Ateneo - UPO

L'insegnamento affronta il tema della produzione e distribuzione dell'energia, in modo particolare elettrica, e del relativo impatto ambientale. Si studiano la struttura e il funzionamento della generazione, trasmissione, distribuzione e utilizzazione nelle reti ai vari livelli di tensione, in funzione della potenza consumata. Si fa cenno alle reti del gas e alle reti di teleriscaldamento, con il loro l'impatto ambientale.

M. Patel, Wind and Solar Power Systems, 2006, CRC Press, USA.
T. Markvart, Solar Electricity, 2nd Edition, 2000, J. Wiley and Sons Ltd., USA.
B.M. Weedy, B. J. Cory, N. Jenkins, J.B. Ekanayake, G. Strbac, Electric power systems, Fifth Edition 2012, J. Wiley and Sons Ltd., USA.
F. Spertino, A. Ciocia, Generazione fotovoltaica ed eolica di energia elettrica, 2025, Edizioni CLUT.

Per gli obiettivi formativi, si evidenzia la conoscenza dei seguenti temi:
- la struttura del sistema elettrico nell'evoluzione dalla generazione centralizzata alla smart grid con generazione distribuita e microreti;
- le principali tecnologie per convertire l'energia eolica in energia elettrica mediante generatori rotanti in corrente alternata, convertitori elettronici di potenza, trasformatori e linee di distribuzione per la connessione alla rete;
- la conversione dell'energia fotovoltaica in energia elettrica con celle solari sotto forma di giunzioni P-N in silicio cristallino, convertitori DC-AC basati sull'elettronica di potenza, trasformatori e linee di distribuzione;
- il modello elettrico delle linee di trasmissione e distribuzione.
Inoltre, gli studenti e le studentesse acquisiranno le seguenti competenze e abilità:
- la determinazione del profilo di tensione e delle perdite di potenza in una rete di distribuzione in presenza di rifasamento;
- il calcolo della frequenza della velocità del vento e della produttività energetica, in funzione della curva di potenza del produttore e delle variazioni della velocità del vento (intensità e direzione);
- il calcolo della produzione di energia fotovoltaica tramite database di irradianza solare e temperatura ambiente;
- il calcolo delle perdite di potenza, dei rendimenti e della regolazione della tensione dei generatori rotanti in corrente alternata con i loro convertitori elettronici di potenza, trasformatori e linee di distribuzione.

Teoria dei circuiti in corrente continua e in corrente alternata lentamente variabile, monofase e trifase.

Il corso si compone di lezioni teoriche (circa 4 crediti) ed esercitazioni pratiche (circa 2 crediti) che possono essere di calcolo in aula o in laboratorio o svolte in visite tecniche.
Il controllo dell'apprendimento sarà effettuato mediante domande durante le lezioni frontali e le esercitazioni.

Le studentesse e gli studenti con disabilità o con Disturbi Specifici dell’Apprendimento (DSA) o con Bisogni Educativi Speciali (BES) possono richiedere servizi e strumenti specifici a loro dedicati rivolgendosi allo Staff Sviluppo e Coordinamento Carriere e Servizi alle Studentesse e agli Studenti e consultando la pagina dedicata del sito di Ateneo: https://uniupo.it/it/servizi/servizi-studenti-disabili-e-dsa
Le studentesse e gli studenti con disabilità, DSA, BES, una volta preso contatto con lo Staff di Ateneo, possono contattare la/il docente titolare dell'insegnamento in relazione alla declinazione delle modalità di esame, in merito agli aspetti didattici.

La verifica dell'apprendimento prevede una prova scritta (durata di circa 1,5 h) con domande su aspetti teorici e semplici esercizi da risolvere con l'uso di una calcolatrice portatile; non è possibile usare materiale didattico o appunti presi a lezione.
Nel dettaglio, il punteggio è formato da:
1) un esercizio da 7 punti sul profilo di tensione e sulle perdite di potenza in una rete di distribuzione con rifasamento;
2) un esercizio da 6 punti sulla dipendenza da irradianza e temperatura della generazione di potenza (ed energia), corrente e tensione nei generatori fotovoltaici;
3) una domanda teorica da 4 punti sulla struttura del sistema elettrico e sulla sua evoluzione da sistema centralizzato a sistema distribuito;
4) una domanda teorica da 5 punti sulla struttura, sul funzionamento e sulle caratteristiche tipiche della generazione di energia elettrica col fotovoltaico;
5) una domanda teorica da 4 punti sulla struttura, sul funzionamento e sugli aspetti tipici della generazione di energia elettrica con turbine eoliche;
6) una domanda teorica da 4 punti sulla struttura e sul funzionamento delle reti di trasmissione con la loro soluzione mediante il problema del power flow.
Si raggiunge la sufficienza, se si ottiene il punteggio di 18 calcolato come somma dei 6 punteggi parziali sopra descritti.

Concetti di base sulle reti tecnologiche: rete elettrica, ferroviaria, rete gas, teleriscaldamento, rete di distribuzione dell'acqua.
Rappresentazione analitica di tensioni e correnti nei circuiti in corrente alternata sinusoidale. Conoscenze di base sui sistemi trifase in corrente alternata: connessioni a stella e a triangolo; circuito monofase equivalente; struttura di una rete di distribuzione in bassa tensione con trasformatore MT/BT, linea e carico. Correzione del fattore di potenza per un carico induttivo.
Struttura del sistema elettrico nazionale: generazione, trasmissione, distribuzione e utilizzazione. Determinazione del livello di tensione in base alla potenza massima dell'utente. Regolazione globale della frequenza e regolazione locale del valore efficace della tensione di rete. Copertura del diagramma di carico con le fonti energetiche rinnovabili e fossili. Dalla rete centralizzata alla smart grid.
Struttura e principio di funzionamento mediante opportuni circuiti equivalenti di: macchine elettriche trifase di tipo statico (trasformatore) e rotante in corrente alternata (sincrone e asincrone); convertitori elettronici DC-DC e DC-AC per la connessione alla rete di generatori fotovoltaici e di turbine eoliche a velocità variabile; linee di trasmissione/distribuzione (modelli a pi-greco per linee “lunghe” e per linee “corte”) e componenti di protezione (interruttori automatici di potenza, dotati di relè, e fusibili); sistemi fotovoltaici ed eolici, connessi alla rete in modo da ottenere la loro migliore integrazione, in base alla collocazione geografica e attraverso sistemi di accumulo.
Regolazione della frequenza con il controllo “potenza attiva-frequenza”; regolazione del valore efficace della tensione con il controllo “potenza reattiva-tensione”. Gestione, a regime, del sistema elettrico di trasmissione attraverso la modellazione di reti magliate di trasmissione con numero elevato di nodi o reti radiali di distribuzione (metodo del potenziale ai nodi per la soluzione del “load flow problem” o “power flow”).

Dopo aver superato l'esame, le studentesse e gli studenti acquisiranno le seguenti conoscenze e capacità:
- conoscenze teoriche e operative relative ai processi di produzione e distribuzione di energia e al relativo impatto ambientale;
- acquisizione di capacità autonome di apprendimento e di autovalutazione della propria preparazione, atte ad intraprendere gli studi successivi con un alto grado di autonomia.
Questo insegnamento contribuisce agli obiettivi formativi del profilo "Energia e tecnologia del silicio".