Scopo del corso è quello di far sì che, alla fine, lo studente (1) abbia imparato ed acquisito le ragioni che stanno alla base delle particolari caratteristiche delle sorgenti "rinnovabili" di energia; (2) abbia compreso i metodi per una corretta scelta o per il progetto tecnico ed economico (sia pure preliminare) dei dispositivi e degli impianti di conversione della energia e di produzione di energia elettrica mediante l'uso delle energie rinovabili.
ll corso presenta e discute le consolidate tecnologie per la conversione delle energie cosiddette "rinnovabili": energia solare (diretta, biomassa, eolica), energia geotermica. Brevi cenni sono riservati anche alle forme ritenute meno tradizionali: le onde oceaniche, le correnti marine e le maree, i sistemi OTEC.
Largo spazio è dedicato al solare (termico, fotovoltaico e termodinamico), anche con una approfondita analisi della radiazione disponibile a livello del suolo e dei metodi per la sua stima. Vengono discusse le peculiarità delle sorgenti geotermiche e degli impianti che ne permettono lo sfruttamento ai fini della produzione di energia elettrica. L'analisi dell'impiego delle turbine eoliche è accompagna ad una descrizione delle modalità per la valutazione della disponibilità della risorsa energetica. Ove possibile, spazio è pure dedicato ad analisi tecniche ed economiche di tipici impianti.
- Quantificazione e classificazione delle sorgenti perenni di energia e del loro potenziale energetico L'energia solare. La produzione di biomassa. L'energia eolica. L'energia geotermica. Il gradiente oceanico di temperatura. Onde oceaniche e maree.
- L'energia solare La radiazione incidente e i dati climatici. I collettori piani e a concentrazione. Gli stagni solari. La valutazione delle prestazioni dei collettori solari. L'accumulo termico (cenni). La produzione di energia elettrica dalla energia termica. I criteri di ottimizzazione termodinamica ed economica. Esempi di impianti: prestazioni e costi. La conversione fotovoltaica della energia solare. I principi fisici alla base del funzionamento delle celle fotovoltaiche (cenni). Le celle al silicio e a film sottile: generalità. Il modulo fotovoltaico. Le caratteristiche di funzionamento di un modulo fotovoltaico e i criteri di controllo (cenni). Esempi di impianti fotovolaici: prestazioni e costi.
- L'energia da biomassa Le caratteristiche della biomassa vegetale. La combustione, l'effetto della umidità, le principali tecnologie di conversione. La combustione e la gassificazione negli impianti di produzione di energia elettrica da biomassa. Il motore Rankine a fluido organico. Esempi di tipici impianti per la produzione di potenza.
- L'energia geotermica Il gradiente termico terrestre e sue anomalie. I sistemi idrotermali. I sistemi geo-pressurizzati e le rocce secche (cenni). Lo sfruttamento della energia geotermica. Le centrali elettriche (a vapore, a flash, i cicli binari).
L'energia eolica La potenza di una turbina eolica: la teoria impulsiva. La caratteristica potenza.velocità del vento delle turbine eoliche. La connessione con la rete elettrica (cenni). Aspetti economici e la taglia ottimale di potenza.
- Altre sorgenti rinnovabili di energia Discussione dei principi base e brevi presentazioni di realizzazioni prototipali.
I seguenti libri sono segnalati, oltre che per lo specifico corso, anche per il loro interesse generale sui temi di base della conversione della energia. F.P. Califano, V. Silvestrini, G. Vitale, La progettazione dei sistemi fotovoltaici, Liguori Editore, Napoli, 1984. J.A. Duffie, W. A. Beckman, Solar Engineering of Thermal Processes, John Wiley & Sons, New York, Second Edition, 1991
P.Gipe, Wind Power, Renewable Energy for Home, Farm, and Business, Chelsea Green Publishing Company, White River Junction, Vermont, 2004. T. Markvart, Solar Electricity, John Wiley & Sons, Chichester, Unesco Energy Engineering Series, Second Edition, 2000.
G. Comini, S. Savino, La captazione della energia solare, International Center for Mechanical Sciences - Monografie CISM, Udine, Ottobre 2013 R.Pallabazzer, Sistemi di conversione eolica - La tecnologia delle moderne macchine del vento, Hoepli Editore, Milano, 2011.
R. DiPippo, Geothermal Power Plants - Principles, Applications, Case studies and Environmental Impact, Elsevier, Amsterdam, Second Edition, 2008 .W. Tester, M. Modell, Thermodynamics and Its Applications, Prentice Hall PTR, Upper Saddle River, New Jersey, 3rd Edition, 1997. E.P. Gyftopoulos, G. P. Beretta, Thermodynamics - Foundations and Applications, Dover Publications, Mineola, New York, 2005. C. M. Invernizzi, Closed Power Cycles. Thermodynamic Fundamentals and Applications, Lecture Notes on Energy, 11, Springer - Verlag, London, 2013
Le lezioni verranno erogate in aula ricorrendo a materiale didattico di volta in volta reso disponibile dal docente agli studenti: presentazioni, dispense, schede tecniche. Le lezioni saranno sempre accompagnate da applicazioni numeriche su casi concreti e durante l'anno si cercherà di svolgere almeno una visita tecnica.
Si cercherà, nei limiti del possibile, di coinvolgere direttamente gli studenti nella risoluzione dei problemi presentati: mediante lo svolgimento di opportuni esercizi in aula e l'elaborazione di brevi relazioni di laboratorio.
L'apprendimento è verificato mediante il diretto coinvolgimento degli studenti nella soluzione di problemi ed esercizi proposti durante lo svolgimento delle lezioni. Al termine del corso lo studente sosterrà un esame orale.