33964 - IMPATTO AMBIENTALE DEI SISTEMI ENERGETICI M

Anno Accademico 2019/2020

  • Docente: Lisa Branchini
  • Crediti formativi: 6
  • SSD: ING-IND/08
  • Lingua di insegnamento: Italiano
  • Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza
  • Campus: Bologna
  • Corso: Laurea Magistrale in Ingegneria gestionale (cod. 0936)

Conoscenze e abilità da conseguire

Obiettivo dell'insegnamento è lo studio dell’impatto ambientale determinato dall’utilizzo di sistemi energetici per la produzione di energia termica ed elettrica e la loro gestione volta alla minimizzazione di tali emissioni.

Contenuti

Introduzione al corso. Il panorama energetico mondiale e nazionale. Utilizzo dei combustibili fossili e delle energie rinnovabili nella produzione di energia. Il concetto di riserve e risorse. Le tipologie di impatto ambientale. L'impatto ambientale termico diretto dei sistemi energetici. Considerazioni sull'importanza del rendimento termodinamico. Il calore scaricato mediante i fumi di combustione e il calore scaricato nel sistema di raffreddamento. Valutazioni quantitative per diverse tipologie di sistemi energetici.

Condensatori ad acqua. Calcolo della portata di acqua necessaria per condensare 1 kg/s di vapore. Determinazione della temperatura di condensazione (e pressione) in funzione della temperatura in ingresso dell'acqua, dell'incremento di temperatura (CWTR) e del tau (HCWA). Sistemi di raffreddamento in ciclo aperto: principio di funzionamento, vantaggi sulla pressione di condensazione, problematiche associate allo scarico di acqua in laghi/fiumi/mari. Sistemi di raffreddamento ad acqua in ciclo semichiuso. Le vasche evaporative. Le torri di raffreddamento ad umido a tiraggio naturale: principio di funzionamento, architettura della torre e componenti principali. Il calore sottratto all'acqua circolante. Bilancio di energia per valutare la portata di acqua persa per evaporazione. Le torri di raffreddamento ad umido a tiraggio forzato: vantaggi e svantaggi sull'utilizzo di ventilatori per la circolazione dell'aria.

Torri di raffreddamento ibride e torri a secco. Il pennacchio dalle torri a umido e dalle torri ibride. Condensatore ad aria, il problema degli incondensabili. I condensatori ad acqua e aria in parallelo. Confronto tecnico-economico-ambientale sui sistemi di raffreddamento analizzati.

Il consumo di acqua da torri di raffreddamento ad umido: la portata evaporata, la portata di drift, la portata di spurgo (blow-down). Considerazione sulla portata di reintegro. I cicli di concentrazione: definizione e valutazioni dei costi d'impianto associati al valore di COC. Le emissioni di particolato da torri di raffreddamento ad umido: metodo EPA e metodo Reisman-Frisbie per valutazione di PM10.

Emissioni inquinanti. Norme e decreti che regolano le emissioni inquinanti in Italia. Il testo unico ambientale. Le autorizzazioni integrate ambientali. Le Best Available Tecnologies (BAT) e i BREF. Richiami sulle concentrazioni molari, volumetriche e massiche. Le emissioni inquinanti input based e output based.

Meccanismi fi formazione degli NOx. Gli NO termici, reazioni fondamentali, la dipendenza dalla temperatura di combustione, dal rapporto di equivalenza, dalla pressione e dal tempo di residenza. Gli No prompt: la dipendenza dalla presenza di radicali idrocarburici. Gli no da fuel e da protossido di azoto. Gli effetti sull'ambiente e sulla salute: lo smog fotochimico, le deposizioni acide, la distruzione di ozono ad alta quota.

Meccanismi di formazione del CO: la dipendenza dalla temperatura e dalla quantità di ossigeno. Meccanismi di formazione degli SOX e gli effetti sull'ambiente. Meccanismi di formazione degli idrocarburi incombusti ed i principali effetti sull'ambiente.

Meccanismi di formazione del particolato. Caratterizzazioni del particolato (carbonioso e non carbonioso, primario e secondario in base al diametro). Gli effetti sull'ambiente e sulla salute umana. La CO2 e gli effetti sull'ambiente. Reazione di combustione di un generico idrocarburo e calcolo della concentrazione molare, massica, input based di CO2. L'effetto serra e il parametro GWP.

Cicli frigoriferi a singola e doppia compressione. Parametri per valutarne le prestazioni. I fluidi frigoriferi e l'impatto sull'ambiente: il GWP e L'ODP.

Elementi di combustione per l'impatto ambientale. Il rapporto di equivalenza, l'eccesso d'aria, i limiti di infiammabilità. La temperatura adiabatica di fiamma. Combustione premiscelata e diffusiva.

Impatto ambientale delle turbine a gas. Descrizione degli elementi principali che caratterizzano la camera di combustione di un gruppo turbogas. Principali elementi per il controllo di CO ed NOx. Le camere di combustione a basso impatto ambientale: iniziazione di inerti (acqua o vapore), le camere di combustione a stadi (ricca-povera e povera-povere) e le camere di combustione di tipo premiscelato magro (DLE).

sistemi di abbattimento a valle della combustione. L'SCR (Selective Catalitic Reduction): principio di funzionamento efficienza di abbattimento e aspetti da considerare. Lo SCONOX: principio di funzionamento, reazioni, il problema del lavaggio del catalizzatore

Impatto ambientale dei gruppi a vapore: generatori a carbone. La combustione su griglia ed il polverino di carbone.

Impatto ambientale dei gruppi a vapore: generatori a carbone. Letto fluido bollente e circolante. Abbattimento degli SOX nei letti fluidi. La gassificazione del carbone.

Tecniche di abbattimento a valle della combustione: SNCR. I sistemi di abbattimento del particolato: Cicloni meccanici, filtri a maniche, precipitatori elettrostatici, filtro Venturi.

Tecniche di abbattimento a valle della combustione: Wet and Dry scrubber per abbattimento SOX. Tecniche di rimozione della CO2. Il sistema ETS (emission traiding scheme).

Le biomasse: definizione, suddivisione delle biomasse animali e vegetali (residui organici, colture energetiche dedicate). Vantaggi e svantaggi nell'utilizzo energetico delle biomasse. Caratterizzazione chimico-fisica delle biomasse. Il potere calorifico con l'espressione di Dulong Berthelot (il piano in funzione di contenuto di ossigeno, idrogeno e carbonio). Processi termochimici, biochimici e meccanici. La combustione diretta: tipologie di combustori. La carbonizzazione, la pirolisi. La digestione anaerobica e aerobica.

La fermentazione alcoolica e i processi meccanici di produzione biodisel tramite spremitura. Considerazioni sulle emissioni inquinanti delle caldaie a biomassa. I rifiuti solidi urbani: Dati di produzione e smaltimento Europei e nazionali.

I rifiuti solidi urbani e i sistemi WTE: produzione di energia dalla combustione dei rifiuti solidi urbani. Descrizione di un impianto di termovalorizzazione: la combustione su griglia, la sezione di recupero energetico, i sistemi di trattamento fumi. Considerazioni sui principali fattori che penalizzano il rendimento di conversione di un WTE.

Energia geotermica: i sistemi idrotermali a vapore dominante (scarico in ambiente o a condensazione) e i sistemi ad acqua dominante (a vapore di flash e cicli binari). I sistemi geotermici ibridi (con turbogas, con gruppo a vapore o con ciclo combinato). Le pompe di calore geotermiche.

I cli Rankine a fluido organico (ORC): vantaggi rispetto al ciclo Rankine a vapore d’acqua, applicazioni, caratteristiche dei fluidi organici, prestazioni energetiche del ciclo semplice e del ciclo con recuperatore.

Testi/Bibliografia

"Sistemi Energetici" G. Negri di Montenegro, M. Bianchi, A. Peretto – Pitagora Editore

"Sistemi Energetici: Complementi" M. Bianchi, F. Melino, A. Peretto – Pitagora Editore

"Sistemi Energetici: Impatto Ambientale" M. Bianchi, A. De Pascale, A. Gambarotta, A. Peretto – Pitagora Editore

Metodi didattici

L’insegnamento si compone di 6 CFU in un singolo modulo. Sono previste lezioni di teoria e lezioni in cui verranno presentati una serie di esempi numerici ed applicazioni reali.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L’esame di fine corso ha lo scopo di valutare il raggiungimento degli obiettivi didattici, verificando le conoscenze che lo studente ha acquisito riguardo agli aspetti trattati nel corso

Il voto finale viene definito mediante un'unica prova orale che mira ad accertare le conoscenze dello studente in tutti gli argomenti trattati.

Strumenti a supporto della didattica

Materiale didattico: il materiale didattico presentato a lezione verrà messo a disposizione dello studente in formato elettronico
tramite piattaforma IOL.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Lisa Branchini