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Obiettivi e risultati di apprendimento
Questo insegnamento, dedicato ad allievi al termine del loro percorso formativo (già quindi dotati di solide basi conoscitive e di spirito critico), approfondisce alcune tematiche di grande interesse per la produzione e l'utilizzazione di energia in un contesto futuro di breve-medio termine, caratterizzato da un utilizzo più accorto delle risorse energetiche disponibili e soprattutto dalla necessità di ridurre drasticamente le emissioni (anche di gas serra). Vengono trattati sistemi energetici innovativi che, pur basandosi sui combustibili fossili, consentono in prospettiva importanti benefici ambientali. L’approccio è strettamente tecnico ed ingegneristico: dopo l'analisi volta ad evidenziare le difficoltà tecniche ed economiche della loro realizzazione, si descrivono gli accorgimenti progettuali e operativi che rendono conveniente la loro significativa applicazione in contesti energetici caratterizzati dalla continua riduzione delle emissioni di gas serra (con cui i futuri ingegneri energetici saranno chiamati a confrontarsi nella loro professione).
Programma dettagliato
Approfondimenti sulle turbine a gas: Circuiti di raffreddamento di turbine a gas. Matching fluidodinamico turbina-compressore per turbine a gas mono- e multi-albero. Fondamenti sulla regolazione e il funzionamento in condizioni di fuori progetto di turbine a gas, cicli a vapore e cicli combinati.
Combustione a letto fluido: idrodinamica della fluidizzazione gas-solidi. Scambio termico e di massa in letti fluidi. Caldaie a letto fluido bollente e circolante. Formazione di inquinanti e trattamenti di abbattimento.
Gassificazione: Tecnologie di gassificazione: letti fissi, fluidi, trascinati. Principali processi commerciali di gassificazione del carbone a flusso trascinato. Impianti IGCC (Integrated Gasification Combined Cycles). Linea di trattamento syngas. Unità per il frazionamento criogenico dell'aria. Abbinamento fra sezione di processo e ciclo combinato. Problematiche di funzionamento delle turbine a gas alimentate a syngas. Schemi di impianto e prestazioni ottenibili in sistemi IGCC. Possibili evoluzioni della tecnologia.
Produzione e distribuzione di idrogeno: Impianti per produzione di H2 da carbone e gas naturale. Produzione per elettrolisi. Problemi connessi al trasporto, alla distribuzione e allo stoccaggio di idrogeno. Cenni sulle tecnologie di liquefazione.
Centrali con rimozione di CO2: Strategia CCS (Carbon Capture and Sequestration) per la mitigazione delle emissioni di CO2 in atmosfera. Opzioni per il sequestro di lungo periodo. Tecniche di cattura commercialmente disponibili per applicazione in centrali a carbone: cattura pre-combustione in impianti IGCC, combustione in ossigeno, rimozione di CO2 dai gas combusti. Applicazioni a cicli combinati a gas naturale. Tecnologie innovative. Incidenza economica della cattura di CO2. Quantificazione e valorizzazione delle esternalità.
Valutazioni energetiche e ambientali nel settore trasporti: Impianti per la generazione di carburanti alternativi per la propulsione stradale. Produzione di etanolo, biodiesel, benzine e gasoli da processi Fischer-Tropsch, DME. Valutazione dei consumi di energia ed emissioni inquinanti sulla filiera dei sistemi per la mobilità. (Non presente nel corso SISTEMI ENERGETICI AVANZATI B - 6 CFU)
Microturbine a gas e cicli ibridi: Principi guida nel progetto delle microturbine a gas. Caratteristiche dei componenti e condizioni operative. Prestazioni ottenibili. Funzionamento ai carichi parziali. Celle a combustibile ad alta temperatura: tecnologie ad ossidi solidi e carbonati fusi. Cicli ibridi basati su turbine a gas e celle a combustibile: schemi di processo e prestazioni ottenibili. Utilizzo di celle a combustibile in centrali a bassa emissione di CO2.
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