Obiettivi e contenuti del corso

Obiettivo formativo principale

Il corso si propone di fornire le nozioni fondamentali utili alla comprensione dei principi di funzionamento degli aerogeneratori ed alla loro progettazione. In particolare, il corso affronta argomenti relativi al vento, all’aerodinamica ed aero-elasticità delle turbine eoliche, al calcolo della risposta dinamica e l’analisi di stabilità, alla progettazione di leggi di controllo ed al progetto multi-disciplinare. Accanto a lezioni teoriche, vengono svolte esercitazioni numeriche ed attività complementari di laboratorio, in cui lo studente applica i concetti appresi a problemi semplici ma rappresentativi.

Obiettivi formativi metodologici

Comprensione dei principi di funzionamento degli aerogeneratori e visione multidisciplinare sulle principali problematiche relative alla progettazione di queste macchine.

Obiettivi formativi secondari

Rafforzamento di concetti già studiati negli anni precedenti, con riferimento a problemi applicativi.

Descrizione degli argomenti trattati

Introduzione: il vento e l’energia eolica, le diverse tipologie di aerogeneratori; descrizione dei principali sotto-componenti; cenni agli aspetti elettrici.

Aerodinamica dei generatori eolici: aerodinamica del rotore; teoria impulsiva assiale e limite di Betz; teoria impulsiva vorticosa; profili aerodinamici; la teoria dell’elemento di pala, influsso dinamico; correzioni non stazionarie, perdite di estremità, stallo dinamico, ritardo nello stallo ed effetti tridimensionali; modelli deterministici e stocastici di vento.

Dinamica ed aero-servo-elasticità: equazioni di flappeggio e ritardo della pala rigida e flessibile; caratteristiche di filtraggio del rotore, smorzamento aerodinamico, flutter, oscillazioni ciclo-limite; carichi; analisi di stabilità; modelli aero-servo-elastici di aerogeneratore; cenno ai modelli aero-servo-idro-elastici per applicazioni off-shore.

Controllo di generatori eolici: scopo ed architettura generale dei sistemi di controllo di aerogeneratori; sensori di bordo; tecniche di supervisione; strategie di regolazione; regolazione di potenza, riduzione dei carichi, smorzatori; osservatori dei carichi e del vento.

Progetto di generatori eolici: panoramica sui criteri di progetto e sulle norme di certificazione; progetto aerodinamico del rotore; progetto strutturale delle pale; progetto e scelta di sotto-sistemi e componenti.

Organizzazione del corso e modalità di verifica

Modalità didattiche: Il corso prevede lezioni che discutono gli argomenti teorici, esercitazioni che presentano strumenti pratici, e lo sviluppo di un progetto originale sviluppato da ciascuno studente autonomamente od in collaborazione con colleghi su temi inerenti il corso. Nell’ambito del corso vengono anche offerti seminari specialistici tenuti da esperti del settore, prevalentemente di provenienza industriale.

Modalità di verifica: Le modalità di verifica consistono in una prova scritta comprendente esercizi e domande di teoria atte alla valutazione del risultato dell’apprendimento, ed nella valutazione del progetto sviluppato dallo studente.