TECNOLOGIE FISICHE PER LE ENERGIE RINNOVABILI

Crediti: 
6
Settore scientifico disciplinare: 
FISICA DELLA MATERIA (FIS/03)
Anno accademico di offerta: 
2016/2017
Semestre dell'insegnamento: 
Secondo Semestre
Lingua di insegnamento: 

ITALIANO

Obiettivi formativi

1) Conoscenze e capacità di comprensione (knowledge and understanding):
Il Corso fornisce gli strumenti interpretativi necessari alla comprensione del problema energetico e alla valutazione delle sue possibili soluzioni. In particolare, viene evidenziata la fisica alla base dei processi di produzione dell’energia rinnovabile.

2) Conoscenza e capacità di comprensione applicate (applying knowledge and understanding):
Durante il Corso vengono fornite conoscenze, abilità e metodologie inerenti la gestione e l’analisi dei sistemi per la produzione dell’energia ponendo particolare enfasi alle fonti di energia rinnovabile.
Su alcuni degli argomenti sviluppati viene richiesto allo studente l’elaborazione di relazioni su particolari applicazione delle metodologie studiate.

3) Capacità di giudizio (making judgements)
La raccolta e l’interpretazione a livello personale della grande quantità di dati presentati nel corso offrono allo studente la possibilità di formulare giudizi critici nei confronti di argomenti come la sostenibilità ambientale dell’approvvigionamento energetico per ognuna delle fonti energetiche prese in esame.

4) Abilità comunicative (communication skills)
Gli studenti avranno l’opportunità di elaborare informazioni, idee, problemi e soluzioni e di arrivare autonomamente a conclusioni in base alle loro conoscenze dialogando con interlocutori specialisti e non specialisti.

5) Capacità di apprendere (learning skills)
Alla fine del Corso lo studente avrà sviluppato le competenze necessarie per intraprendere studi successivi sull’argomento con un alto grado di autonomia

Prerequisiti

I corsi di base dei primi due anni della laurea triennale

Contenuti dell'insegnamento

Il problema energetico è centrale per il presente ed il futuro delle attività umane. Il controllo dello sfruttamento delle risorse energetiche e la riduzione dell’impatto ambientale, conseguente al loro uso, non sono soltanto questioni contingenti di carattere politico-economico, ma rappresentano soprattutto una sfida e un’impresa scientifica-tecnologica i cui obiettivi strategici possono essere raggiunti con azioni complesse, volte da un lato all’aumento dell’efficienza della produzione e dell’uso dell’energia e, dall’altro, allo sfruttamento e alla introduzione di energie rinnovabili e di nuove tecnologie. Diventa perciò necessaria una conoscenza sempre più mirata delle fonti di energia sia classiche (fossili) che innovative (rinnovabili). L’obiettivo del Corso è quello di fornire una base metodologica nel settore dell’utilizzazione delle risorse energetiche e delle tecniche per controllare l’impatto ambientale dei sistemi energetici mostrando come effettuare un uso razionale dell’energia ed implementare sistemi e tecnologie sostenibili.

Programma esteso

ENERGIA E SOSTENIBILITÀ: Origini e significato del concetto di sostenibilità, Sostenibilità energetica

L’ENERGIA E LE SUE FONTI: Il concetto di energia, Definizione e forme di energia, Fonti primarie e secondarie di energia, Fonti energetiche convenzionali e alternative, Fonti rinnovabili e non rinnovabili, Equilibrio energetico - azioni antropiche.

LE FONTI FOSSILI: Il petrolio - Il gas naturale - Il carbone - Confronto tra i costi delle fonti fossili.

IL NUCLEARE: La fusione nucleare - La fissione nucleare: vantaggi e svantaggi - I reattori a fissione di terza e di quarta generazione - Costi dell’energia prodotta da fonte nucleare.

LE FONTI RINNOVABILI: Definizione di energia rinnovabile, Energia da fonti rinnovabili classiche

Energia idroelettrica - Vantaggi e Svantaggi dell’idroelettrico - Costi dell’energia prodotta da fonte idroelettrica
Energia geotermica - Vantaggi e Svantaggi del geotermico - Costi dell’energia prodotta da fonte geotermica
Energia eolica - Vantaggi e Svantaggi dell’eolico - Costi dell’energia prodotta da fonte eolica.

Biomasse
Tecnologie di conversione delle biomasse - Processi di conversione termochimica - La combustione diretta e co‐combustione (cofiring) - Carbonizzazione - Gassificazione - Pirolisi - Processi di conversione biochimica - Digestione aerobica e anaerobica - Fermentazione alcoolica - Estrazione di oli vegetali e produzione di biodiesel- Steam explosion – Potenzialità, vantaggi e svantaggi nell’utilizzazione delle biomasse a scopi energetici - Costi dell’energia prodotta da biomasse.

Energia solare - Equilibrio Terra-Sole - Effetto serra.
Solare fotovoltaico - Descrizione della tecnologia fotovoltaica - La cella fotovoltaica - Le diverse tecnologie a confronto - Il sistema di condizionamento e controllo della potenza - La producibilità elettrica da fotovoltaico - Vantaggi e Svantaggi del fotovoltaico - Costi dell’energia prodotta mediante tecnologia fotovoltaica.

Energia solare: Solare termico a bassa temperatura - Vantaggi e Svantaggi del solare termico a bassa temperatura - Costi dell’energia prodotta da solare termico a bassa temperatura.

Energia solare: Energia solare termodinamica a concentrazione - Il concetto - Tecnologie di captazione dell’energia solare - Sistemi a collettori parabolici lineari (Parabolic Trough) - Sistemi a collettori lineari Fresnel (Linear Fresnel Reflector)- Sistemi a torre centrale (Solar Tower) - Sistemi a collettori parabolici circolari (Dish Stirling) - Costi della tecnologia solare termodinamica.

FONTI RINNOVABILI DEL FUTURO: Uno sguardo alle più promettenti innovazioni delle tecnologie di conversione - Energia marina - Lo sviluppo tecnologico e il potenziale energetico relativo all’energia marina - Energia osmotica (gradiente salino) - Energia mareomotrice - Energia dalle variazioni (intervalli) di marea - Costi - Energia dalle correnti di marea - Costi - Energia dalle correnti marine - Costi - Energia dal moto ondoso - Costi- Energia talassotermica.

Bibliografia

Appunti dalle lezioni
DJC. MacKay, Sustainable Energy - without the hot air; UIT Cambridge, ISBN: 978-1-906860-01-1 (scaricabile e consultabile gratuitamente su http://www.withouthotair.com/)
C. Julian Chen, Physics of Solar Energy, ed. Wiley, ISBN: 978-0-470-64780-6
Twidell & Weir, Renewable energy resources, ed. Taylor and Francis, ISBN: 978-0-419-25320-4

Metodi didattici

Lezioni ed esercitazioni arricchite con applicazioni.

Modalità verifica apprendimento

Le valutazioni formative sono intese a rilevare l'efficacia dei processi di apprendimento e d'insegnamento nei confronti dei contenuti presentati a lezione. Sarà valutata positivamente la presenza dello studente alle lezioni in aula, la sua partecipazione alle esercitazioni e approfondimenti che verranno proposti sia da un punto di vista partecipativo che da un punto di vista propositivo.

Le valutazioni certificative (esame orale) saranno finalizzate a valutare e quantificare con un voto, il conseguimento degli obiettivi dei corsi e dei relativi C.F.U., certificando il grado di preparazione individuale dello studente. In particolare sarà valutata la conoscenza generale e particolare degli argomenti trattati a lezione con particolare attenzione al grado di elaborazione e di approfondimento delle nozioni apprese.
Gli esami di profitto potranno svolgersi esclusivamente nei periodi a ciò dedicati (sessioni d’esame).

Altre informazioni

Possibilità di ampliamento del programma in base alle esigenze specifiche degli studenti.