Appunti Energie Rinnovabili

Programma dettagliato di ENERGIE RINNOVABILI A.A. 2015-2016

Novità orario 2016: 2+2 ore settimanali fino al 10 giugno => più spalmato, sarà tolta qualche parte via via segnalata

INTRODUZIONE

(tempo stimato): 3-4 ore (1 settimana)

Il concetto di fonti energetiche rinnovabili. Il contesto energetico a livello nazionale e internazionale: contributo delle varie fonti energetiche alla produzione primaria e ruolo delle rinnovabili. Trend degli ultimi decenni e prospettive future. Schede tecniche introduttive sulle varie fonti energetiche rinnovabili che verranno trattate durante il corso: ruolo, stato dell'arte, tecnologie e prospettive di sviluppo. Cenno agli aspetti economici.

ENERGIA IDROELETTRICA

(tempo stimato): 10 ore (2,5 settimane)

Introduzione e schemi base di grandi e piccole centrali idroelettriche. La risorsa: portata e salto idraulico. Curva di durata. Perdite e salto netto. Produzione di energia e rendimento globale. Potenza e producibilità elettrica. Curve di utilizzazione. Schemi di impianto (piccole e grande idroelettrico). Le macchine idrauliche: equazione dell'energia, numero di giri specifico, velocità specifica e classificazione (macchine lente e veloci). Scelta delle turbine in funzione della portata e del salto netto. Velocità specifica e velocità di fuga. Classificazione e tipologie di turbine idrauliche, concetto di macchine ad azione e a reazione: turbine Pelton, Turgo, Francis e Kaplan. Distributori statorici. Triangoli di velocità. Diffusori di scarico. Curve caratteristiche. Regolazione delle turbine. Turbine a bulbo. Applicazioni ai piccoli impianti (mini hydro). Cenno ai costi dell'impianto e della produzione.

Esercitazioni:

1. Dimensionamento di massima di una Turbina FRANCIS e calcolo del grado di reazione dati il salto idraulico netto e la portata di progetto
2. Progetto di base impianto mini hydro con criteri di massima produzione elettrica e profittabilità

ENERGIA GEOTERMICA

(tempo stimato): 10 ore (2,5 settimane)

Il calore geotermico: distribuzione e temperature, gradiente geotermico. Distribuzione di energia termica e flusso di calore. Pozzi di estrazione e reimmissione. Classificazione delle risorse geotermiche. Applicazione delle risorse geotermiche e cenno ai relativi costi d'investimento ed incentivazione. Distribuzione nazionale ed internazionale delle risorse geotermiche; potenzialità sfruttate e limiti massimi attendibili, potenzialità installata e nuove

L'esplorazione geotermica: studio di prefattibilità e rilievi. Cenni ai sistemi e alle tecnologie di perforazione: profili di pozzo. Perforazione, test e modelli di pozzo. Tipologie di pozzo e producibilità: acqua e vapore dominante. Tipologie di serbatoio (acqua e vapore dominante), modelli di risalita flusso (Boling Depth Point BDP). Test di pozzo durante la produzione, pozzi di reiniezione. Costruzione delle curve di produttività della risorsa, variazione della pressione base-bocca pozzo, quota di flash, flusso mono e bifasico. Curva di produttività serbatoio – pozzo. Conversione termodinamica dell'energia geotermica: gli impianti geotermoelettrici: impianti a flash singolo, doppio e multiplo: caratteristiche, tecnologie e prestazioni. Impianti a vapore secco diretto (direct dry steam). Casi applicativi ed esempi di calcolo. Esempi di ottimizzazione del sistema pozzo – impianto: curve chocked e non chocked. Cicli binari mediante impianti ORC. Soluzioni ibride binarie/single flash. Esempi di calcolo ed ottimizzazione. Produzione combinata di elettricità e calore dalla risorsa geotermica (CHP), esempi con cicli binari. Cenno a cicli avanzati (Kalina). Tecnologie per ridurre l'impatto ambientale degli impianti geotermici: sistemi per la cattura di H2S e mercurio (AMIS) ed SO2. Possibile integrazione della geotermia con altre risorse energetiche. Geotermia di bassa temperatura: utilizzo per la produzione combinata di energia elettrica e calore. Utilizzi termici: pompie di calore geotermiche e teleriscaldamento. Esempi applicativi e calcolo. Cenno ai sistemi innovativi di sfruttamento della risorsa geotermica: sistemi geotermici ingegnerizzati (EGS).

Esercitazioni:

Esercizio impianto single flash per sfruttamento di risorse geotermiche

ENERGIA SOLARE

(tempo stimato): 10 ore (2,5 settimane)

La risorsa solare. La radiazione solare: insolazione ed irraggiamento, costante solare. Distribuzione spettrale della radiazione solare. Variazione dell'irraggiamento in funzione della posizione del sole rispetto alla terra: concetti di latitudine, altezza solare, declinazione: fondamenti di energia solare. Irraggiamento su piano orizzontale ed inclinato. Radiazione diretta e diffusa. Curva di irraggiamento giornaliero su piano inclinato. Ottimizzazione stagionale. Misura della radiazione solare. Energia solare massima su superficie unitaria orizzontale ed inclinata.

Assorbanza, riflettenza e trasmittanza dei materiali rispetto alla radiazione solare. Calcolo della radiazione effettivamente assorbita da una superficie inclinata: prodotto trasmittanza-assorbanza per radiazione diretta, diffusa e riflessa.

Sistemi di sfruttamento dell'energia solare

Solare fotovoltaico

Effetto fotovoltaico. Energia di banda e sfruttamento massimo dell'energia radiante. Concetto di semiconduttori e semiconduttori drogati, giunzioni p-n. La cella fotovoltaica. Curve caratteristiche

Temi: Bioenergie

• Maggiore potere calorifico ai mezzi
• Importanti rendimenti e combustione ok
• Importi a singoli
• Importi derivati da biomassa e fonte fossile
• Allungate der biomasse
• A biogas: fermentazione anaerobica/syngas
• I costi d'investimento sono piuttosto alti, ma quelli di gestione bassi

Lo sfruttamento delle rinnovabili per scopi termici è ancora troppo ridotto.

Per questo motivo e per il fatto che nel settore dei trasporti: sicuro

scarsissimo incerte abbiale le percentuali di utilizzo e sfruttamento.

Va promosso il solare termico.

Ovunque la cavitazione è ventica dove le pressioni statiche è minore ovvero all'imbocco delle pompe e all'uscita delle turbine. Inoltre in un impianto completamente degradato la cavitazione avviene a pressioni nuove non molto rappresentative.

Parametri guida: NPSH

Affianco non si forma cavitazione.

∆zip sono le perdite per imbocco nella pompa. P₃ o le pressione di schiumazione

Bernoulli

Termine altrimenti solo turbina.

Contiene iniziali le perdite iniziali e la v. in ingresso.

Vale per qualsiasi punto di un circuito DIPENDE SOLO DA IMPIANTO

NEL nostro CASO SEMPRE DEVE VERICARE NPSH > NPSH_rp

NPSH_rp è in genere fornito dal produttore -> Per trovalo cerco NPSHt (che dipende da solo l'impiantato) fino a che non ho una caduta di percentuale in genere il lunhe e sintato al 3%.

Nella realtà NPSHt deve varicere > NPSH₃₇.

Per ovunque evitare cavitazione: • Aumento devuito dell'aspensione -> minchio le perdite • Inserire pompa Booster -> tempo indicare che hem un NPSH_rp basso

Il ciclo ideale segue le linee di temperatura della risorsa. Non è un ciclo di Carnot in quanto le due sorgenti non sono a temperatura costante.

L'area del grafico è lavoro.

Il modo migliore per cercare di eseguire il ciclo ideale è quello di adottare fluidi zeotropici a temperatura variabile in accoppiamento alle risorse in quanto non comportano una temperatura fissa di condensazione. Oppure (ancora meglio) posso usare miscele Zeotropiche, miscele cioè in cui le due parti componenti bollono a temperature differenti. Le più diffuse sono acqua e idrocarburi oppure acqua - Kalina.

Il massimo range di temperature per cui avviene ebollizione a temperatura variabile si ha per una concentrazione di ammoniaca del 67%. Il range è circa 95°. Tmax = 368°

Pressione = Tmm di ciclo o ΔTamina = 25+95+10+10=120° C

Il ciclo Kalina è adatto a risorse a bassa temperatura.

La soluzione H₂O-NH₃ uscita dal condensatore viene preriscaldata da 1 e 2_i, poi inviata in caldaia dove il fluido geotermico gli cede calore. Nel separatore la frazione ricopensa e ricca di ammoniaca è inviata in colonna mentre la parte ricca d'acqua è usata per scopi rigenerativi.