ACQUA ED ENERGIA

Conoscenza e comprensione

Al termine dell’insegnamento lo studente avrà acquisito conoscenze avanzate relative ai processi di conversione dell’energia associati ai sistemi idrici e sarà in grado di comprendere i principi fisici e ingegneristici che governano lo sfruttamento energetico delle risorse idriche.

In particolare, lo studente acquisirà conoscenze relative a:

• principi di funzionamento e caratteristiche delle principali macchine idrauliche;
• configurazione e funzionamento degli impianti idroelettrici;
• valutazione della potenza e dell’energia producibile da una risorsa idrica;
• principali componenti degli impianti idroelettrici;
• fenomeni di moto vario nelle condotte in pressione, con particolare riferimento al colpo d’ariete e alle oscillazioni di massa;
• processi di generazione e propagazione del moto ondoso;
• principi di funzionamento delle principali tecnologie per la conversione dell’energia del moto ondoso e delle altre forme di energia marina.

Lo studente comprenderà, inoltre, le relazioni tra disponibilità della risorsa idrica, produzione energetica, sostenibilità ambientale e gestione integrata delle risorse naturali.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Al termine dell’insegnamento lo studente sarà in grado di:

• analizzare il funzionamento di un sistema idroelettrico;
• determinare le principali grandezze idrauliche ed energetiche caratteristiche di un impianto;
• valutare la producibilità energetica di un impianto idroelettrico sulla base delle caratteristiche della risorsa disponibile;
• individuare la tipologia di turbina più appropriata in relazione al salto e alla portata disponibili;
• analizzare semplici problemi di moto vario nelle condotte in pressione;
• valutare le principali caratteristiche energetiche del moto ondoso;
• analizzare il comportamento del moto ondoso durante la propagazione verso costa;
• confrontare differenti tecnologie per la produzione di energia dal mare in relazione alle caratteristiche della risorsa e alle condizioni ambientali.

Attraverso le esercitazioni lo studente svilupperà la capacità di applicare metodi e modelli ingegneristici alla soluzione di problemi anche non direttamente riconducibili agli esempi discussi durante le lezioni.

Autonomia di giudizio

Lo studente sarà in grado di interpretare criticamente dati e risultati relativi alla disponibilità e allo sfruttamento energetico delle risorse idriche, individuando i principali fattori tecnici, ambientali ed energetici che influenzano la scelta delle soluzioni progettuali.

Sarà inoltre in grado di confrontare differenti alternative tecnologiche per la produzione di energia idroelettrica e marina, valutandone vantaggi, limiti e condizioni di applicabilità.

L’autonomia di giudizio sarà sviluppata attraverso la discussione di casi applicativi e lo svolgimento delle esercitazioni.

Abilità comunicative

Lo studente sarà in grado di utilizzare correttamente la terminologia tecnico-scientifica propria dell’idraulica energetica e delle energie marine e di descrivere con chiarezza:

• il funzionamento di macchine e impianti idroelettrici;
• i principali fenomeni idraulici associati al loro funzionamento;
• i processi di formazione e propagazione del moto ondoso;
• i principi di funzionamento delle tecnologie per la produzione di energia dal mare.

Le abilità comunicative saranno sviluppate mediante la discussione delle esercitazioni durante le lezioni e saranno verificate durante il colloquio orale.

Capacità di apprendimento

Lo studente acquisirà gli strumenti metodologici necessari per approfondire autonomamente problematiche riguardanti la produzione di energia da risorse idriche e marine.

Sarà in grado di consultare testi specialistici, letteratura tecnico-scientifica e documentazione tecnica relativa a impianti e tecnologie innovative, sviluppando la capacità di aggiornare autonomamente le proprie conoscenze in un settore caratterizzato da rapida evoluzione tecnologica.

Le conoscenze acquisite saranno spendibili nella progettazione e gestione di materiali e sistemi finalizzati ad un miglioramento della qualità della vita, in accordo con gli SDGs dell'agenda 2030:

• Goal 2 Sconfiggere la fame
• Goal 3 Salute e benessere
• Goal 6 Acqua pulita e servizi igienico-sanitari
• Goal 7 Energia pulita e accessibile
• Goal 8 Lavoro dignitoso e crescita economica
• Goal 9 imprese, innovazione e infrastrutture
• Goal 11 Città e comunità sostenibili
• Goal 12 Consumo e produzione responsabili
• Goal 13  Lotta contro il cambiamento climatico
• Goal 14 Vita sott’acqua
• Goal 15 Vita sulla terra

L'insegnamento prevede lo svolgimento di:

• lezioni frontali, svolte in modalità partecipativa, al fine di ottenere il coinvolgimento degli studenti e la maturazione dei contenuti;
• esercitazioni guidate, volte all'applicazione numerica dei concetti e dei metodi di analisi e modellazione più comunemente utilizzati.

Gli studenti che abbiano ottenuto il riconoscimento dello status di studente lavoratore, studente atleta, studente in situazione di difficoltà e studente con disabilità, ai sensi dell'art. 30 del Regolamento didattico di Ateneo e del relativo regolamento (D.R. n. 1598 del 2/5/2018), potranno sostenere gli esami negli appelli straordinari riservati agli studenti fuoricorso e usufruiranno di specifiche attività di supporto didattico.

• Introduzione
• Richiami di idraulica
• Le macchine idrauliche
• Tipologia e layout di impianti idroelettrici
• La produzione di energia idroelettrica
• Elementi di un impianto idroelettrico
• Problemi idraulici connessi agli impianti idroelettrici: moto vario nelle condotte in pressione, colpo d'ariete, oscillazioni di massa
• L'energia dal mare
• La formazione e propagazione del moto ondoso
• Dispositivi per l'estrazione dell'energia dal moto ondoso
• Altri dispositivi per l'estrazione dell'energia dal mare

1. Mossa, M., Petrillo, A.F. (2013) Idraulica, Casa Editrice Ambrosiana, Milano
2. Magela Pereira, G. (2021). Design of Hydroelectric Power Plants – Step by Step.
3. E. Foti, “Note di Idraulica Marittima e Ingegneria Costiera”, DICA. 2006
4. P. Boccotti. “Idraulica marittima”. UTET, 1997.
5. S. Neill & R. Hashemi “Fundamentals of Ocean Renewable Energy”. Elsevier.
6. A. Pecher & J.P. Kofoed "Handbook of Ocean Wave Energy". Springer Open

• Tipologia di macchine idrauliche
• Tipologie di turbine
• Schemi di impianti idroelettrici
• Il moto vario nelle condotte in pressione
• Il colpo d'ariete
• Le oscillazioni di massa
• Meccanica del moto ondoso
• Generazione del moto ondoso
• Propagazione del moto ondoso (shoaling, rifrazione, diffrazione, riflessione)
• Dispositivi per l'estrazione dell'energia del moto ondoso
• Altri dispositivi per l'estrazione dell'energia dal mare