37444 - ELETTROTECNICA DEI SISTEMI ENERGETICI M

Conoscenze e abilità da conseguire

Completare la preparazione di base sull’elettrotecnica, introducendo lo studio di circuiti e componenti di potenza. Illustrare la produzione sostenibile di energia elettrica, alcuni elementi di economia dell’energia elettrica e i possibili scenari a medio e lungo termine per l’energia elettrica e l’ambiente.

Contenuti

Prerequisiti:

Lo studente dovrebbe possedere le competenze di teoria dei circuiti elettrici e delle macchine ed impianti elettrici, che vengono acquisite nei corsi di Elettrotecnica (per studenti in ingegneria non elettrica/elettronica) della Scuola di Ingegneria.

Programma:

Sistemi per il controllo e la gestione dell'Energia Elettrica. Struttura dei sistemi elettrici di potenza: caratteristiche della rete elettrica italiana ed europea; il mercato elettrico. Tecnologie disponibili per la produzione e trasmissione dell’energia elettrica in c.a. e c.c..Conversione statica dell’energia elettrica (inverter, raddrizzatori, chopper, convertitori di frequenza).

Conversione dell'energia solare in elettrica.  Principali caratteristiche della radiazione solare. Conversione fotovoltaica: principio di funzionamento, tecnologie realizzative e caratteristica elettrica delle celle fotovoltaiche; MPPT; struttura di un sistema fotovoltaico e suo collegamento con la rete elettrica (norma CEI-11-20). Convertitori termodinamici dell’energia solare a concentrazione (CSP). Aspetti economici della conversione dell’energia solare in elettrica.

Conversione dell'energia eolica in elettrica. Principali componenti di un generatore eolico. Caratteristiche delle turbine ad asse orizzontale (coefficiente di prestazione, angolo di calettamento, angolo di imbardata). Sistemi di generazione eolica con generatore asincrono (con rotore a gabbia, con rotore avvolto, a doppia alimentazione) e con generatore sincrono (con rotore avvolto, a magneti permanenti); controllo della potenza e collegamento alla rete elettrica. Impianti on-shore e off-shore. Aspetti economici della conversione dell’energia eolica in elettrica.

Elementi di economia dell’energia elettrica; problematiche di accumulo dell’energia e “sviluppo sostenibile”. Confronto fra le diverse fonti di energia elettrica: costo di produzione, valore commerciale, impatto ambientale e limiti tecnici. Scenari di sviluppo di un'economia dell’energia basata prevalentemente su fonti rinnovabili. L’economia dell’idrogeno (produzione, stoccaggio, distribuzione, utilizzazione). Ruolo strategico e principio di funzionamento dei diversi sistemi di accumulo dell’energia elettrica (batterie, supercondensatori, SMES, CAES, volani, sistemi di pompaggio). La convenienza economica dei sistemi di accumulo.

Testi/Bibliografia

1. B. Wu, Y. Lang, M. Zargari, S. Kouro, “Power Conversion and Control of Wind Energy Systems”, Ed. John Wiley & Sons, 2011.
2. K. Mertens, “Photovoltaics. Fundamentals, Technology and Practice”, Ed. John Wiley & Sons, 2014.
3. V.S. Bagotsky, A. M. Skundin, Y. M. Volfovich, “Electrochemical Power Sources. Batteries, Fuel cells and Supercapacitors”, Ed. John Wiley & Sons, 2015.
4. G. Zini, “Green Electrical Energy Storage. Science and finance for total fossil fuel substitution”, Ed. McGraw-Hill Education, 2016.
5. M.H. Rashid, "Elettronica di potenza: dispositivi e circuiti", Paravia Bruno Mondadori Editori.
6. M.H. Rashid, "Elettronica di potenza: applicazioni", Paravia Bruno Mondadori Editori.
7. IEA: “Wind Sun and the Economy of Flexible Power System”, disponibile on line all’indirizzo: https://www.iea.org/publications/freepublications/publication/
8. IEA, “Worl Energy Outlook 2016. Part B: Special Focus on Renewable Energies”, disponibile on line all’indirizzo: https://www.iea.org
9. ENEA, “Rapporto Energia-Ambiente 2013”, disponibile on line all’indirizzo: http://www.enea.it/it/pubblicazioni/
10. ENEA, “Le fonti rinnovabili 2010”, disponibile on line all’indirizzo: http://www.studi.enea.it/pubblicazioni/monografie
11. ABB, “Quaderni di Applicazione tecnica N.10. Impianti fotovoltaici” (2013), “Quaderni di Applicazione tecnica N.13. Impianti eolici” (2011) ,disponibili on line all’indirizzo: http://www.abb.it/abblibrary/DownloadCenter
12. Energy & Strategy Group, Politecnico di Milano, “Solar Energy Report” (2014), “Renewable Energy Report” (2017), “Wind Energy Report” (2012), “Energy Storage Report” (2016), “Smart Grid Executive Report” (2014), disponibili on line all’indirizzo: http://www.energystrategy.it/report/

Metodi didattici

Il corso è strutturato mediante lezioni frontali in aula in cui vengono presentati tutti gli argomenti del programma con l'ausilio di presentazioni a computer che sono disponibili online sul sito del docente (http://www.die.ing.unibo.it/pers/ribani/ribani.htm)

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'esame consiste in una prova orale durante la quale lo studente deve esporre tre fra gli argomenti illustrati durante il corso, di cui uno autonomamente scelto. Il voto ottenuto dipende dalla capacità dimostrata di esporre in modo corretto, completo e  sintetico le specifiche tematiche, con alcuni spunti di analisi critica.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Pier Luigi Ribani