Fondamenti di energetica
A.A. 2024/2025
Obiettivi formativi
L'insegnamento ha l'obiettivo di fornire una panoramica dei problemi energetici per quanto attiene alla disponibilità e potenzialità delle fonti energetiche primarie suddivise in combustibili fossili, fonti rinnovabili ed energia nucleare. Si analizzano quindi i fabbisogni energetici relativi agli ultimi decenni e la prospettiva di aumento a breve e medio termine. Viene poi analizzato il sistema energetico mondiale sia per gli aspetti ambientali che per quelli economici.
Nell'ultima parte del corso si analizza la situazione energetica italiana sottolineandone la specificità.
Nell'ultima parte del corso si analizza la situazione energetica italiana sottolineandone la specificità.
Risultati apprendimento attesi
Lo studente sarà in grado di:
leggere e comprendere articoli scientifici e libri che approfondiscano le tematiche trattate;
affrontare con spirito critico problemi relativi alla produzione ed utilizzo di energia nelle diverse forme, coi relativi impatti ambientali;
dimensionare una fonte per soddisfare una specifica domanda energetica valutandone anche le emissioni;
approfondire uno specifico argomento della tematica energetica e comunicarne i risultati: a tal fine e' richiesta in fase di esame la presentazione e discussione di un elaborato su un tema scelto dallo studente.
leggere e comprendere articoli scientifici e libri che approfondiscano le tematiche trattate;
affrontare con spirito critico problemi relativi alla produzione ed utilizzo di energia nelle diverse forme, coi relativi impatti ambientali;
dimensionare una fonte per soddisfare una specifica domanda energetica valutandone anche le emissioni;
approfondire uno specifico argomento della tematica energetica e comunicarne i risultati: a tal fine e' richiesta in fase di esame la presentazione e discussione di un elaborato su un tema scelto dallo studente.
Periodo: Primo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento può essere seguito come corso singolo.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Primo semestre
Programma
Il programma dell'insegnamento prevede la presentazione e trattazione dei seguenti argomenti:
- La storia dell'Energia. Presentazione del sistema energetico mondiale attuale, principalmente basato sulle fonti fossili. Energia primaria ed energia agli usi finali. Alcuni indicatori energetici. Le fonti fossili (carbone, petrolio e gas): confronti, stato e prospettive.
-Introduzione dei limiti di tale sistema energetico (inquinamento locale, inquinamento globale e limitazione fisica delle fonti) e possibili soluzioni. Le diverse forme di impatto ambientale: inquinamento locale (gli inquinanti principali e la loro generazione) ed inquinamento globale (i gas serra e loro effetto sull'atmosfera terrestre).
-Analisi delle possibili soluzioni alla problematica energetica precedentemente introdotta: le energie rinnovabili, le loro potenzialita' e le loro problematiche. La fissione e la fusione nucleare. L'efficienza energetica. Le fonti aleatorie, il loro impatto sulla rete elettrica e le possibili soluzioni: accumulo, microgenerazione e smart grid. Focus sull'Idrogeno come possibile vettore energetico ed il suo potenziale ruolo nei trasporti. L'energia idroelettrica: fonte ed accumulo energetico.
-Le fonti rinnovabili. La cella fotovoltaica: principio di funzionamento ed efficienza. Le principali tecnologie sul mercato. Il fotovoltaico nel mondo ed in Italia. Prospettive di diminuzione dei costi e di sviluppi tecnologici. Il solare termodinamico (CSP): le principali tecnologie sul mercato. Costi, limiti e possibili sviluppi. Il solare termico: i collettori e la loro diffusione nel mondo.
L'energia eolica: la tecnologia, i costi e la sua diffusione nel mondo. L'eolico off-shore, il limite imposto dai fondali e le prospettive di sviluppi tecnologici per i mari profondi.
La biomassa: le sue molteplici forme ed i diversi usi. Approfondimento sul possibile recupero energetico dai rifiuti solidi urbani. I biocombustibili coi limiti attuali e le prospettive di sviluppo tecnologico.
La geotermia convenzionale ed i suoi possibili sviluppi. La geotermia a bassa entalpia ed il suo sfruttamento tramite la pompa di calore.
- L'energia nucleare da fissione: il reattore e la generazione di energia. La sicurezza: le cause e gli insegnamenti dei principali incidenti. Le esternalita' ed i costi. Le scorie: la loro radioattivita', le dosi e gli effetti sulla popolazione. I depositi storici e geologici. I reattori nel mondo e le riserve di Uranio; reattori in costruzione e le prospettive.
-La fusione nucleare: i principi fisici e lo stato della ricerca.
- La storia dell'Energia. Presentazione del sistema energetico mondiale attuale, principalmente basato sulle fonti fossili. Energia primaria ed energia agli usi finali. Alcuni indicatori energetici. Le fonti fossili (carbone, petrolio e gas): confronti, stato e prospettive.
-Introduzione dei limiti di tale sistema energetico (inquinamento locale, inquinamento globale e limitazione fisica delle fonti) e possibili soluzioni. Le diverse forme di impatto ambientale: inquinamento locale (gli inquinanti principali e la loro generazione) ed inquinamento globale (i gas serra e loro effetto sull'atmosfera terrestre).
-Analisi delle possibili soluzioni alla problematica energetica precedentemente introdotta: le energie rinnovabili, le loro potenzialita' e le loro problematiche. La fissione e la fusione nucleare. L'efficienza energetica. Le fonti aleatorie, il loro impatto sulla rete elettrica e le possibili soluzioni: accumulo, microgenerazione e smart grid. Focus sull'Idrogeno come possibile vettore energetico ed il suo potenziale ruolo nei trasporti. L'energia idroelettrica: fonte ed accumulo energetico.
-Le fonti rinnovabili. La cella fotovoltaica: principio di funzionamento ed efficienza. Le principali tecnologie sul mercato. Il fotovoltaico nel mondo ed in Italia. Prospettive di diminuzione dei costi e di sviluppi tecnologici. Il solare termodinamico (CSP): le principali tecnologie sul mercato. Costi, limiti e possibili sviluppi. Il solare termico: i collettori e la loro diffusione nel mondo.
L'energia eolica: la tecnologia, i costi e la sua diffusione nel mondo. L'eolico off-shore, il limite imposto dai fondali e le prospettive di sviluppi tecnologici per i mari profondi.
La biomassa: le sue molteplici forme ed i diversi usi. Approfondimento sul possibile recupero energetico dai rifiuti solidi urbani. I biocombustibili coi limiti attuali e le prospettive di sviluppo tecnologico.
La geotermia convenzionale ed i suoi possibili sviluppi. La geotermia a bassa entalpia ed il suo sfruttamento tramite la pompa di calore.
- L'energia nucleare da fissione: il reattore e la generazione di energia. La sicurezza: le cause e gli insegnamenti dei principali incidenti. Le esternalita' ed i costi. Le scorie: la loro radioattivita', le dosi e gli effetti sulla popolazione. I depositi storici e geologici. I reattori nel mondo e le riserve di Uranio; reattori in costruzione e le prospettive.
-La fusione nucleare: i principi fisici e lo stato della ricerca.
Prerequisiti
Conoscenze base di fisica nucleare e fisica dello stato solido
Metodi didattici
Lezioni frontali
Materiale di riferimento
· Alimonti, Pedrocchi "Energia, Sviluppo, Ambiente", Ed. Esculapio
· Lucidi presentati a lezione disponibili sul sito del insegnamento
· Lucidi presentati a lezione disponibili sul sito del insegnamento
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame dell'insegnamento di Fondamenti di Energetica si compone di due parti: scritto ed orale.
L'esame scritto sara' costituito da due problemi e 10 quesiti a risposta multipla (esempi saranno forniti sul sito dell'insegnamento). Durante la prova scritta, della durata massima di due ore, saranno ammessi computer e testi.
La parte orale dell'esame si basera' sulla correzione dello scritto e sulla discussione di un argomento a scelta dello studente inerente l'insegnamento, sul quale sara' stato fatto un approfondimento con breve elaborato scritto (esempi saranno forniti sul sito dell'insegnamento) da consegnarsi almeno una settimana prima dell'orale (preferibilmente in formato elettronico). Per la discussione dell'argomento scelto, lo studente potra' utilizzare, se lo desidera, lucidi e/o grafici.
L'esame scritto sara' costituito da due problemi e 10 quesiti a risposta multipla (esempi saranno forniti sul sito dell'insegnamento). Durante la prova scritta, della durata massima di due ore, saranno ammessi computer e testi.
La parte orale dell'esame si basera' sulla correzione dello scritto e sulla discussione di un argomento a scelta dello studente inerente l'insegnamento, sul quale sara' stato fatto un approfondimento con breve elaborato scritto (esempi saranno forniti sul sito dell'insegnamento) da consegnarsi almeno una settimana prima dell'orale (preferibilmente in formato elettronico). Per la discussione dell'argomento scelto, lo studente potra' utilizzare, se lo desidera, lucidi e/o grafici.
Docente/i
Ricevimento:
su appuntamento
Dipartimento di Fisica, edificio LITA, IV piano