CLIMATE CHANGE IMPACTS ON ENERGY GENERATION AND DEMAND

Obiettivi del Corso

L'obiettivo di questo corso è fornire agli studenti una comprensione completa degli impatti del cambiamento climatico sui sistemi energetici. Esplorando i fondamenti del cambiamento climatico, analizzando dati e risorse e esaminando gli effetti sulla generazione, la domanda e la resilienza della rete, gli studenti svilupperanno le conoscenze e le competenze necessarie per affrontare le sfide e le opportunità presentate dal cambiamento climatico nel settore energetico.

Conoscenze e Comprensione

Al termine del corso, gli studenti saranno in grado di:

• Comprendere i concetti fondamentali del cambiamento climatico, comprese le sue cause, gli effetti e le tecniche di modellazione.
• Analizzare i dati climatici e energetici utilizzando strumenti e metodologie appropriate.
• Valutare gli impatti del cambiamento climatico su vari aspetti della generazione energetica, comprese le fonti di energia rinnovabile e le centrali elettriche tradizionali.
• Valutare i modelli mutevoli della domanda energetica e le loro implicazioni per i sistemi energetici.
• Comprendere le sfide e le strategie associate alla garanzia della resilienza dei sistemi elettrici di fronte al cambiamento climatico.

Capacità di Giudizio

Gli studenti svilupperanno la capacità di:

• Valutare criticamente l'efficacia delle diverse strategie di mitigazione e adattamento al cambiamento climatico.
• Valutare i compromessi economici e ambientali associati alle diverse opzioni di generazione e consumo energetico.
• Prendere decisioni informate in merito agli investimenti in infrastrutture energetiche e tecnologie resilienti al cambiamento climatico.
• Valutare i potenziali impatti del cambiamento climatico sulla sicurezza e l'accessibilità energetica.

Competenze Comunicative

Gli studenti saranno in grado di:

• Comunicare concetti complessi relativi al cambiamento climatico e ai sistemi energetici a un pubblico sia specializzato che non specializzato.
• Partecipare a discussioni sulle implicazioni del cambiamento climatico per la politica energetica e il processo decisionale.
• Presentare e giustificare raccomandazioni per affrontare le sfide poste dal cambiamento climatico nel settore energetico.

Competenze di Apprendimento

Alla fine del corso, gli studenti saranno in grado di:

• Identificare e analizzare i principali fattori che influenzano il rapporto tra cambiamento climatico e sistemi energetici.
• Applicare il pensiero critico e le capacità di risoluzione dei problemi per affrontare complesse sfide energetiche.
• Condurre ricerche e analisi indipendenti per supportare decisioni informate.
• Collaborare efficacemente con gli altri per sviluppare soluzioni ai problemi legati al cambiamento climatico.

Le lezioni frontali sono utilizzate per trasmettere la conoscenza ed è organizzata come segue:

1) vengono delineati gli appunti delle lezioni: prima i punti principali, poi i punti minori che elaborano o spiegano ogni punto principale;

2) vengono forniti esempi pertinenti e concreti, prima della lezione, selezionando esempi familiari e significativi per gli studenti;

3) gli studenti possono interrompere la lezione per porre domande pertinenti, fare commenti o chiedere una revisione;

4) si considerano i riassunti periodici intervallati all'interno della lezione;

5) le lezioni iniziano con una domanda, un problema, un evento attuale o qualcosa che cattura l'attenzione degli studenti;

6) si utilizzano tecniche di apprendimento attivo (ausili tecnologici, come presentazioni multimediali);

 7) sessioni di simulazione sono utilizzate per verificare e cogliere i concetti teorici.

Prerequisiti Culturali:

• Sensibilità Ambientale: Gli studenti dovrebbero avere una comprensione di base delle questioni ambientali e dell'importanza della sostenibilità.
• Lettura Scientifica: Una conoscenza dei concetti scientifici fondamentali, come fisica, chimica e biologia, è utile per comprendere il cambiamento climatico e i suoi impatti.
• Pensiero Critico: La capacità di analizzare informazioni complesse, valutare le prove e trarre conclusioni informate è essenziale per studiare il cambiamento climatico.
• Perspettiva Interdisciplinare: Gli studenti dovrebbero essere aperti all'esplorazione di argomenti provenienti da vari campi, come economia, sociologia e politica, poiché si intersecano con il cambiamento climatico.

Prerequisiti Curriculari:

• Fondamenti di Ingegneria Elettrica: Una solida comprensione di circuiti elettrici, sistemi energetici e sistemi di controllo è necessaria per analizzare gli impatti del cambiamento climatico sulla generazione, trasmissione e distribuzione energetica.
• Matematica: La padronanza del calcolo, dell'algebra lineare e della statistica è cruciale per modellare i fenomeni del cambiamento climatico, analizzare i dati e valutare le prestazioni dei sistemi energetici.
• Fisica: La conoscenza della termodinamica, dell'elettromagnetismo e dei fenomeni ondulatori è rilevante per comprendere i processi fisici coinvolti nel cambiamento climatico e nelle tecnologie di energia rinnovabile.
• Programmazione: La familiarità con linguaggi di programmazione come Python, MATLAB o R può essere utile per l'analisi dei dati, la modellazione e la simulazione.
• Sistemi Energetici: Corsi precedenti in sistemi energetici o ingegneria dei sistemi energetici possono fornire una comprensione fondamentale del settore energetico e delle sue sfide.

La frequenza delle lezioni in misura non superiore al 70% delle ore dell’insegnamento è prevista, fatto salvo quanto previsto dall’art.27 del RDA e nel Regolamento per il riconoscimento dello status di studente lavoratore, studente atleta, studentevin situazione di difficoltà e studente con disabilità

Gli studenti sono incoraggiati a partecipare a tutte le riunioni di classe perché si presume che le lezioni, le dimostrazioni e la discussione facilitino il loro apprendimento.

CONTRIBUTO DELL’INSEGNAMENTO AGLI OBIETTIVI DELL’AGENDA 2030 PER LO SVILUPPO SOSTENIBILE”.

GOAL 4: ISTRUZIONE DI QUALITÁ

GOAL 7: ENERGIA PULITA E ACCESSIBILE

GOAL 11: CITTÀ E COMUNITÀ SOSTENIBILI

GOAL 12: CONSUMO E PRODUZIONE RESPONSABILI

GOAL 13: LOTTA CONTRO IL CAMBIAMENTO CLIMATICO

Modulo 1: Fondamenti di Cambiamento Climatico

Questo modulo fornisce una comprensione fondamentale del cambiamento climatico, compresi i suoi concetti di base, gli indicatori chiave e gli approcci di modellazione. Gli studenti impareranno a distinguere tra clima e meteo, l'effetto serra e le cause del riscaldamento globale. Esamineranno anche varie quantità correlate al cambiamento climatico, come le anomalie di temperatura, le emissioni di CO2 e l'innalzamento del livello del mare, e studieranno diversi tipi di modelli climatici utilizzati per prevedere gli scenari climatici futuri.

Modulo 2: Dati e Risorse

In questo modulo, gli studenti impareranno sulle fonti di dati climatici ed energetici. Esploreranno come accedere ai dati da organizzazioni come NASA, NOAA e IPCC, nonché ai dati sul consumo e la produzione energetica dall'Agenzia Internazionale dell'Energia e dalle agenzie energetiche nazionali. Inoltre, gli studenti saranno introdotti agli strumenti di analisi dei dati come R, Python e MATLAB, che possono essere utilizzati per elaborare e analizzare i dati climatici ed energetici.

Modulo 3: Impatto del Cambiamento Climatico sulla Generazione

Questo modulo si concentra sugli effetti del cambiamento climatico sulla generazione energetica. Gli studenti impareranno sulla possibilità di sostituire le tradizionali centrali elettriche a combustibili fossili con fonti di energia rinnovabile come solare, eolico e idroelettrico. Esamineranno anche come il cambiamento climatico può influenzare il funzionamento delle centrali elettriche esistenti, come la riduzione della disponibilità di acqua per le centrali termoelettriche e la riduzione di efficienza degli impianti di produzione legata all'aumento della temperatura ambiente.

Modulo 4: Impatto del Cambiamento Climatico sulla Domanda

Questo modulo esamina i modi in cui il cambiamento climatico può influenzare la domanda energetica. Gli studenti impareranno come l'aumento delle temperature può portare a carichi di raffreddamento più elevati negli edifici residenziali e commerciali, mentre la diminuzione dei carichi di riscaldamento può portare a un consumo energetico inferiore. 

Modulo 5: Domanda Energetica negli Edifici e Pompe di Calore

Questo modulo approfondisce il ruolo degli edifici e delle pompe di calore nel consumo energetico. Gli studenti impareranno sugli standard di efficienza energetica per gli edifici, le tecniche di retrofitting e l'isolamento. Studieranno anche diversi tipi di pompe di calore, la loro efficienza e il loro potenziale per il riscaldamento e il raffreddamento. Inoltre, il modulo esplorerà il ruolo delle pompe di calore nei programmi di risposta alla domanda, che possono aiutare a gestire la domanda energetica di picco.

Modulo 6: Resilienza dei Sistemi Elettrici

Questo modulo si concentra sulle vulnerabilità dei sistemi elettrici al cambiamento climatico e sulle strategie per migliorarne la resilienza. Gli studenti impareranno sui rischi posti dagli eventi meteorologici estremi e dagli attacchi informatici sulle reti elettriche. Esamineranno anche varie strategie di resilienza, come le microgrid, le risorse energetiche distribuite e i sistemi di backup. Verranno discussi casi di studio di iniziative di resilienza di successo per fornire esempi pratici.

Modulo 7: Adeguatezza dei Sistemi Elettrici

Questo modulo esamina le sfide nel garantire sistemi elettrici adeguati per soddisfare le future richieste energetiche. Gli studenti impareranno sulle tecniche di previsione del carico, sull'importanza di bilanciare domanda e offerta e sul ruolo dei margini di riserva. Esamineranno anche la necessità di modernizzare la rete, compresi gli investimenti in infrastrutture e tecnologie smart grid.

Modulo 8: Onde di Calore e Notti Tropicali

Questo modulo si concentra sugli impatti specifici delle onde di calore e delle notti tropicali sui sistemi energetici. Gli studenti impareranno sulle definizioni e le caratteristiche di questi eventi meteorologici estremi, nonché sulla loro frequenza, intensità e durata. Il modulo esaminerà anche l'aumento del carico sui sistemi di distribuzione elettrica durante le onde di calore e l'invecchiamento termico delle apparecchiature. Inoltre, verranno discussi gli impatti delle onde di calore sui carichi di raffreddamento residenziali e commerciali.

I materiali didattici sono risorse che il professore utilizza per aiutare gli studenti a raggiungere i risultati di apprendimento del corso. Nello specifico vengono utilizzati i seguenti materiali:

1) Libri di riferimento (vedi elenco sotto).

2) Appunti delle lezioni (forniti dal docente).

3) Presentazioni PowerPoint (fornite dal docente).

- Prova orale: 2 o 3 domande sugli argomenti riportati nel programma,

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

Possibili Domande per l'Esame Orale

Modulo 1: Fondamenti di Cambiamento Climatico

• Qual è la differenza tra clima e meteo?
• Spiegare l'effetto serra e il suo ruolo nel riscaldamento globale.
• Quali sono i principali gas serra e il loro contributo al cambiamento climatico?
• Discutere i limiti e le incertezze associate ai modelli climatici.

Modulo 2: Dati e Risorse

• Nomina alcune fonti chiave di dati climatici ed energetici.
• Quali sono i vantaggi e gli svantaggi dell'utilizzo di diversi strumenti di analisi dei dati (ad esempio, R, Python, MATLAB)?
• Come possono essere utilizzate le tecniche di visualizzazione dei dati per comunicare efficacemente le informazioni sul cambiamento climatico?

Modulo 3: Impatto del Cambiamento Climatico sulla Generazione

• Discutere i potenziali impatti del cambiamento climatico sulla generazione idroelettrica.
• Come possono le fonti di energia rinnovabile come solare ed eolico aiutare a mitigare gli effetti del cambiamento climatico sulla generazione energetica?
• Quali sono le sfide associate all'integrazione di grandi quantità di energia rinnovabile nella rete?

Modulo 4: Impatto del Cambiamento Climatico sulla Domanda

• Come potrebbe influire il cambiamento climatico sulla domanda di picco di elettricità?
• Quali sono i potenziali impatti del cambiamento climatico sull'uso dell'acqua per l'agricoltura e sulla domanda energetica?
• Discutere il ruolo dell'efficienza energetica nella mitigazione degli impatti del cambiamento climatico sulla domanda.

Modulo 5: Domanda Energetica negli Edifici e Pompe di Calore

• Quali sono i vantaggi dell'utilizzo di pompe di calore per il riscaldamento e il raffreddamento?
• Come possono le tecnologie smart grid essere utilizzate per integrare le pompe di calore nei programmi di risposta alla domanda?
• Discutere le sfide e le opportunità associate al retrofitting degli edifici esistenti per migliorare l'efficienza energetica.

Modulo 6: Resilienza dei Sistemi Elettrici

• Quali sono le principali vulnerabilità dei sistemi elettrici al cambiamento climatico?
• Come possono le microgrid contribuire alla resilienza dei sistemi elettrici?
• Discutere il ruolo delle risorse energetiche distribuite nel miglioramento della resilienza della rete.

Modulo 7: Adeguatezza dei Sistemi Elettrici

• Quali sono le sfide associate alla previsione del carico nel contesto del cambiamento climatico?
• Come può essere adattato il piano di capacità per affrontare gli impatti del cambiamento climatico sulla domanda energetica?
• Discutere il ruolo della modernizzazione della rete nel garantire l'adeguatezza dei sistemi elettrici.

Modulo 8: Onde di Calore e Notti Tropicali

• Quali sono gli impatti sulla salute pubblica delle onde di calore e delle notti tropicali?
• Come possono le onde di calore influenzare la rete di distribuzione e la domanda di elettricità?
• Discutere le strategie per mitigare gli impatti delle onde di calore sui sistemi energetici.