Programmi e Insegnamenti

 

IA/0011 - ENERGETICA ELETTRICA E VEICOLI ELETTRICI

Anno Accademico ​2019/2020

Docente
ALFONSO ​DAMIANO (Tit.)
MARIO ​PORRU
Periodo
Annuale​
Modalità d'Erogazione
Convenzionale​
Lingua Insegnamento
ITALIANO​



Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[70/82] ​ ​INGEGNERIA ELETTRICA [82/00 - Ord. 2010] ​ ​PERCORSO COMUNE990
[70/84] ​ ​INGEGNERIA ENERGETICA [84/00 - Ord. 2018] ​ ​PERCORSO COMUNE10100
Obiettivi

Relativamente al modulo di Energetica Elettrica, il Corso si propone di analizzare le problematiche associate all'uso e alla produzione razionale dell'energia considerando gli aspetti tecnico economici, gestionali e ambientali con lobiettivo di fornire gli strumenti per una corretta pianificazione energetica elettrica. A tal fine, viene dapprima sviluppata una analisi di contesto del sistema energetico e della sua evoluzione e successivamente vengono richiamate le nozioni di base e le configurazioni impiantistiche dei sistemi di produzione, trasmissione, distribuzione, trasformazione ed utilizzazione dellenergia elettrica. In tale contesto vengono introdotti e analizzati i principi alla base del Energy Management mediante l'utilizzo di esempi applicativi. Quindi, si analizzano le strutture di produzione dellenergia elettrica da fonte fossile e da fonte rinnovabile, valutandone gli effetti e le criticità tecniche ed economiche riportando le soluzioni proposte nella più recente letteratura tecnica. Tali valutazioni sono propedeutiche allo sviluppo delle attività di pianificazione energetica elettrica, che costituiscono il tema caratterizzante il corso.

Per quanto riguarda il modulo di Veicoli Elettrici, il Corso intende far acquisire agli studenti le conoscenze relative ai veicoli elettrici e alla mobilità elettrica. Importante è acquisire la consapevolezza delle motivazioni, degli obiettivi e delle opportunità caratterizzanti i veicoli elettrici, la mobilità elettrica e la crescente transizione del settore trasporti verso il vettore elettrico. Quindi, si analizzano i veicoli su strada elettrici ed elettrici ibridi, con lobiettivo di acquisire le opportune conoscenze su le configurazioni e tecnologie impiegate, il loro funzionamento, e le relative prestazioni. Infine, si valutano i potenziali effetti della diffusione dei veicoli elettrici ed elettrici ibridi e le opportune strategie di pianificazione, con particolare attenzione alla tecnologia Vehicle-to-Grid.

Più in dettaglio, gli obiettivi formativi del corso possono essere espressi secondo i cinque seguenti descrittori:
- Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscenza e comprensione degli aspetti teorici e applicativi relativi ai processi di produzione, uso, conversione e pianificazione dellenergia elettrica. Conoscenza e comprensione (1) delle problematiche energetiche causate dal settore dei trasporti e delle relative opportunità offerte dalla mobilità elettrica, (2) dei principi generali della dinamica dei veicoli e (3) delle strutture dei veicoli elettrici e ibridi, con particolare attenzione alle loro configurazioni e al loro funzionamento. Conoscenza (4) delle caratteristiche dei sistemi di ricarica e della loro pianificazione.
- Conoscenza e capacità di comprensione applicate: Capacità di analizzare i sistemi energetici ed i relativi strumenti di pianificazione. Capacità di (1) analizzare e modellizzare i veicoli elettrici, (2) implementarne i modelli su Matlab/Simulink, (3) valutarne le prestazioni ed eseguire un dimensionamento di massima del sistema di propulsione.
- Autonomia di giudizio: Capacità di valutare correttamente le presazioni delle varie tipologie di sistemi energetici. Capacità di valutare correttamente le prestazioni delle varie tipologie di veicoli elettrici sulla base delle loro caratteristiche tecniche.
- Abilità comunicative: Capacità di discutere, con interlocutori specialisti, di problemi e soluzioni associate all'uso e alla produzione razionale dell'energia. Capacità di discutere, con interlocutori specialisti e non specialisti, di problemi e soluzioni inerenti i veicoli elettrici e la mobilità elettrica.
- Capacità di apprendere: Capacità di apprendimento continuo, mediante la corretta interpretazione dei documenti tecnici e della bibliografia scientifica di settore.

Prerequisiti

Per frequentare proficuamente l'insegnamento, risultano fondamentali conoscenze e competenze in analisi matematica, fisica, elettrotecnica, fisica tecnica. Per una migliore comprensione risultano utili le conoscenze di base dei convertitori elettronici di potenza e degli azionamenti elettrici. Sono consigliate competenze di base di Matlab-Simulink.

Contenuti

Il modulo di Energetica Elettrica è articolato in 45 ore di lezioni frontali teoriche e 5 ore di esercitazioni, per un totale di 50 ore. Il programma del corso è il seguente:
- Le risorse per la produzione dellenergia elettrica e il fabbisogno energetico di utenze industriali, residenziali e del terziario avanzato. Richiami al mercato dellenergia. Analisi del sistema energetico elettrico e del mercato energetico elettrico italiano e regionale. (10 ore teoria)
- Produzione dellenergia elettrica con limpiego di risorse rinnovabili, accumulo dellenergia, microreti e autoconsumo anche con sistemi combinati di generazione. ( 10 ore teoria + 1 ora esercitazione)
Gestione ottimizzata dei flussi di potenza generata e dei carichi. (5 ore teoria + 1 ora esercitazione)
La pianificazione energetica elettrica. Bilanci energetici. Valutazione tecnico-economica degli investimenti in campo energetico. (10 ore teoria + 2 ore esercitazione)
Studi di fattibilità Energetici Elettrici. Metodi di valutazione di ritorno economico dellinvestimento. Le ESCO. (10 ore teoria + 1 ore esercitazione)

Il modulo di Veicoli Elettrici è articolato in 30 ore di lezioni frontali teoriche e 20 ore di esercitazioni, per un totale di 50 ore. Il programma del corso è il seguente:
- Introduzione ai veicoli elettrici: motivazioni, obiettivi, opportunità (2 ore teoria + 1 ora esercitazione)
- Principi di dinamica del veicolo: modello longitudinale, forze resistenti; prestazioni del veicolo, caratteristiche di un sistema di propulsione; modalità di funzionamento; cicli di guida, stima dei consumi (6 ore teoria + 4 ore esercitazioni)
- Veicoli elettrici: configurazioni; principali componenti, sistemi di accumulo, convertitori elettronici di potenza, macchine elettriche, sistemi di trasmissione; funzionamento (8 ore teoria + 6 ore esercitazioni)
- Veicoli elettrici ibridi: cenni sui sistemi di propulsione termici; configurazioni, architetture, strategie di gestione e controllo (6 ore teoria + 2 ore esercitazione)
- Frenata rigenerativa: principi di frenata e rigenerazione (4 ore teoria + 2 ore esercitazione)
- Cenni di pianificazione della mobilità elettrica: sistemi di ricarica, problematiche e opportunità, vehicle-to-grid (4 ore teoria)
- Esercitazione finale (5 ore esercitazione)

Metodi Didattici

Il modulo di Energetica Elettrica è costituito da 45 ore di lezioni frontali e 5 ore di esercitazioni. Le lezioni fontali consentono allo studente di acquisire le conoscenze riguardanti le risorse energetiche e la produzione dellenergia elettrica, il mercato elettrico, i sistemi di accumulo per applicazioni stazionarie, le strategie di gestione dei flussi di potenza e dei carichi. Viene quindi affrontata la pianificazione energetica, la valutazione tecnico-economica degli investimenti in campo energetica e limpostazione degli studi di fattibilità. Le esercitazioni hanno come lobiettivo di consentire lapplicazione delle conoscenze acquisite durante le lezioni teoriche.

Il modulo Veicoli Elettrici comprende 30 ore di lezioni frontali, durante le quali lo studente acquisisce le conoscenze sulla modellizzazione dei veicoli, sulle architetture dei veicoli elettrici e dei veicoli elettrici ibridi, sulle strategie di gestione e controllo e sulla pianificazione della mobilità elettrica. Le lezioni frontali consistono in spiegazioni alla lavagna opportunamente accompagnate dalla proiezione di diapositive. Inoltre, le lezioni frontali sono integrate dallo svolgimento di 20 ore di esercitazioni che consentono allo studente di sviluppare la capacità di applicare le conoscenze acquisite durante le lezioni frontali, al fine di simulare il funzionamento di un veicolo elettrico e stimarne i consumi energetici. Le esercitazioni sono svolte utilizzando il software Matlab-Simulink e sono supervisionate dal docente.

Verifica dell'apprendimento

La valutazione dello studente prevede una prova orale durante la quale viene richiesto allo studente di discutere di alcuni argomenti trattati nel corso, sia dal punto di vista teorico, sia riguardante le esercitazioni.
Riguardo il modulo di Energetica Elettrica, lo studente dovrà dimostrare una conoscenza ed una comprensione almeno sufficienti riguardo i sistemi di produzione dellenergia elettrica e il funzionamento del mercato elettrico, la pianificazione energetica e la valutazione tecnico-economica degli investimenti.

Riguardo il modulo di Veicoli Elettrici, lo studente dovrà dimostrare una conoscenza ed una comprensione almeno sufficienti riguardo le configurazioni e il funzionamento dei veicoli elettrici ed elettrici ibridi. Sarà inoltre richiesta allo studente una capacità almeno sufficiente di applicare tali conoscenze; in particolare, alcuni dei quesiti posti durante la prova orale riguarderanno il dimensionamento di massima del sistema di propulsione e simulazione dei veicoli elettrici affrontati durante le esercitazioni del corso.

Il punteggio della prova desame è attribuito mediante un voto espresso in trentesimi. Per superare lesame e, quindi, riportare un voto non inferiore a 18/30, lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza e una comprensione sufficiente degli argomenti principali sviluppati durante linsegnamento. Per conseguire un punteggio pari a 30/30 e lode, lo studente deve invece dimostrare di aver acquisito una conoscenza ed una comprensione eccellente degli argomenti trattati durante il corso.

È prevista la possibilità di sostenere la prova parziale (solo modulo di Veicoli Elettrici, solo modulo di Energetica Elettrica), previa opportuna iscrizione allesame e/o comunicazione al docente.

Testi

Energetica Elettrica

[1] G. Petrecca, Industrial Energy Management: Principles and Applications: Principles and Applications. Springer US, 1993.

Veicoli Elettrici

[1] M. Ehsani, Y. Gao, and A. Emadi, Modern Electric, Hybrid Electric, and Fuel Cell Vehicles: Fundamentals, Theory, and Design, Second Edition. CRC Press, 2009.

[2] A. Emadi, Advanced Electric Drive Vehicles. CRC Press, 2015.

[3] L. Guzzella and A. Sciarretta, Vehicle Propulsion Systems: Introduction to Modeling and Optimization, 2 edizione. Berlin: Springer-Verlag, 2009.

Testi

Energetica Elettrica

[1] G. Petrecca, Industrial Energy Management: Principles and Applications: Principles and Applications. Springer US, 1993.

Veicoli Elettrici

[1] M. Ehsani, Y. Gao, and A. Emadi, Modern Electric, Hybrid Electric, and Fuel Cell Vehicles: Fundamentals, Theory, and Design, Second Edition. CRC Press, 2009.

[2] A. Emadi, Advanced Electric Drive Vehicles. CRC Press, 2015.

[3] L. Guzzella and A. Sciarretta, Vehicle Propulsion Systems: Introduction to Modeling and Optimization, 2 edizione. Berlin: Springer-Verlag, 2009.

Altre Informazioni

Le presentazioni usate dal docente a lezione ed eventuale ulteriore materiale a supporto della didattica è fornito agli studenti durante lo svolgimento del corso e/o è reso disponibile sul sito del docente.

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