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, gli studenti avranno le competenze necessarie  per analizzare il potenziale energetico rinnovabile di un dato luogo e dimensionare i relativi generatori. Inoltre gli studenti saranno 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 Matlab, SAM, 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

Gli studenti rafforzeranno 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

Gli studenti saranno in grado di ampliare autonomamente le proprie conoscenze degli impianti di generazione a fonte rinnovabili,  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.

L'attività di classe viene utilizzata per trasmettere le conoscenze ed è organizzata come segue:

1) gli appunti della lezione sono delineati - prima i punti principali, poi i punti minori che elaborano o spiegano ogni punto principale;

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

3) gli studenti possono interrompere la lezione per porre domande pertinenti, fare commenti, chiedere una revisione e delucidazioni sulle esercitazioni svolte in aula;

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

5) si utilizzano sessioni di simulazione per verificare e afferrare i concetti teorici. 

Gli studenti devono avere il seguente background:

- trigonometria, calcolo di base, numeri complessi e concetti di fasore

- i concetti di base di elettrotecnica e del magnetismo per comprendere i circuiti elettrici,

- una conoscenza pratica dei circuiti elettrici trifase ac,

- concetti fondamentali di ingegneria elettrica, come il fattore di potenza e le linee di trasmissione.

- nozioni di base di elettronica di potenza

- caratteristiche allo stato stazionario di vari circuiti di convertitori AC-DC, DC-DC e DC-AC

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. Renewable energy economics
15. Electrochemica storage
16. Power converters topologies for stand-alone and grid connected systems
17. Maximum power point tracking strategies
18. Grid synchronization algorithms
19. 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.

Prova orale e/o valutazione progetto