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.

1 Centrali termoelettriche 1.1 Componenti e sistemi di una centrale termoelettrica: descrizione di massima per gas e per combustibile solido. 1.2 Termodinamica della combustione, combustibili fossili, combustione in presenza di dissociazioni termiche. 1.3 Componenti e sistemi dei generatori di vapore a combustibili fossili: camere di combustione, bruciatori. 1.4 Centrali a turbogas con ciclo combinato 1.5 Ceneri ed altri effluenti: loro influenza nel progetto del generatore di vapore e del suo esercizio. 1.6 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 Centrali a fusione termonucleare controllata. Similitudini e differenze con le attuali centrali nucleari. 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). 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. 3. Sostenibilità ambientale ed energetica 3.1 Tematiche ambientali: introduzione alla normativa 3.2 Life Cycle Assessment (LCA) 3.3 Analisi di alcune tipologie di impianti energetici e relativo studio di impatto ambientale 3.4 Supply: approvvigionamento degli impianti per la produzione di potenza. Carbone, petrolio, gas naturale ed altre fonti. Quadro normativo e case studies.

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 lezioni ed esercitazioni sulla parte 3 (Sostenibilità). Sulla parte di Sostenibilità, gli studenti dovranno dividersi in gruppi per elaborare una Relazione. La Relazione verrà valutata e qualora sia sufficientemente buona, riceve un OK che è indispensabile per avere il voto registrato. Non è possibile svolgere l'esame - secondo le modalità descritte sotto - senza aver ancora consegnato la Relazione. Tuttavia, è possibile svolgerlo anche se è stata consegnata e non ancora valutata.

M. Zucchetti, R. Testoni, R. Gerboni, Impianti di produzione di potenza e sostenibilità, dispense del corso, a/a 2023/24 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.

Slides; Dispense; Libro di testo; Materiale multimediale ; Strumenti di simulazione; Strumenti di auto-valutazione; Strumenti di collaborazione tra studenti;

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa; Elaborato progettuale in gruppo;

Exam: Written test; Optional oral exam; Group project;

... La prova scritta prevede tre quesiti, ognuno riguardante una delle tre parti del corso (vedi programma). I quesiti saranno a risposta libera. La durata della prova scritta sarà di 90 minuti (30 minuti a domanda). Non è ammesso l’uso di appunti, testi, materiale di alcun genere. 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. Dettagli sulla Prova scritta. La Prova Scritta si svolge in presenza, ma prevede l'uso della piattaforma di Ateneo MOODLE EXERCISE tramite PC. La prova scritta prevede tre quesiti, ovvero tre QUIZ separati, ognuno riguardante una delle tre parti del corso (vedi programma: CT, CN, S, Centrali Termoelettriche, Centrali Nucleari, Sostenibilità). I quesiti saranno a risposta libera, 40 righe di spazio ognuno, da scrivere direttamente nel box. Ad ogni appello è possibile rispondere a 1 quiz, 2 quiz, 3 quiz, fra quelli ancora non sostenuti: si può quindi sostenere l'esame "a pezzi" in diversi appelli. I voti acquisiti per un quiz non scadono mai La durata della prova scritta sarà di mezz'ora (massimo) per ognuna delle domande cui si decide di rispondere, fino quindi ad un massimo di 90 minuti. Se non si intende rispondere a una domanda, non si apre neppure il quiz relativo, oppure lo si apre per curiosità di leggere la domanda, e lo si lascia bianco, passando a quella dopo. Ogni domanda avrà un quiz a sé stante. Il voto finale viene espresso in trentesimi e ad ogni quesito è assegnato un peso: CT 0.4, CN 0.3, S 0.3 per quest'anno. Per quanto riguarda l'accettazione o meno delle votazioni dell'esame, vale quanto stabilito dall'Ateneo, con la possibilità dello studente di rifiutare il voto dopo la registrazione.

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.