RENEWABLE GENERATION AND ENERGY CONVERSION

Con il continuo aumento significativo della domanda di energia e dei problemi ambientali, i sistemi di energia rinnovabile sono diventati un argomento di ricerca e d'insegnamento critico in tutto il mondo.

Conoscenza e comprensione

In questo contesto, questo corso mira a fornire agli studenti le conoscenze, i concetti e i principi chiave dei sistemi di generazione basati su fonti di energia rinnovabile. Nello specifico, gli argomenti trattati in questo corso saranno i sistemi di energia rinnovabile come: sistema eolico, sistemi di energia solare, sistemi di maree e onde, generazione distribuita, tecnologie di accumulo e altri. Questo corso introdurrà anche gli ultimi sviluppi della ricerca sulla tecnologia delle reti intelligenti, come la partecipazione della generazione distribuita (DG) alla fornitura di servizi ancillari per l'operatore del sistema di trasmissione (TSO).

L'obiettivo del corso è anche mostrare come le topologie dei convertitori vengono utilizzate nei sistemi di energia rinnovabile (eolica e fotovoltaica), nelle applicazioni di utilità (ad esempio HVDC) e approfondire i convertitori in termini di efficienza, caratteristiche di controllo, descrizione della dinamica e il loro controllo ad anello chiuso. Vengono inoltre trattate alcune topologie di convertitori avanzate, soprattutto nell'ambito di applicazioni grandi e complesse, che esulano dallo scopo di un primo corso di elettronica di potenza.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Alla fine del corso gli studenti avranno le competenze necessarie ad analizzare un sistema di potenza, identificandone le sezioni e le funzionalità principali. Gli studenti avranno le competenze necessarie alla caratterizzazione dei sistemi e dei processi, alla valutazione dei parametri e delle variabili rilevanti per valutare lo stato di un sistema di potenza.

Al termine del corso, lo studente avranno le competenze necessarie per analizzare il potenziale energetico rinnovabile di un dato luogo e dimensionare i relativi generatori. Inoltre lo studente sarà in grado di riconoscere la catena di conversione più comune e di operare come progettista di sistema.

Il corso introduce gli studenti alla modellazione al computer di convertitori elettronici di potenza ottenuti per la generazione di energia rinnovabile e l'integrazione dell'accumulo di energia nella rete CA e nei loro circuiti di controllo utilizzando moderne piattaforme di simulazione come PSIM e Simscape-Electrical in Matlab-Simulink.

Autonomia di giudizio

Gli studenti acquisiranno autonomia di giudizio per una accurata analisi tecnica dei fonti rinnovabili e delle tecniche di conversione, tali capacità saranno affinate anche attraverso attività sperimentali svolte in laboratorio.

Abilità comunicative

Lo studente rafforzerà̀ il linguaggio tecnico delle fonti rinnovabili, dei metodi numerici per la soluzione degli studi numerici per l’analisi di tali sistemi con l'obiettivo di potersi adeguatamente presentare sul mondo del lavoro con competenze specifiche ed un alto profilo tecnico. La capacità di lavorare in gruppo sarà̀ affinata attraverso le esperienze sperimentali in laboratorio svolte in piccoli gruppi. La stesura della relazione di laboratorio e l’esame orale consentiranno di affinare il linguaggio tecnico e le capacità comunicative.

Capacità di apprendimento

Lo studente sarà̀ in grado di ampliare autonomamente le proprie conoscenze degli impianti di generazione a fonte rinnovabil, elettrotecnica e convertitori attraverso l’approfondimento dei testi di riferimento, su articoli di riviste scientifiche specializzate e tramite gli spunti offerti dalle attività seminariali organizzate dell’insegnamento.

The class activity is used to convey knowledge and it is organized as follows:

1) the lecture notes are outlined— first major points, then the minor points that elaborate on or explain each major point;

2) relevant, concrete examples, in advance of the lecture, selecting examples familiar and meaningful to the students are provided;

3) students are allowed to stop the lecture to ask relevant questions, make comments, or ask for review;

4) intersperse periodic summaries within the lecture are considered;

5) lectures start with a question, problem, current event, or something that just grabs the students’ attention;

6) active learning techniques are used (technological aids, such as multimedia presentations);

7) simulations sessions are used to check and grasp the theoretical concepts.

The students should have the following background:

- trigonometry, basic calculus, complex numbers, and phasor concepts

- the basic concepts of electricity and magnetism to understand electric circuits,

- a working knowledge of ac three-phase electrical circuits,

- fundamental electric power engineering concepts such as power factor and transmission lines.

- power electronics basics

- steady-state characteristics of various AC-DC, DC-DC, and DC-AC converter circuits

The lectures/tutorials/seminars are not compulsory, However students are greatly encouraged to attend class meetings because it is assumed that the lectures, demonstrations, and discussion will facilitate their learning.

1. Introduction to the renewable energies in power systems
2. The Solar Resource
3. Photovoltaic Materials, Electrical Characteristics and systems
4. Solar thermal systems
5. Monitoring of PV, solar thermal (ST) and PV/T systems
6. Concentrating solar power (CSP) technologies
7. Wind energy source
8. Wind Power Systems
9. Marine power system technologies
10. impact of non programmable renewables on power systems
11. Distribution generation and ancillary services (e.g.Smart grids)
12. Renewable hydrogen
13. Fuel cell
14. Electrochemica storage
15. Power converters topologies for stand-alone and grid connected systems
16. Maximum power point tracking strategies
17. Grid synchronization algorithms
18. Control of energy production systems in isolated or connected grids

1) Gilbert M. Masters, “Renewable and Efficient Electric Power Systems”, A JOHN WILEY & SONS, INC., PUBLICATION

2) Bent Sørensen - Renewable Energy Conversion, Transmission and Storage - Elsevier

Nota importante: La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

- Oral exam and a written report about the analysis or sizing of a renewable power system

Frontal lectures on theoretical topics carried out by video projector. Development and analysis of numerical exercises in the classroom through a video projector with the use of specialized softwares. Collective solutions of numerical exercises and case studies.

The students are required to speak about two topics reported in the course program.