(SSD ING-INF/07, 60 ore, 6 CFU, Caratterizzante)

Obiettivi formativi

Conoscenza e capacità di comprensione: conoscenza e comprensione degli aspetti teorici e applicativi fondamentali delle misure sui sistemi di potenza in generale, e di quelle basate su strumenti digitali in particolare;
Capacità di applicare conoscenza e comprensione: capacità di applicare le metodologie di misura di base e di scegliere la strumentazione di misura in base a considerazioni tecniche ed economiche. Consapevolezza dell’importanza di una progettazione in sicurezza di un sistema di misura complesso;
Autonomia di giudizio: capacità di interpretare correttamente i risultati forniti da un sistema di misura, sulla base delle caratteristiche dei suoi componenti. Capacità di gestione dei risultati, anche valutando i possibili rischi decisionali;
Abilità comunicative: capacità di comunicare con gli opportuni termini le informazioni acquisite. Capacità di discutere problemi e soluzioni con interlocutori specialisti e non;
Capacità di apprendimento: capacità di apprendimento continuo, mediante la corretta interpretazione di bibliografia tecnica, manuali di costruttori, norme tecniche e di legge.

Prerequisiti

Sono richieste in particolare conoscenze dei Corsi del secondo anno di Elettrotecnica e Misure e Strumentazione.

Contenuti

Misure sui sistemi trifasi
Tipi di collegamento dei sistemi trifasi (stella, triangolo; con e senza neutro) e corrispondenti misure. Il centro stella reale e ideale.
Potenza attiva e reattiva. Misure in sistemi simmetrici. L'inserzione Aron. Potenza reattiva da misure wattmetriche. Sistemi polifasi.
Basi di LabVIEW per la simulazione delle misure nei sistemi di potenza.
Regimi distorti nelle reti elettriche di potenza. Dispositivi di misura di nuova generazione basati su sistemi di acquisizione dati. Algoritmi e parametri operativi.
Misure di energia. Contatori elettronici. Schemi a blocchi dei contatori statici. Telemisura dell’energia elettrica. Smart metering e smart meter.
Dispositivi per le misure su sistemi elettrici
Richiami sul funzionamento del trasformatore. Circuiti equivalenti.
Trasformatori di misura. Specifiche tecniche e Normativa. Errori per i TA e TV. Impiego dei TA e TV. Misure su sistemi di potenza con TA e TV. La saturazione dei TA.
Trasformatori di protezione. Specifiche e Norme. La rilevazione delle correnti di corto circuito nelle componenti unidirezionale e simmetrica. Scelta dei trasformatori di protezione.
Principio di funzionamento delle sonde a effetto Hall. Misure di tensione e corrente con sonde a effetto Hall.
Relè elettronici programmabili. Architetture e algoritmi RMS e DFT. Elaborazioni DSP. Relè di massima corrente.
Prove e misure su macchine e apparati elettrici
Tipi di prove. I dati di targa. Valutazione del rendimento: metodo diretto e convenzionale. Stima delle perdite.
Prove sui trasformatori di potenza. Prova a vuoto e in corto circuito. Misura della resistenza di avvolgimenti. Riporto alla temperatura di riferimento. Perdite addizionali. Verifica delle polarità.
Il ciclo di isteresi dinamico. Non linearità del circuito magnetico.
Prove sui motori. Il rendimento convenzionale nei motori asincroni. Prova a vuoto a tensione variabile. Misure meccaniche di coppia, velocità e scorrimento. Il freno elettromagnetico.

Esercitazioni in laboratorio
- Analizzatore di reti trifasi. Acquisizione e misura di tensioni e correnti. Strumenti virtuali a supporto.
- Prove su un trasformatore. Misura della resistenza degli avvolgimenti. La prova in corto circuito. La prova a vuoto. Rilievo del ciclo di isteresi dinamico.
- Prove su un motore asincrono. Rilievo delle caratteristiche elettriche e meccaniche. Valutazione diretta del rendimento.

MODULO: IMPIANTI ELETTRICI

(SSD ING-IND/33, 50 ore, 5 CFU, Caratterizzante)

• Conoscenza e capacità di comprensione
conoscenza approfondita e comprensione degli aspetti teorici e modellistici degli impianti elettrici
• Conoscenza e capacità di comprensione applicate
capacità di analizzare le reti di distribuzione dell'energia elettrica e di sviluppare autonomamente la progettazione di sistemi di distribuzione anche con riferimento alle problematiche di sicurezza delle persone
• Autonomia di giudizio
capacità di valutare la corretta modellazione di un sistema elettrico per l'energia
• Abilità comunicative
capacità di intraprendere delle discussioni tecniche per la modellistica e la simulazione di un sistema elettrico per l'energia; individuazione di problematiche inerenti la sicurezza.
• Capacità di apprendere
capacità di apprendimento continuo, mediante la corretta interpretazione della bibliografia scientifica di settore e della normativa tecnica.

Prerequisiti

Le propedeuticità sono indicate nel Regolamento didattico del Corso di Studio.
Conoscenze:
Elementi di base di algebra lineare. Funzioni trigonometriche, esponenziali e logarimiche e loro proprietà. Equazioni differenziali lineari ordinarie. Integrali. Numeri complessi. Proprietà dei polinomi. Principi di fisica del corpo rigido, dei campi magnetici ed elettrici, e dei sistemi elettrici.
Abilità:
Calcolo algebrico, matriciale, differenziale. Studio e rappresentazione di funzioni di una o più variabili. Trasformazioni di variabili.
Competenze:
Capacità di applicare le metodologie dell'algebra, del calcolo differenziale e dell'analisi di funzioni per la rappresentazione e l'analisi di sistemi fisici.
Sono essenziali le competenze di Fisica 1 e 2, Elettrotecnica, Elettronica generale.

Contenuti

Il sistema dell’energia nel mondo
Struttura dei sistemi elettrici di potenza
Componenti simmetriche
Principali elementi costituenti gli impianti elettrici. Linee elettriche aeree ed in cavo. Costanti fondamentali delle linee elettriche aeree e in cavo. Effetto corona. Materiali conduttori. Dimensionamento termico. Dimensionamento meccanico. I materiali isolanti. Trasformatori nei sistemi di potenza.
Calcolo elettrico delle reti di distribuzione. Calcolo elettrico delle distribuzioni. Calcolo delle cadute di tensione. Perdite e riscaldamento. Criteri di scelta delle protezioni. Funzionamento con carico squilibrato.
Progettazione e costruzione degli impianti di distribuzione in BT in corrente alternata e corrente continua. Generalità. Elaborati di progetto. Normativa e simbologia CEI. I quadri elettrici: Tipologie per sistemi di I e II categoria. Normativa CEI. Power center, motor control center, quadri principali e secondari. Criteri di progettazione. Interruttori Magnetotermici per sistemi di I categoria, Fusibili. Protezione da sovraccarico e cortocircuito. Impianti in Corrente Continua per data center. Alimentazione con UPS e gruppi di continuità. Normativa tecnica.
La protezione dai pericoli dell'elettricità. Generalità. Contatti diretti ed indiretti. Misure di prevenzione per sistemi di I e II categoria. Sistemi di alimentazione TT, TN, IT, OS, con relé di terra differenziali, con doppio isolamento, ecc.. Circuiti equivalenti per il calcolo delle tensioni di contatto e di passo. Criteri di sicurezza.
Gli impianti di messa a terra. Generalità. Studio di dispersori elementari per la definizione delle grandezze di progetto. Dispersori complessi. Comportamento del terreno. Misure di resistività. Progetto dei sistemi di messa a terra e norma CEI. Verifica degli impianti di terra.

MODULO: SMART GRID PER LA DISTRIBUZIONE DELL'ENERGIA ELETTRICA

(SSD ING-IND/33, 50 ore, 5 CFU, Caratterizzante)

Obiettivi formativi

• Conoscenza e capacità di comprensione
conoscenza approfondita e comprensione degli aspetti teorici relativi alla pianificazione ed all'esercizio delle reti di distribuzione dell'energia elettrica
• Conoscenza e capacità di comprensione applicate
capacità di analizzare le reti di distribuzione dell'energia elettrica e di sviluppare autonomamente la progettazione di sistemi di distribuzione anche con riferimento alle problematiche introdotta dalla generazione distribuita
• Autonomia di giudizio
capacità di valutare il corretto esercizio e dimensionamento di un sistema di distribuzione con riferimento al sistema di protezione.
• Abilità comunicative
capacità di intraprendere delle discussioni tecniche per la definizione delle scelte progettuali e di pianificazione di un sistema di distribuzione.
• Capacità di apprendere
capacità di apprendimento continuo, mediante la corretta interpretazione della bibliografia scientifica di settore.

Prerequisiti

Le propedeuticità sono indicate nel Regolamento didattico del Corso di Studio.
Conoscenze:
Elementi di base di algebra lineare. Funzioni trigonometriche, esponenziali e logaritmiche e loro proprietà. Equazioni differenziali lineari ordinarie. Integrali. Numeri complessi. Proprietà dei polinomi. Principi di fisica del corpo rigido, dei campi magnetici ed elettrici, e dei sistemi elettrici.
Abilità:
Calcolo algebrico, matriciale, differenziale. Studio e rappresentazione di funzioni di una o più variabili. Trasformazioni di variabili.
Competenze:
Capacità di applicare le metodologie dell'algebra, del calcolo differenziale e dell'analisi di funzioni per la rappresentazione e l'analisi di sistemi fisici.
Sono necessarie competenze di Fisica 1 e 2, Elettrotecnica, Elettronica generale, Impianti Elettrici ed Elettronica Industriale di Potenza.

Contenuti

Stato del neutro nei sistemi elettrici
Lo stato del neutro. Metodi per la messa a terra del neutro nei sistemi di I, II e III categoria.
Cabine elettriche secondarie
Generalità. Tipologie. Criteri di progettazione. Schemi unifilari e disposizioni topografiche. Distanziamenti ed altre misure di sicurezza. Schemi elettrici unifilari, trifilari e funzionali. Quadri di manovra, controllo e misura. Protezioni. Ventilazione. Rumorosità. Impianto di terra di cabina. CEI 0-16
Il rifasamento degli impianti MT e BT)
Definizione e motivazioni. Calcolo potenza di rifasamento. Mezzi per la produzione dell'energia reattiva. Connessione a triangolo e a stella dei condensatori. Caratteristiche e dati di targa dei condensatori. Campi d'impiego. Criteri di progettazione di un impianto di rifasamento. Misure di sicurezza. Criteri di installazione delle apparecchiature. Impiego di impedenze limitatrici. Armoniche. Requisiti delle apparecchiature di manovra e protezione.
I sistemi di protezione degli impianti di distribuzione
Classificazione dei guasti. Caratteristiche dei sistemi di protezione. Protezione contro le sovracorrenti, le sovratensioni, i pericoli dell'elettricità nei sistemi di I, II e III categoria. 
I relé di protezione: definizioni, tipologie e classificazione, caratteristiche costruttive e funzionali, criteri d'impiego. Protezione contro i c.ti c.ti ed i guasti: tipi di protezione, impiego di TA e TV. Casi particolari: Protezione degli alternatori, Protezione dei trasformatori, Protezione delle Sbarre di Stazione, Protezione delle reti.
Apparecchiature di interruzione e sezionamento
Generalità. L'arco elettrico. Energia d'arco ed energia specifica. Interruzione delle correnti alternate e continue. Mezzi per l'estinzione degli archi. Interruttori. Sistemi di comando. Potere d'interruzione. Tempi d'intervento. Richiusura automatica. Scelta dei materiali per i contatti. Interruttori per sistemi di I e II categoria. Dati caratteristici. Interruttori automatici: caratteristiche d'intervento, regolazione delle soglie e dei tempi d'intervento. Gli apparecchi di manovra: Classificazione. Tipologie. Sezionatori per sistemi di I e II categoria. Interruttori di manovra-sezionatori. Caratteristiche costruttive e funzionali. Dati di targa. I contattori: Tipologie, dati di targa, criteri d'impiego, scelta delle protezioni da associare. I fusibili: Tipologie, caratteristiche costruttive e funzionali. Capacità di rottura. Criteri di scelta. Dati principali. Impiego in associazione con altre apparecchiature (interruttori, sezionatori, contattori).
Principali elementi costituenti gli impianti elettrici
Le macchine sincrone nei sistemi di potenza: Classificazione. Dati caratteristici. Equazioni generali. Circuiti equivalenti in regime sinusoidale. Caratteristica di magnetizzazione e di c.to c.to. Reattanza sincrona e c.d.t. interne. Diagramma di Blondel. Potenza erogata in rete. Messa in parallelo degli alternatori. Comportamento alle diverse sequenze. Impiego come compensatore sincrono. 
SMART GRID
Definizioni. Integrazione delle fonti rinnovabili. Gestione della domanda. Sistemi di telecomunicazione per smartgrid. Sistemi di protezione per le smart grid. Gestione delle Smart Grid. Pianificazione delle Smart Grid. Normativa.

(SSD ING-IND/09, 90 ore, 9 CFU, Caratterizzante)

Obiettivi formativi

In accordo agli obiettivi formativi del Corso di Laurea, gli obiettivi formativi specifici dell'insegnamento sono quelli di fornire allo studente le competenze basilari nel settore delle macchine a fluido e dei sistemi di produzione dell’energia elettrica per lo sviluppo sostenibile.
I principali risultati di apprendimento attesi per l'insegnamento declinati secondo i 5 Descrittori di Dublino sono i seguenti:
Conoscenza e capacità di comprensione
- Acquisire le conoscenze fondamentali sulle modalità di funzionamento delle macchine a fluido operatrici e motrici.
- Acquisire le conoscenze fondamentali sulla configurazione impiantistica e sulle modalità di funzionamento di impianti a ciclo Rankine, turbine a gas, cicli combinati e impianti di cogenerazione.
- Acquisire le conoscenze fondamentali sulla configurazione impiantistica e sulle modalità di funzionamento di impianti idroelettrici, eolici e fotovoltaici.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
- Saper calcolare il rendimento e gli scambi di energia di una macchina motrice (turbina) o di una macchina operatrice (pompa, compressore, ventilatore).
- Saper scegliere la pompa o il ventilatore in accordo alla prevalenza ed alla portata richiesta dall’utenza (circuito idraulico, impianto di aerazione, etc.).
- Saper descrivere il ciclo termodinamico e le modalità di funzionamento di un impianto a vapore, di una turbina a gas, di un impianto combinato e di un impianto di cogenerazione.
- Saper valutare le prestazioni fondamentali (rendimenti, potenza e produzione energetica) di un impianto per la produzione di energia elettrica e di un impianto di cogenerazione.
- Saper sviluppare il dimensionamento preliminare di un impianto eolico, fotovoltaico e idroelettrico in relazione alla disponibilità della fonte primaria.
- Saper calcolare il costo di produzione dell’energia per un impianto di generazione elettrica.
Autonomia di Giudizio
- Acquisire la capacità di reperire specifiche tecniche e dati di costo presso i fornitori di apparecchiature e componenti al fine di effettuare analisi e valutazioni comparative di tipo qualitativo e quantitativo sul piano tecnico ed economico, individuando la soluzione impiantistica più adatta al contesto.
Abilità Comunicative
- Saper rappresentare lo schema di un impianto motore termico e individuare sui piani termodinamici le trasformazioni e i cicli di riferimento di macchine e impianti per la produzione di energia elettrica;
- Conseguire la capacità di descrivere gli schemi impiantistici e analizzare criticamente il funzionamento di macchine a fluido, impianti per la produzione di energia elettrica e impianti di cogenerazione.
Capacità di apprendere
- Acquisire la capacità di integrare le conoscenze acquisite con quelle relative ad altri insegnamenti del corso di studio e a fonti esterne per conseguire una preparazione ad ampio spettro nel settore delle macchine a fluido e dei sistemi di produzione dell’energia elettrica.
- Inoltre, l'insegnamento consentirà di consolidare gli strumenti necessari per l'eventuale prosecuzione degli studi nel percorso di laurea magistrale e per l'aggiornamento professionale continuo anche a livello individuale.

Prerequisiti

E' indispensabile che lo studente possieda una adeguata conoscenza degli strumenti matematici fondamentali (algebra, derivate e integrali semplici), della fisica e della termodinamica. Sono anche utili conoscenze basilari di chimica.

Contenuti

Generalità e richiami di Termodinamica Applicata. Fonti energetiche e produzione di energia. Classificazione delle macchine e dei sistemi energetici. Richiami sul principio di conservazione dell’energia, sul calcolo delle proprietà termodinamiche dei fluidi, sui piani termodinamici e sui cicli.
Prestazioni delle macchine a fluido. Classificazione delle macchine a fluido. Le trasformazioni di compressione e di espansione. Lavoro reale, adiabatico e politropico. Rendimento adiabatico e politropico. Problemi di progetto e di verifica.
Principi di funzionamento delle macchine a fluido. Il concetto di stadio di una turbomacchina: lo statore ed il rotore. L’equazione di Eulero ed i triangoli di velocità. Ugelli e diffusori: forma dei condotti e rendimenti. Il flusso nei condotti rotorici: grado di reazione, forma delle palettature e rendimenti.
Macchine operatrici. Macchine dinamiche: pompe, compressori e ventilatori. Prestazioni e principali caratteristiche costruttive. Problemi di scelta della macchina operatrice in relazione al circuito. Macchine operatrici in serie e in parallelo. Avviamento e cavitazione delle pompe. Cenni alle macchine operatrici volumetriche alternative e rotative.
Macchine motrici. Turbine a gas e turbine a vapore. Stadi ad azione e a reazione. Curve caratteristiche. Turbine eoliche. Bilancio energetico e coefficiente di potenza rotorico. Curva di potenza. Turbine idrauliche. Turbine Pelton, Francis e Kaplan. Curva caratteristica di una turbina idraulica.
Gli impianti motori termici. Rendimento globale e consumo specifico di un impianto motore termico. Fattore di utilizzazione e costo di produzione dell’energia elettrica. Mercato elettrico e sistema di incentivazione delle fonti rinnovabili. Fattori di emissione della CO2.
Impianti a vapore. Il ciclo Rankine. Bilancio energetico e rendimento. Influenza dei parametri operativi sulle prestazioni di un ciclo a vapore. Surriscaldamenti ripetuti e rigenerazione termica. Schemi di impianto. I principali componenti di impianto: generatore di vapore, condensatore, pompe, degasatore e rigeneratori. Trattamento delle emissioni allo scarico di un impianto a vapore. Impianti a fluido organico (ORC). Impianti a vapore alimentati con biomasse e con sistemi solari a concentrazione.
Turbine a gas. Ciclo di riferimento, bilancio energetico e rendimento. Condizioni di massimo lavoro utile e di massimo rendimento. Turbine a gas rigenerate. Tecnologie correnti delle microturbine a gas e delle turbine a gas industriali. Emissioni inquinanti.
Impianti combinati. Gli impianti a ciclo combinato gas/vapore: schema d’impianto e prestazioni. Il bilancio energetico al generatore di vapore a recupero. Impianti combinati a più livelli di pressione.
Impianti di cogenerazione. La produzione combinata di energia elettrica e termica. Configurazioni impiantistiche e prestazioni (rendimenti e risparmio di energia primaria).
Impianti idroelettrici. Schema di impianto di un impianto idroelettrico. Bilancio energetico e rendimento globale. Valutazione della produzione di energia. Impianti di pompaggio.
Impianti eolici e fotovoltaici. Distribuzione di frequenza del vento, curva di potenza di una turbina eolica. Valutazione della produzione di energia. Principio di funzionamento delle celle fotovoltaiche e rendimento. Valutazione della produzione di energia. I sistemi di accumulo dell’energia.

MODULO: MACCHINE ELETTRICHE

(SSD ING-IND/32, 50 ore, 5 CFU, Caratterizzante)

Obiettivi formativi

Il modulo si propone di analizzare e applicare i principi fondamentali di conversione dell’energia elettrica in meccanica e del funzionamento delle macchine elettriche sviluppandone la modellizzazione e analizzandone le applicazioni dedicate allo sviluppo energetico sostenibile.
Conoscenza e capacità di comprensione:
Conoscenza approfondita e comprensione degli aspetti teorici e applicativi relativi ai processi di conversione dell’energia elettrica in meccanica;
Conoscenza e capacità di comprensione applicate:
Capacità di analizzare il funzionamento operativo delle macchine elettriche per impieghi dedicati alla produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili e ai veicoli elettrici nonché alle applicazioni in campo civile che industriale.
Autonomia di giudizio:
Capacità di valutare correttamente sia le prestazioni delle varie tipologie di macchine elettriche sulla base delle loro caratteristiche tecniche e costruttive.
Abilità comunicative:
Capacità di discutere, con interlocutori specialisti, delle problematiche inerenti le macchine elettriche nelle condizioni di funzionamento a regime.
Capacità di apprendere:
Capacità di apprendimento continuo, mediante la corretta interpretazione dei documenti tecnici e della bibliografia scientifica di settore.

Prerequisiti

Conoscenza degli argomenti svolti nei corsi di Analisi Matematica, Fisica ed Elettrotecnica.

Contenuti

Introduzione al corso: descrizione del programma e delle modalità di svolgimento dell’esame.
Le macchine elettriche nello sviluppo energetico sostenibile:
esempi applicativi di utilizzo delle macchine elettriche: Generatori eolici; veicoli elettrici; sistemi di accumulo cinetico; pompe di calore; impianti di conversione del moto ondoso, correnti marine; impianti idroelettrici;
Richiami alle leggi fondamentali dell’elettromagnetismo:
legge di Ampere, legge di Faraday Lenz, campi magnetici nella materia, proprietà dei materiali, materiali utilizzati nei sistemi elettromagnetici e loro proprietà caratteristiche, energia immagazzinata nel campo magnetico e elettrico. Analisi e confronto energetico tra le macchine elettrostatiche ed elettromagnetiche; fenomeni termici nei sistemi elettromagnetici.
Il trasformatore:
Il trasformatore lineare: caratteristiche costruttive, il flusso di mutuo accoppiamento, il flusso di dispersione, funzionamento a vuoto, sotto carico e in corto circuito. Analisi funzionale ed energetica.  Il trasformatore reale: il nucleo ferromagnetico, le perdite nel ferro, la caratteristica magnetica; funzionamento a vuoto, funzionamento sotto carico, circuito equivalente; circuito equivalente semplificato; analisi funzionale ed energetica; diagramma vettoriale. Determinazione dei parametri del trasformatore mediante le prove a vuoto ed in corto circuito. Perdite e rendimento; Il trasformatore trifase: funzionamento a vuoto; funzionamento sotto carico.
Generalità sulle macchine rotanti:
I principi di conversione elettromeccanica dell’energia: conversione elettromagnetica dell’energia; Forze nelle macchine elettriche rotanti; legge di ampere microscopica; sistemi elettromeccanici isotropi con un solo avvolgimento di eccitazione; gli avvolgimenti elettrici; il campo magnetico al traferro; le coppie polari;  il flusso concatenato e le tensioni indotte; sistemi elettromeccanici con più avvolgimenti; La coppia elettromagnetica nelle macchine elettriche rotanti, metodo delle guaine equivalenti;
Macchina a corrente continua
Macchina elettrica sincrona:
Caratteristiche costruttive; analisi e modellizzazione del funzionamento a vuoto: caratteristica a vuoto; analisi e modellizzazione del funzionamento sotto carico; circuito equivalente della macchina elettrica sincrona a poli lisci; funzionamento della macchina sincrona su rete di potenza prevalente; coppia meccanica; stabilità della macchina elettrica sincrona; digramma circolare; funzionamento in corto circuito; caratteristica di corto circuito;
Macchina elettrica asincrona:
Caratteristiche costruttive; generalità; modello matematico, elettrico e meccanico; Funzionamento in regime sinusoidale; Circuito equivalente; Diagramma circolare

MODULO: AZIONAMENTI ELETTRICI

(SSD ING-IND/32, 50 ore, 5 CFU, Caratterizzante)

Obiettivi formativi

- Conoscenza e capacità di comprensione: conoscere e comprendere il funzionamento degli azionamenti elettrici, le loro principali caratteristiche ed i loro ambiti applicativi;
- Capacità di applicare conoscenza e comprensione: progettare e simulare azionamenti elettrici, anche in qualità di componenti di sistemi di propulsione elettrica;
- Autonomia di giudizio: capacità di adottare soluzioni motivate nella progettazione di azionamenti elettrici, in base all’applicazione, alle specifiche di progetto assegnate ed agli eventuali gradi di libertà a disposizione;
- Abilità comunicative: capacità di trasmettere informazioni e concetti in modo semplice, sintetico ed efficace;
- Capacità di apprendimento: elaborazione autonoma delle informazioni, soprattutto riguardo alla definizione delle specifiche progettuali ed alla progettazione di azionamenti elettrici.

Prerequisiti

Si ritiene utile, per una migliore comprensione dei contenuti previsti dall’insegnamento, il possesso di conoscenze di base relative alle macchine elettriche e all’elettronica di potenza.

Contenuti

L’insegnamento prevede i seguenti argomenti principali:
Generalità: componenti principali, princìpi di funzionamento, tipologie e configurazioni più diffuse, applicazioni;
Azionamenti Elettrici basati su Macchine Elettriche in Corrente Continua: princìpi di funzionamento, componenti principali (avvolgimenti di eccitazione e di armatura, collettore, etc.), modello matematico, configurazioni (ad eccitazione serie, parallela, separata, etc.), progettazione del sistema di controllo (anelli di corrente, velocità e posizione), esercitazioni mediante opportuni software di simulazione;
Azionamenti Elettrici basati su Macchine Elettriche Sincrone a Magneti Permanenti: princìpi di funzionamento, caratteristiche dei magneti permanenti, configurazioni (rotor PM, stator PM, Brushless DC, Brushless AC, etc.), modelli matematici, strategie di controllo (a commutazione di corrente, constant torque angle, unity power factor, etc.), gestione dei vincoli operativi (saturazione di tensione, limitazione di corrente, etc.), progettazione del sistema di controllo, esercitazioni mediante opportuni software di simulazione e sperimentali in laboratorio;
Azionamenti Elettrici basati su Macchine Elettriche Asincrone: princìpi di funzionamento, configurazioni, modelli matematici, strategie di controllo (scalare, vettoriale, diretto di coppia), progettazione del sistema di controllo, esercitazioni mediante opportuni software di simulazione.

MODULO: ECONOMIA E REGOLAZIONE DELL'ENERGIA

(SSD ING-IND/33, 50 ore, 5 CFU, Caratterizzante)

Obiettivi formativi

• Conoscenza e capacità di comprensione: identificare gli elementi strutturali dei mercati dell’energia e comprenderne gli effetti sulle prestazioni delle imprese e sul benessere sociale;
• Conoscenza e capacità di comprensione applicate: analizzare motivazioni e forme specifiche delle politiche pubbliche in ambito energetico con specifico riferimento alla regolazione del monopolio e alle politiche energetico-ambientali;
• Autonomia di giudizio: riconoscere le strategie più appropriate nei diversi contesti competitivi.
• Abilità comunicative: capacità di comunicazione tecniche sulle principali misure e strumenti di policy a supporto della produzione di energia, e in particolare della transizione verde, come incentivi o obblighi / mandati, elementi che determinano il comportamento dei principali attori nei mercati energetici attuali e futuri. Capacità di discutere i principali metodi e modelli utilizzati per stimare le dinamiche di mercato;
• Capacità di apprendere: capacità di apprendimento continuo, mediante la corretta interpretazione delle principali Direttive UE / Green Deal, i piani nazionali per l'energia e il clima, nonché i principali scenari dei mercati energetici elaborati da istituzioni internazionali come l’IEA (Agenzia Internazionale per l’Energia). Gli studenti dovranno essere in grado di confrontare i diversi strumenti a seconda degli obiettivi politici e del tipo di sfide e criticità di mercato considerate.

Prerequisiti

Le propedeuticità obbligatorie sono indicate nel Regolamento didattico del Corso di Studio.
Conoscenze:
Elementi di base di algebra lineare. Funzioni trigonometriche, esponenziali e logaritmiche e loro proprietà. Sistemi elettrici per la produzione, la trasmissione e la distribuzione dell’energia.
Abilità:
Calcolo algebrico, matriciale, differenziale. Studio e rappresentazione di funzioni di una o più variabili. Trasformazioni di variabili.
Competenze:
Capacità di applicare le metodologie dell'algebra, del calcolo differenziale e dell'analisi di funzioni per la rappresentazione e l'analisi di sistemi fisici.
Sono necessarie competenze Impianti Elettrici e Distribuzione dell’energia.

Contenuti

Introduzione ai settori dell’energia
Filiera e industria; Integrazione verticale e liberalizzazione. Introduzione al corso ed agli scenari energetici globali. Fonti primarie, aggregazioni regionali, flussi di energia primaria, consumi. Politiche EU in ambito energetico e verso la decarbonizzazione. Millennium e Sustainable Development Goals. Fonti fossili e rinnovabili. Bilanciamento del sistema energetico. Elementi di principi economici
Applicazioni: i settori dell’energia elettrica e del gas naturale.
Introduzione al diritto dell’energia
Le fonti del diritto dell’energia, gli strumenti giuridici ed i soggetti della regolazione: in particolare le Autorità indipendenti. Le competenze regolatorie tra livello europeo, nazionale e regionale. Motivazioni e principi della regolazione: garanzia della sicurezza del sistema, universalità del servizio, tutela degli utenti, promozione della concorrenza e dell’efficienza del sistema.
Struttura dei mercati nei settori dell’energia
Caratteristiche della struttura di mercato: concentrazione, barriere all’ingresso e all’uscita, complementarità con altri settori, regolazione.
Analisi dei costi di impresa: elementi di base, economie scala e multiprodotto, monopolio naturale, investimenti irrecuperabili, economie di apprendimento.
Analisi della domanda di mercato: elementi di base, elasticità al prezzo e altre proprietà. Elasticità di breve e lungo periodo di prezzi e redditi. Aspetti comportamentali: spinte (nudges), effetti di rimbalzo (rebound), divari in efficienza energetica / risparmio energetico, norme di carattere sociale.
Applicazioni: Economie di apprendimento e analisi dei costi delle tecnologie di generazione elettrica.
Mercati in monopolio nei settori dell’energia
Concorrenza perfetta; mercati contendibili, fallimenti del mercato. Potere di mercato ed efficienza.
Regolamentazione del monopolio: prezzo ottimo, regolazione dei prezzi con asimmetrie informative.
Regolazione dell’accesso e unbundling.
Regolazione della qualità del servizio.
Applicazioni: Caso studio relativo alla regolazione della qualità del servizio elettrico di distribuzione
Politiche pubbliche per l’ambiente e per le fonti rinnovabili nei settori dell’energia
Regolazione delle emissioni: ottimo collettivo, tasse, sussidi, standard, emission trading. Risorse esauribili v. rinnovabili: tasso ottimo di sfruttamento, politiche. Risorse comuni: ottimo collettivo, politiche.
Mercati liberalizzati nei settori dell’energia
Gestione dei sistemi elettrici nei mercati liberalizzati. Borse dell’energia. Competizione imperfetta; esercizio di potere di mercato e promozione della concorrenza. Mercati dell’energia elettrica: bilateral vs pool; forward vs spot; day ahead and infra daily; ancillary services. Mercati per energia e capacity.
Applicazioni: Caso studio relativo alla borsa dell’energia elettrica.
Green markets

MODULO: VETTORI ENERGETICI E SISTEMI DI ACCUMULO DELL'ENERGIA

(SSD ING-IND/32, 50 ore, 5 CFU, Caratterizzante)

Obiettivi formativi

Il modulo di Vettori Energetici e Sistemi di Accumulo dell'Energia intende far acquisire agli studenti le fondamentali conoscenze relative ai vettori energetici e ai sistemi di accumulo per l’energia per lo sviluppo energetico sostenibile. Importante è acquisire la consapevolezza delle problematiche dovute all’utilizzo di vettori energetici non sostenibili e delle azioni necessarie per conseguire la sostenibilità energetica. Quindi, si analizzano i principali vettori energetici, con l’obiettivo di apprendere le loro caratteristiche, le problematiche e i benefici associati al loro utilizzo, le strutture impiantistiche di conversione e il loro ciclo di vita. Successivamente, si analizzano i sistemi di accumulo per l’energia termica e per l’energia elettrica e il loro funzionamento, con specifica attenzione verso le loro applicazioni per lo sviluppo energetico sostenibile. Infine, le conoscenze fin qui acquisite sono utilizzate per apprendere le metodologie per l’analisi del ciclo di vita dei vettori energetici e dei sistemi di accumulo per l’energia e per la valutazione dell’impronta di carbonio associata all’utilizzo di ciascun vettore energetico.
Più in dettaglio, gli obiettivi formativi del corso possono essere espressi secondo i cinque seguenti descrittori:
- Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscenza e comprensione (1) dei principali vettori energetici, della loro produzione e del loro ciclo di vita, (2) dei sistemi di accumulo per l’energia termica e (3) per l’energia elettrica e del loro funzionamento, (4) delle metodologie per l’analisi del ciclo di vita dei vettori energetici e dei sistemi di accumulo per l’energia e (5) per la valutazione dell’impronta di carbonio associata all’utilizzo di ciascun vettore energetico.
- Conoscenza e capacità di comprensione applicate: Capacità di (1) analizzare il ciclo di vita di un vettore energetico, (2) dimensionare un sistema di accumulo per l’energia elettrica, (3) effettuare un’analisi del ciclo di vita di un vettore energetico e di un sistema di accumulo per una specifica applicazione, (4) effettuare la valutazione dell’impronta di carbonio associata all’utilizzo di un vettore energetico.
- Autonomia di giudizio: Capacità di valutare correttamente la sostenibilità energetica nell’uso dei vettori energetici e dei sistemi di accumulo dell’energia.
- Abilità comunicative: Capacità di discutere, con interlocutori specialisti e non specialisti, di problemi e possibili soluzioni tecnologiche riguardanti l’utilizzo di vettori energetici e sistemi di accumulo dell’energia per lo sviluppo di sistemi energetici sostenibili.
- Capacità di apprendere: Capacità di apprendimento continuo, mediante la corretta interpretazione dei documenti tecnici e della bibliografia scientifica di settore.

Prerequisiti

Per frequentare proficuamente il corso risultano fondamentali conoscenze e competenze in analisi matematica, fisica, elettrotecnica, fisica tecnica.

Contenuti

- Introduzione: scenari energetici nazionali ed europei, politiche energetiche, linee di indirizzo nazionali ed internazionali, principi di sostenibilità energetica (3 ore teoria)
- Vettori energetici: funzione di un vettore energetico; vettori fossili, bio-combustibili, idrogeno, energia elettrica; produzione e ciclo di vita di vettori energetici; analisi comparativa dei vettori energetici
- Sistemi di accumulo per l’energia termica: sistemi di accumulo termico a calore sensibile, sistemi di accumulo termico a calore latente, sistemi di accumulo termochimico
- Sistemi di accumulo per l’energia elettrica: impianti idroelettrici, sistemi di accumulo ad aria compressa e ad aria liquida, batterie elettrochimiche, sistemi di accumulo a superconduttore, sistemi di accumulo a volano, supercapacitori, sistemi di accumulo per l’idrogeno e celle a combustibile
- Life cycle assessment e life cycle energy analysis: metodologie e casi studio, analisi dell’impronta di carbonio associata all’utilizzo dei vettori energetici
- Esercitazione finale

(SSD ING-IND/32, 60 ore, 6 CFU, Caratterizzante)

Obiettivi formativi

- Conoscenza e capacità di comprensione: conoscenza e comprensione degli aspetti teorici relativi ai dispositivi e alle strutture di potenza per la conversione statica dell’energia elettrica in ottica “transizione energetica”.
- Capacità di applicare conoscenza e comprensione: capacità di analizzare le strutture di conversione statica dell’energia elettrica utilizzate nel settore civile e/o industriale e di valutarne il loro impatto sulla rete elettrica e sull’ambiente.
- Autonomia di giudizio: capacità di valutare correttamente le performance delle strutture per la conversione statica  dell’energia, sulla base delle loro struttura topologia.
- Abilità comunicative: capacità di svolgere delle discussioni tecniche sia delle problematiche inerenti la struttura di conversione sotto esame sia delle possibili soluzioni da intraprendere per migliorare l'efficienza.
- Capacità di apprendimento: capacità di apprendimento continuo, mediante la corretta interpretazione della bibliografia scientifica di settore.

Prerequisiti

Elettrotecnica, Misure Elettriche

Contenuti

Sistemi Elettronici di Potenza
Classificazione dei sistemi elettronici di potenza e dei convertitori. Teoria dei circuiti, potenza e fattore di potenza in presenza di distorsione armonica.
Dispositivi a semiconduttore
Fisica dei semiconduttori (Diodi, Tiristori, BJT, MOSFET, ecc). Potenza dissipata in conduzione e in commutazione.
Raddrizzatori a diodi
Concetti di base. Raddrizzatori monofase e trifase a ponte. Commutazione non istantanea della corrente di linea.
Convertitori a tiristori con controllo di fase
Convertitori a tiristori monofase e trifase a ponte. Induttanza di linea. Cenni sulle norme tecniche raccomandate.
Convertitori cc/cc
Convertitore cc/cc (buck, boost e Cúk) conduzione continua,  discontinua e  filtri in uscita. Convertitore cc/cc a quattro quadranti, modulazione di ampiezza di impulso (PWM).
Convertitori cc/ca
Invertitori a tensione impressa e a corrente impressa. Modulazione di ampiezza di impulso (PWM). Invertitore monofase half-bridge e full-bridge. Regolatori ad isteresi.
Criteri di progettazione dei convertitori
Funzioni e tipologie di snubber. Snubber di tipo R-C per diodi e interruttori di potenza. Circuiti di pilotaggio.