.101/B978-0-12-814853-2.00015-1. Cavana M, Leone P. Solar hydrogen from North Africa to Europe through greenstream: A simulation-based analysis of blending scenarios and production plant sizing. Int J Hydrogen Energy 2021;46:22618–37. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.04.065. Cavana M, Mazza A, Chicco G, Leone P. Electrical and gas networks coupling through hydrogen blending under increasing distributed photovoltaic generation. Appl Energy 2021;290:116764. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2021.116764.

Modalità di esame: Accertamento (esame senza voto);

Exam: Check;

... Non è prevista una votazione finale ma un superato/non superato; è richiesta la frequenza di almeno il 70% delle ore (prevista verifica della frequenza). La valutazione del reale raggiungimento degli obiettivi formativi previsti sarà effettuata chiedendo agli studenti di consegnare una breve relazione su un argomento a loro scelta tra quelli trattati nel corso. L’esame della relazione permetterà di dichiarare il superamento o meno dell’esame.

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.