Geologia e Tutela dell'Ambiente
Cod 198375
- Laurea magistrale
- 2 anni
- 120 CFU
- LM-74 R
ING-IND/32
Sistemi Energetici Rinnovabili di Superficie
Codice: 20410991
Scheda insegnamento
- Anno Accademico di erogazione
- 2026/2027
- Corso di studi
- Geologia e Tutela dell'Ambiente
- Periodo di erogazione
- Primo semestre
- CFU
- 6 CFU
- Lingua
- Italiano
- SSD
- ING-IND/32
Scopri il programma didattico
Programma, testi adottati e modalità d’esame sono quelli pubblicati dai docenti per l’anno accademico 2026/2027. L’insegnamento è diviso in canali: ogni canale ha il suo programma.
- Docente
- Aldo Fiori
- Curriculum
- Geologia della Transizione Energetica
- Anno di corso
- 2
- Periodo
- Primo semestre
- Ore
- 48
- CUIN
- 260001301
Programma
Il panorama nazionale e internazionale dell’energia elettrica: produzione e consumi.
Il sistema elettrico: generazione, trasmissione e distribuzione.
Il concetto di sostenibilità.
Fonti rinnovabili di energia.
Idroelettrico.
Energia dal mare.
Energia eolica.
Energia solare.
Unità di generazione della potenza elettrica: motore primo, generatore elettrico, convertitore elettronico di potenza.
Unità di accumulo dell’energia.
Unità di generazione della potenza elettrica in funzionamento in isola e con connessione alla rete elettrica.
Testi adottati
▪ Serdar Celik – Sustainable Energy, Engineering Fundamentals and Applications – Cambridge University Press
▪ Additional Documents and Numerical Exercises? - https://ingegneriacivileinformaticatecnologieaeronautiche.el.uniroma3.it/course/
Modalità di erogazione
Lezioni
Esercitazioni in aula
Modalità di valutazione
Prova scritta
Prove previste
- Prova scritta
- Docente
- Giorgio Bellotti
- Curriculum
- Geologia della Transizione Energetica
- Anno di corso
- 2
- Periodo
- Primo semestre
- Ore
- 48
- CUIN
- 260001301
Programma
Il panorama nazionale e internazionale dell’energia elettrica: produzione e consumi.
Il sistema elettrico: generazione, trasmissione e distribuzione.
Il concetto di sostenibilità.
Fonti rinnovabili di energia.
Idroelettrico.
Energia dal mare.
Energia eolica.
Energia solare.
Unità di generazione della potenza elettrica: motore primo, generatore elettrico, convertitore elettronico di potenza.
Unità di accumulo dell’energia.
Unità di generazione della potenza elettrica in funzionamento in isola e con connessione alla rete elettrica.
Prerequisiti
Non sono previsti requisiti specifici
Testi adottati
▪ Serdar Celik – Sustainable Energy, Engineering Fundamentals and Applications – Cambridge University Press
▪ Additional Documents and Numerical Exercises? - https://ingegneriacivileinformaticatecnologieaeronautiche.el.uniroma3.it/course/
Modalità di erogazione
Lezioni frontali ed esercitazioni in laboratorio
Modalità di frequenza
Non obbligatoria
Modalità di valutazione
Tema scritto su domande proposte dalla commissione d'esame e prova orale
Prove previste
- Prova orale
- Prova scritta
- Docente
- Jacopo Serafini
- Curriculum
- Geologia della Transizione Energetica
- Anno di corso
- 2
- Periodo
- Primo semestre
- Ore
- 48
- CUIN
- 260001301
Programma
La risorsa eolica
Origine e caratteristiche del vento. Equilibrio geostrofico e vento geostrofico. Strato limite atmosferico e profilo verticale della velocità del vento. Effetti della rugosità superficiale. Turbolenza atmosferica e principali grandezze utilizzate per la sua caratterizzazione. Variabilità temporale della risorsa eolica ed eventi estremi. Implicazioni delle caratteristiche del vento per la produzione energetica e per i carichi agenti sugli aerogeneratori.
Principi di funzionamento degli aerogeneratori
Tipologie di aerogeneratori e principali componenti di una moderna turbina eolica ad asse orizzontale. Conversione dell’energia cinetica del vento. Potenza disponibile nella corrente eolica. Curve caratteristiche di funzionamento e curva di potenza di un aerogeneratore.
Aerodinamica del rotore
Teoria monodimensionale del disco attuatore. Fattore di induzione assiale, coefficiente di potenza e limite di Betz. Introduzione ai principi di funzionamento aerodinamico delle pale. Cenni alla teoria Blade Element Momentum (BEMT) e alla sua applicazione per l’analisi delle prestazioni del rotore.
Principi di progettazione preliminare di un aerogeneratore
Principali parametri di progetto: diametro del rotore, area spazzata, velocità di rotazione, tip-speed ratio e caratteristiche geometriche essenziali delle pale. Relazione tra condizioni della risorsa eolica, dimensionamento della macchina e prestazioni energetiche. Principali vincoli e compromessi progettuali.
Cenni alla progettazione di un parco eolico
Criteri generali per la scelta del sito e la disposizione degli aerogeneratori. Interazione tra turbine, scie aerodinamiche e perdite di produzione. Principali fattori da considerare nella progettazione preliminare di un parco eolico.
Aspetti energetici ed economici
Produzione energetica annuale e fattore di capacità. Principali voci di costo di un impianto eolico. Relazione tra disponibilità della risorsa, produzione energetica e redditività dell'impianto. Introduzione ai principali indicatori utilizzati nella valutazione economica dell’energia eolica, con particolare riferimento al costo dell’energia.
Prerequisiti
Sono richieste le conoscenze di base di matematica e fisica normalmente acquisite nei corsi di laurea di primo livello, con particolare riferimento ai concetti di forza, energia, potenza, pressione e conservazione della quantità di moto.
Sono inoltre utili conoscenze elementari di meccanica dei fluidi e di dinamica dell’atmosfera, ove già acquisite nel percorso formativo.
Non sono richieste conoscenze pregresse specifiche relative agli aerogeneratori o alla progettazione di impianti eolici.
Non sono previste propedeuticità specifiche per la parte di insegnamento dedicata all’energia eolica, fatto salvo quanto previsto dal Regolamento didattico del Corso di Studio.
Testi adottati
Sharpe, David, et al. Wind energy handbook. Vol. 355. Wiley, 2013.
Modalità di erogazione
La parte di insegnamento dedicata all’energia eolica corrisponde a 1 CFU ed è articolata in 6 ore di didattica, suddivise in quattro lezioni da 1,5 ore.
L’attività è svolta prevalentemente attraverso lezioni frontali, integrate dalla discussione di semplici esempi applicativi e dall’analisi di schemi, curve caratteristiche e relazioni fondamentali utili alla comprensione del comportamento degli aerogeneratori.
L’impostazione delle lezioni procede dalla caratterizzazione fisica della risorsa eolica ai principi di conversione dell’energia, per arrivare agli elementi essenziali della progettazione preliminare delle turbine e dei parchi eolici e alla loro valutazione energetica ed economica.
Considerata la durata limitata del modulo, gli aspetti relativi alla BEMT, alla progettazione aerodinamica delle pale e alla progettazione dei parchi eolici sono affrontati a livello introduttivo, con l’obiettivo di fornire allo studente i concetti fondamentali e gli strumenti necessari per successivi approfondimenti.
Modalità di frequenza
La frequenza della parte di insegnamento dedicata all’energia eolica segue le disposizioni previste dal Regolamento didattico del Corso di Studio e dall’insegnamento nel quale il modulo è inserito.
Modalità di valutazione
La verifica delle conoscenze e delle competenze relative alla parte di energia eolica è svolta nell’ambito della prova finale prevista per l’intero insegnamento e consiste in una domanda scritta aperta.
La domanda verte sui principi fisici e tecnologici affrontati durante le lezioni e può richiedere, oltre alla descrizione e discussione degli argomenti teorici, semplici considerazioni quantitative o l’interpretazione di schemi, curve caratteristiche e dati relativi a sistemi eolici.
La valutazione è finalizzata a verificare:
- la conoscenza dei principali concetti relativi alla risorsa eolica e al funzionamento degli aerogeneratori;
- la capacità di spiegare i principi della conversione dell’energia del vento, della teoria del disco attuatore e, a livello introduttivo, della BEMT;
- la capacità di applicare le relazioni fondamentali a semplici problemi di stima della potenza e delle prestazioni;
- la capacità di interpretare qualitativamente i principali parametri che condizionano la progettazione di una turbina e di un parco eolico;
- la capacità di discutere le principali implicazioni energetiche ed economiche di un progetto eolico;
- la chiarezza, la correttezza e l’appropriatezza della terminologia tecnico-scientifica utilizzata nella risposta scritta.
Il livello di approfondimento richiesto è commisurato alla durata della parte di insegnamento, pari a 1 CFU.
Prove previste
- Prova scritta
- Docente
- Andrea Montessori
- Curriculum
- Geologia della Transizione Energetica
- Anno di corso
- 2
- Periodo
- Primo semestre
- Ore
- 48
- CUIN
- 260001301
Programma
Concetti fondamentali di energia e potenza.
Produzione e consumo di energia.
Generazione, trasmissione e distribuzione dell’energia elettrica.
Sostenibilità energetica e impatti ambientali.
Classificazione delle fonti energetiche rinnovabili.
Principi di funzionamento degli impianti idroelettrici.
Energia marina: onde, maree e correnti.
Principi di funzionamento degli impianti eolici.
Energia solare termica e fotovoltaica.
Componenti fondamentali di un’unità di generazione: motore primo, generatore e convertitore.
Sistemi di accumulo dell’energia.
Integrazione delle fonti rinnovabili nel sistema elettrico.
Funzionamento degli impianti in rete e in isola.
Cenni su efficienza energetica, affidabilità e continuità della produzione.
Prerequisiti
Sono utili conoscenze di base di fisica, matematica, termodinamica e meccanica dei fluidi. Non sono richieste conoscenze specialistiche preliminari sui sistemi energetici.
Testi adottati
serdar celik, Sustainable Energy, CUP
Modalità di erogazione
Il modulo è svolto mediante lezioni frontali, accompagnate dall’analisi di schemi impiantistici, esempi applicativi e semplici esercizi di calcolo. Durante le lezioni sono discussi casi rappresentativi delle principali tecnologie energetiche rinnovabili.
Modalità di frequenza
La frequenza delle lezioni è raccomandata.
Modalità di valutazione
La verifica dell’apprendimento è finalizzata ad accertare la conoscenza dei principi di funzionamento dei sistemi energetici, la comprensione delle principali tecnologie di conversione e la capacità di effettuare semplici valutazioni energetiche.
La prova prevede domande teoriche e, ove previsto, semplici esercizi applicativi. La valutazione tiene conto della correttezza dei contenuti, della capacità di collegamento tra gli argomenti, della chiarezza espositiva e dell’uso appropriato della terminologia tecnica.
Prove previste
- Prova orale
- Docente
- Alessandro Lidozzi
- Curriculum
- Geologia della Transizione Energetica
- Anno di corso
- 2
- Periodo
- Primo semestre
- Ore
- 48
- CUIN
- 260001301
Programma
Il panorama nazionale e internazionale dell’energia elettrica: produzione e consumi.
Il sistema elettrico: generazione, trasmissione e distribuzione.
Sistemi di generazione fotovoltaici.
Prerequisiti
Grandezze fisiche e unità di misura
Testi adottati
Il corso fa riferimento ad argomenti presenti nel testo
Serdar Celik – Sustainable Energy, Engineering Fundamentals and Applications – Cambridge University Press
Materiale addizionale è reso disponibile durante lo svolgimento del corso.
Modalità di erogazione
Modalità di svolgimento tradizionale, in aula. Saranno recepite tutte le disposizioni di Ateneo che regolano le modalità di svolgimento delle attività didattiche e della valutazione degli studenti.
Modalità di frequenza
La frequenza delle lezioni non è obbligatoria, ma comunque consigliata.
Modalità di valutazione
Il colloquio riguarda l'esposizione degli argomenti presentati in aula durante il corso. La prova orale è determinante per l’attribuzione della valutazione finale.
Prove previste
- Prova orale
Esplora gli obiettivi dell’insegnamento
Ambito disciplinare: Attività formative affini o integrative
Il corso ha l’obiettivo di presentare il tema della generazione di potenza elettrica a partire da risorse energetiche rinnovabili disponibili sulla superficie terrestre, di classificare le sorgenti e le relative caratteristiche, di illustrare le apparecchiature e i dispositivi coinvolti nel processo di captazione e conversione della potenza, di descrivere le più comuni strategie di regolazione per l’estrazione della massima potenza dalle sorgenti e per il funzionamento in isola o in connessione alla rete elettrica. Gli studenti acquisiranno le competenze necessarie per l’analisi del funzionamento dei sistemi impiegati nella generazione di potenza elettrica a partire dalle risorse energetiche rinnovabili presenti sulla superficie terrestre
Risultati di apprendimento attesi — Giorgio Bellotti
Il corso ha l’obiettivo di presentare il tema della generazione di potenza elettrica a partire da risorse energetiche rinnovabili disponibili sulla superficie terrestre, di classificare le sorgenti e le relative caratteristiche, di illustrare le apparecchiature e i dispositivi coinvolti nel processo di captazione e conversione della potenza, di descrivere le più comuni strategie di regolazione per l’estrazione della massima potenza dalle sorgenti e per il funzionamento in isola o in connessione alla rete elettrica. Gli studenti acquisiranno le competenze necessarie per l’analisi del funzionamento dei sistemi impiegati nella generazione di potenza elettrica a partire dalle risorse energetiche rinnovabili presenti sulla superficie terrestre.
Risultati di apprendimento attesi — Jacopo Serafini
Al termine della parte di insegnamento dedicata all’energia eolica, lo studente avrà acquisito le conoscenze di base necessarie per descrivere la risorsa eolica, comprendere i principi fisici di funzionamento degli aerogeneratori e interpretare, a livello preliminare, i principali aspetti tecnici ed economici di un sistema di conversione dell’energia eolica.
In particolare, lo studente sarà in grado di:
1. Conoscenza e capacità di comprensione
- descrivere i principali meccanismi che determinano il campo di vento nell’atmosfera, distinguendo il comportamento del vento geostrofico da quello nello strato limite atmosferico;
- descrivere l’influenza della rugosità superficiale, della turbolenza e degli eventi estremi sulle caratteristiche della risorsa eolica;
- illustrare la struttura e il principio di funzionamento di un moderno aerogeneratore ad asse orizzontale e riconoscerne i principali componenti;
- spiegare i principi fondamentali della conversione dell’energia cinetica del vento in energia meccanica ed elettrica;
- descrivere la teoria del disco attuatore e il significato del limite di Betz;
- illustrare, a livello introduttivo, i principi della teoria Blade Element Momentum (BEMT);
- riconoscere i principali parametri che intervengono nella progettazione preliminare di un aerogeneratore e nella disposizione degli aerogeneratori all’interno di un parco eolico;
- descrivere i principali fattori che influenzano la produzione energetica e la sostenibilità economica di un impianto eolico.
2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Lo studente sarà in grado di:
- utilizzare relazioni semplificate per stimare la potenza disponibile nel vento e la potenza estraibile da un aerogeneratore;
- interpretare qualitativamente una curva di potenza di un aerogeneratore e mettere in relazione velocità del vento, potenza prodotta e condizioni operative;
- applicare i concetti di base della teoria del disco attuatore all’analisi delle prestazioni di un rotore;
- discutere, a livello preliminare, l’effetto dei principali parametri geometrici e aerodinamici sulle prestazioni di un aerogeneratore;
- riconoscere i principali fattori che condizionano la scelta del sito e la disposizione delle turbine in un parco eolico.
3. Autonomia di giudizio
Entro il livello introduttivo consentito dalla durata del modulo, lo studente sarà in grado di:
- confrontare qualitativamente differenti condizioni di risorsa eolica e valutarne le implicazioni per lo sfruttamento energetico;
- individuare i principali compromessi tecnici alla base della progettazione preliminare di un aerogeneratore e di un parco eolico;
- discutere criticamente, sulla base dei dati disponibili, i principali fattori tecnici ed economici che influenzano la fattibilità di un impianto eolico.
4. Abilità comunicative
Lo studente sarà in grado di descrivere i principi di funzionamento dei sistemi eolici e di discutere semplici problemi di valutazione della risorsa e di progettazione preliminare utilizzando una terminologia tecnico-scientifica appropriata.
5. Capacità di apprendimento
Lo studente acquisirà gli strumenti concettuali di base necessari per approfondire autonomamente tematiche relative alla risorsa eolica, all’aerodinamica degli aerogeneratori e alla progettazione e valutazione tecnico-economica degli impianti eolici attraverso la consultazione di testi tecnici e letteratura scientifica.
Risultati di apprendimento attesi — Andrea Montessori
Al termine del modulo lo studente sarà in grado di:
descrivere la struttura generale di un sistema energetico;
distinguere energia, potenza, rendimento e capacità di generazione;
conoscere le principali fonti energetiche rinnovabili e le relative tecnologie di conversione;
comprendere i principi di funzionamento degli impianti idroelettrici, eolici, solari e marini;
riconoscere il ruolo dei sistemi di accumulo nella gestione delle fonti intermittenti;
valutare qualitativamente benefici, limiti e impatti ambientali delle diverse tecnologie;
comprendere le principali modalità di funzionamento degli impianti in rete e in isola.
Risultati di apprendimento attesi — Alessandro Lidozzi
Il corso ha l’obiettivo di presentare il tema della generazione di potenza elettrica a partire da risorse energetiche rinnovabili disponibili sulla superficie terrestre, di classificare le sorgenti e le relative caratteristiche, di illustrare le apparecchiature e i dispositivi coinvolti nel processo di captazione e conversione della potenza, di descrivere le più comuni strategie di regolazione per l’estrazione della massima potenza dalle sorgenti e per il funzionamento in isola o in connessione alla rete elettrica. Gli studenti acquisiranno le competenze necessarie per l’analisi del funzionamento dei sistemi impiegati nella generazione di potenza elettrica a partire dalle risorse energetiche rinnovabili presenti sulla superficie terrestre.
Obiettivi di sostenibilità
- 7 Energia pulita e accessibile
- 11 Città e comunità sostenibili
- 12 Consumo e produzione responsabili
- 1 Sconfiggere la povertà
- 8 Lavoro dignitoso e crescita economica
- 9 Imprese, innovazione e infrastrutture
- 10 Ridurre le disuguaglianze
- 13 Lotta contro il cambiamento climatico
- 2 Sconfiggere la fame
- 14 Vita sott’acqua
- 15 Vita sulla Terra
Esempi di domande d’esame
Giorgio Bellotti
Fornite dal docente durante il corso
Jacopo Serafini
Esempi di domande teoriche e applicative:
- Descrivere le principali differenze tra vento geostrofico e vento nello strato limite atmosferico e discutere l’influenza della rugosità del terreno sul profilo verticale della velocità.
- Che cosa si intende per turbolenza atmosferica e perché essa è rilevante per il funzionamento e la progettazione degli aerogeneratori?
- Ricavare o discutere la dipendenza della potenza disponibile nel vento dalla densità dell’aria, dall’area del rotore e dalla velocità del vento. Commentare in particolare la dipendenza dalla velocità.
- Illustrare il modello del disco attuatore e spiegare il significato fisico del limite di Betz.
- Descrivere qualitativamente una curva di potenza di un aerogeneratore, identificando le principali regioni di funzionamento.
- Illustrare i principi alla base della teoria Blade Element Momentum e spiegare quali informazioni permette di ottenere.
- Quali sono i principali parametri da considerare nella progettazione preliminare di un aerogeneratore?
- A parità di potenza nominale, discutere quali conseguenze può avere una variazione del diametro del rotore sulle prestazioni della macchina.
- Perché gli aerogeneratori di un parco eolico non vengono generalmente disposti a distanza minima l’uno dall’altro? Discutere il ruolo delle scie aerodinamiche.
- Indicare i principali fattori che determinano la produzione energetica annuale di un parco eolico.
- Descrivere le principali componenti di costo di un impianto eolico e discutere come la qualità della risorsa eolica influenzi il costo dell’energia prodotta.