Savona, 11 Novembre 2015

della Regione Liguria

Antonio Barbucci, Massimo Capobianco, Federico Delfino, Marco Fossa, Carla Gambaro, Loredana Magistri,

Luisa Pagnini, Michela Robba, Roberto Sacile, Pietro Zunino

Attività e proposte di collaborazioneScuola Politecnica

DICCA Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica

e Ambientale

CENS Centro di servizio per il polo universitario di Savona

DIBRIS Dip. di Informatica, Bioingegneria, Robotica e Ing. dei Sistemi

DITEN Dip. di Ing. Navale, Elettrica, Elettronica e delle Telecomunicazioni

DIME Dip. di Ing. Meccanica, Energetica, Gestionale e dei Trasporti

Savona, 28 Luglio 2015

1 - Produzione Sostenibile di Energia 1/2

FotovoltaicoSviluppo e sperimentazione di materiali, tecnologie e componenti per l’aumento dell’efficienza e per la riduzione dei costiSoluzioni innovative per l’integrazione, l’ottimizzazione e la diagnostica dei componenti d’impiantoApplicazioni in speciali settori (agricolo, forestale, edile, marino e nautico)

EolicoMini e microturbine eoliche Turbine eoliche ad alto rendimento per venti medio bassiSviluppo e ottimizzazione di componenti

BiocombustibiliCaratterizzazione di biocombustibili per MCI e MGTOttimizzazione della filiera energetica e della gestione di impiantoMonitoraggio di impianti a biomassa esistentiCogenerazione e Trigenerazione

Solare a concentrazione termodinamicosistemi solari a concentrazione (CSP): materiali, tecnologie e prestazionicriticità e opportunità; costi/benefici

Celle a combustibileSistemi con celle a Combustibile (SOFC e PEMFC)Integrazione in reti intelligenti (smart-grid, sistemi stand-alone)

Mini-hydroTurbine idrauliche ad altissima efficienza

Costruzione semplificata per ridurre i costi

Tecnologia e strumenti di progettazione meccanica avanzata

Dimensionamento e progettazione aerodinamica per alta efficienza

MinieolicoTurbine eoliche ad alto rendimento per venti medio bassi

Analisi di sensibilità dei parametri del ciclo

Ottimizzazione media:Eff. compressore + 2 ptEff. turbina + 2 ptEff. recuperatore + 5 pt

Ottimizzazione spinta:Eff. compressore + 4 ptEff. turbina + 4 ptEff. recuperatore + 10 pt

Effetto dell’ottimizzazione dei componenti: compressore + turbina + recuperatore

MicroGT

P. Zunino DIME

MicroGT

Studio sperimentale di turbine di piccola taglia:• Modellazione del campo di vento• Effetto della turbolenza sulla curva di potenza• Azione e effetti del vento• Analisi a fatica

Problemi strutturali:collasso a fatica

Monitoraggio

Calcolo strutturale: studio di modelli di calcolo semplificati

GRUPPO DI RICERCA IN INGEGNERIA DEL VENTO L. Pagnini DICCA

1. Motori monocilindrici da ricerca CFR

2. Caratterizzazione dei biocombustibili in tre fasi:

• Determinazione del numero di cetano/ottano

• Definizione dell’influenza del tenore di biocombustibile suparametri operativi, energetici ed ambientali del motore

• Analisi del processo di combustione

3. Grandezze misurate: portata di combustibile, coppia e velocità dirotazione motore, diagrammi indicati di pressione, emissioni inquinanti(ossidi di azoto e fumosità allo scarico), ecc.

4. Risultati: riduzione PM, incremento NOX e riduzione rend. globale

potenziale interessante, ma necessità di sviluppo di strategie dicontrollo motore per compensare effetti negativi

Caratterizzazione sperimentale di combustibili alternativi

Attività proposta: sviluppo di strategie di controllo per motori a combustione interna alimentati con biocombustibili di 2° generazione per bassi consumi ed emissioni

M. Capobianco DIME

1. Competenze ICEG per la valutazione delle emissioni «real-world» di veicoli stradali

Valutazione di emissioni e consumi di combustibile di sistemi energetici in condizioni reali

Attività proposta: sviluppo di metodologie sperimentali e teoriche per la valutazione del comportamento emissivo di sistemi energetici in condizioni di reale utilizzo

2. Trasferimento di metodologie e competenze disponibili ai sistemi per la generazione di energia, per il confronto di sistemi di combustione tradizionali ed innovativi e di combustibili convenzionali ed alternativi

Classificazione del veicolo (es.: veicoli pesanti in area portuale)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

RT 1 RT 2 RT 3 TT/AT 1 TT/AT 2 TT/AT 3 TT/AT 4 TT/AT 5

Veh

icle

sh

are

in p

ort

area

[%

]

Rigid truck (RT)

- RT 1 = 2 axles, < 14 t- RT 2 = 3-4 axles, 14 28 t - RT 3 = 4-5 axles, > 28 t

Truck trailer (TT)Articulated truck (AT)

- TT/AT 1 = 3 axles, > 14 20 t- TT/AT 2 = 3-4 axles, > 20 28 t- TT/AT 3 = 4-5 axles, > 28 34 t

- TT/AT 4 = 5 axles, > 34 40 t

- TT/AT 5 = 5 axles, > 40 t

Definizione del ciclo di lavoro (es.: profilo di velocità in area portuale)

0

10

20

30

40

50

60

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Velo

cità

[km

/h]

Tempo [s]

Calcolo emissioni/consumi (es.: confronto emissioni NOX in zone portuali/urbane)

0

4

8

12

16

20

Fat

tori

di e

mis

sion

e N

OX

[g/k

m]

portuale urbana

Auto articolati/autotreni Euro 5 > 28 34 t

Auto articolati/autotreni Euro 5 > 40 t

M. Capobianco DIME

CompetenzeFuel cells/elettrolizzatori/stoccaggio idrogeno

• Sintesi e caratterizzazione di materiali elettrodici

• Sintesi di nanoparticelle e nanostrutturati per l’energia

• Pile a combustibile ed elettrolizzatori: progettazione e fabbricazione di celle e di componenti di cellacaratterizzazione microstrutturale ed elettrochimicastudio interazione materiali strutturali con i componenti di cella in condizioni operative

• Modellazione matematica

8

Ni(OH)2

Modellazione

Cella completa ed elettrolita

A . Barbucci DICCA

– Stoccaggio di idrogeno in idruri chimici

Reattore di sintesi di idruri chimici (Impianto dimostrativo)

Progetti Europei

•IDEAL Cell: Innovative Dual mEmbrAne fuel Cell (FP7/2009-2013, G. A. n° 213389, 2008-2011 - concluso)

•ENDURANCE: ENhanced DURability materials for Advenced stacks of New solid oxide fuel Cells (FCH-JU-2013-1, 2014-2017, G. A. n° 621207)

•EVOLVE: Development, up scaling and demonstration of new SOFC architecture for stationary and mobile application (FP7/2010-2014, G. A. n° 303429)

Progetti Nazionali

•BIOITSOFC: Celle a combustibile ad ossido solido operanti a temperatura intermedia alimentate con biocombustibili (PRIN, D.M. 1152/ric del 27/12/2011, 2013-2015 )

•IDRO-RIN-TRAN-GENESI: Studio delle tecnologie per la generazione su larga scala di idrogeno da fonti rinnovabili per il trasporto terrestre-navale e la generazione distribuita (2011 MIUR legge 297, 2012-2014 )

9A . Barbucci DICCA

Savona, 28 Luglio 2015

1 - Produzione Sostenibile di Energia 2/2

Sistemi geotermici a bassa temperatura per edifici ad altissima efficienzaSviluppo di modelli dinamici e di progettoRealizzazione di prototipi e impianti pilota

Generazione di energia da combustibile fossile: sistemi combustivi ad alta efficienza e ad emissioni contenuteattività sperimentali sui processi di combustionesistema integrato LIF – PIV

Energy HarvestingRecupero energetico da vibrazioni e moti meccanici, moti dei fluidi, radiazioni elettromagnetiche e calore

Progettazione multidisciplinare, algoritmi e tecnologie per microgeneratori innovativiCalcolo strutturale per componentiProgettazione e ottimizzazione fluodinamicaStudio di materiali innovativi per alte temperature e dei processi di saldatura Sviluppo analitico e sperimentale di algoritmi di controllo innovativi per macchine e sistemi e le

analisi dinamiche vibrazionali per il monitoraggio e la diagnostica degli impianti.

Utilizzo delle risorse termiche a bassa entalpia da reflui della conversione di potenza per la climatizzazione a pompa di calore su

scala urbana

• Il Progetto riguarda la verifica di sostenibilità energetica ed economica,modellazione e progettazione legata all'utilizzo della risorsa termica abassa temperatura associata alla produzione termoelettrica in ambitosavonese per la realizzazione di un sistema district heating a pompa dicalore ad altissimo coefficiente di prestazione

• Il progetto riguarda l'analisi energetica, la modellazione del sistema e deiflussi di energia, l'analisi tecnico economica di fattibilità, gli aspettiambientali e sociali

M. Fossa DIME

Reflui termici Tirreno Power

Fuel flexibility e combustione low NOx

12/146

Requisiti del combustore• Efficienza combustiva e basse emissioni inquinanti• Stabilità di combustione• Basse perdite di carico• Distribuzione uniforme di temperatura all’uscita

Funzionamento a pressione atmosferica Funzionamento fino a 6 bar Preriscaldatore elettrico aria 200 kW Preriscaldatore miscela aria combustibile 440 kW Portata d’aria = (fino a) 2 kg/s Temperatura aria = (oltre) 700 K Sezione di misura rivestita in material refrattario Sezione di misura con accesso ottico Lunghezza della sezione di misura variabile

Tipologia di misure

Analisi chimica dei gas: CO, NOx, CO, O

Misure di pressione dinamica Misure di temperature locale LDA (Laser Doppler

Anemometry) PDA (Phase Doppler

Anemometry) PIV (Particle Image

Velocimetry) LIF (Laser Induced Fluorescence)

Test-Rig reattivo: dati tecnici

Combustione a basse emissioni• La combustione premiscelata a temperature di

fiamma controllata per ridurre la produzione di NOx

LP (lean premixed)• Premiscelazione completa per riduzione variazioni

spaziali e temporali della miscela aria/combustibile• Fuel flexibility: biogas e syngas

P. Zunino DIME

Energy harvestingbasato sull’impiego di sensori piezoelettrici per il controllo delle vibrazioni strutturali

Il trasferimento ottimo dell’energia meccanica inenergia elettrica si ottiene collegando sensoripiezoelettrici con un circuito elettromagnetico analogo

Allo studio: soluzioni per sfruttare le vibrazioni o il flusso d'aria prodotti da apparati industriali (tipo server) per energy harvesting a fini sensoristici

L. Pagnini DICCA

Attrezzature: saldatura e incollaggio

Friction Stir WeldingRobot di saldatura

Laser al Tullio – per

saldatura dei polimeri

Plasma freddo

Forno ad induzione

Attrezzature per incollaggio

Stampi in silicone

Nel gruppo sono presenti due International Welding Engineer ed un International Welding Engineer

C. Gambaro DIME

Trazione

Compressione

Peel

Flessione

Fatica

UV

Nebbia salina

Camera climatica

Rugosità

MicrografieMacrografie

Attrezzature: caratterizzazione meccanica, ad invecchiamento e delle superfici

Superfici

Invecchiamento

C. Gambaro DIME

Savona, 28 Luglio 2015

2 - Sistemi per la gestione intelligente dell’energia

• Sviluppo di reti intelligenti e loro gestione

• Accumulo di energia

• Risparmio energetico

• Sistemi e strategie per l’utilizzazione ottimale del mercato dell’energia

• Sviluppo di algoritmi e tecniche per l’efficientamento energetico

3 - Supporto ai policy maker

• Metodi per valutazioni tecnico/economiche in ambito di mercato dell’energia

• Linee guida per lo sfruttamento e la gestione ottimale della generazione distribuita

Il Progetto “Energia 2020” dell’Università degli Studi di Genova rappresenta un importante intervento

a carattere dimostrativo nel settore dell’Energia Sostenibile (fonti rinnovabili, risparmio energetico e

riduzione delle emissioni di CO2), realizzato con finanziamento interamente pubblico e mirato a

rendere il Campus Universitario di Savona una struttura innovativa dal lato della gestione energetica e

del comfort lavorativo dei suoi utenti.

Il Progetto ENERGIA 2020 dell’Università degli Studi di Genova (2010-2016)

Smart Polygeneration Microgrid – SPM

Realizzazione di una microrete “intelligente” per l’alimentazione delle utenze

elettriche e termiche del Campus(2,4 M€)

Smart Energy Building – SEB

Realizzazione di un edificio eco-sostenibile,

energeticamente attivo e connesso alla SPM

(3 M€)

M. Robba Prof. F. Delfino

Proposte di collaborazione

Sistemi di gestione dell'energia per la resilienza e la minimizzazione dei

costi in reti intelligenti poligenerative

Simulazione, ottimizzazione per la gestione di reti a piccola scala (sistemi fotovoltaico/eolico ed accumulo, edifici, sistemi agro-alimentari, sistemi manufatturieri)

Sistemi energetici e di trasporto (mobilità elettrica) sostenibili nelle Smart Cities

Smart Polygeneration Microgrid

Test in campo di nuove tecnologie

M. Robba F. Delfino

Proposte progettuali: gestione e controllo ottimo di sistemi energetici

Reti intelligenti (ottimizzazione, simulazione, stabilità, resilienza, controllo distribuito, gerarchico)

Data Mining

Identificazione di modelli

M. Robba DIBRIS

Aspetti logistici per la pianificazione e la gestione dei sistemi energetici sostenibili

MOBILITA’ ELETTRICA

Progettazione e gestione dei punti di ricarica e delle aree di parcheggio

Interazione tra veicoli elettrici e reti intelligenti (diventerebbero a tutti gli effetti delle particolari nanogrid)

GESTIONE DELLE BIOMASSE AGRO-FORESTALI

Solare

EolicoBiomasseOttimizzazione della logistica della catena produttiva delle biomasse forestali attraverso l’utilizzo di modelli matematici e piattaforme informatiche basate su GIS

Progetto: gestione ottimale di piccoli impianti di gassificazione distribuiti sul territorio

M. Robba DIBRIS

Sistema di supporto alle decisioni per la localizzazione ottima e il controllo remoto di stazioni di ricarica per la mobilità

elettrica

• La diffusione dei veicoli elettrici nel mercato automobilistico deve essere accompagnata da un'adeguata predisposizione della rete di distribuzione, in particolar modo dovranno essere realizzate apposite stazioni di ricarica.

• Tra i punti più importanti, sottolineati anche dalla Commissione Europea, c’è quello che sostiene che per i veicoli elettrici dovrà essere fornito uno standard che permetterà di effettuare le ricariche incoraggiando «i punti di ricarica» pubblicamente accessibili.

• L’obiettivo del progetto è quello di proporre una metodologia per identificare la localizzazione ottima dei punti di ricarica elettrica sul territorio destinata ai veicoli, sia in termini di posizione che di dimensionamento.

R. Sacile (DIBRIS)

Sviluppo di algoritmi e tecniche per l’efficientamento energetico

• Il progetto prevede la realizzazione di un sistema integrato di monitoraggio, diagnostica e controllo per ottimizzare le performance energetiche di un edificio.

• Verrà sviluppato un modello predittivo della richiesta energetica per la climatizzazione in base a componenti deterministiche e stocastiche interne ed esterne del sistema complesso edificio-impianti.

• Il sistema di monitoraggio e controllo potrà quindi rispondere in modo dinamico ai cambiamenti in atto sia all'interno (variabili ambientali, presenza di utenti, ecc.) che all'esterno del fabbricato (cambiamenti meteorologici, ombreggiamento, ecc.) con strategie di controllo termico.

• In particolare si focalizzerà il progetto sull'utilizzo di sensoristica a basso costo per il monitoraggio e all'utilizzo di pompe di calore geotermiche.

M. Fossa (DIME), R. Sacile (DIBRIS)

Tecnologie Marine

Generazione Distribuita

Sistemi energetici innovativi e Energy Storage

Agroenergia e Biocombustibili

Modelling, Control Monitoring and Diagnosis

Microturbine

Internal combustion engine

Storage vessel

L. Magistri DIME

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Proposte di Collaborazione:

TECNOLOGIE MARINE

PROGETTO SEASPOON: officine meccaniche, componentistica meccanica, società di acquacoltura aziende per la produzione di componentistica marina o di sicurezza (boe, meda elastica, segnalazione in mare ecc..), strumenti di monitoraggio,sensoristica.

PROGETTO H2BOAT: cantieri navali, componentistica elettronica, officine meccaniche, strumenti di monitoraggio.

ENERGY STORAGE e AGROENERGIA

PROGETTO BIO – IDRO METANO: componentistica per reattori di upgrade (Officine meccaniche, componentistica meccanica, catalizzatori ecc.), upgrade di impianti biogas esistenti.

PROGETTO SERRE EFFICIENTI: audit energetico di serre, sostituzione e design degli impianti di riscaldamento / generazione di energia aziende agricole con produzione in serra, produttori di microtecnologie di produzione energia rinnovabile, strumentisti per la valutazione dei parametri ambientali ecc.

PROGETTO AZIENDE EFFICIENTI: audit energetico di stabilimenti industriali, sostituzione e design degli impianti di generazione di energia, utilizzo calore di scarto

Risparmio Energetico

L. Magistri DIME

Aspetti ambientali per la pianificazione e la gestione di sistemi energetici sostenibili

Strumenti di ottimizzazione multiobiettivo

e analisi del ciclo di vita (LCA)

Carbon footprint

Recupero di materia ed energia

Raccolta differenziata

M. Robba DIBRIS

Per ulteriori informazioni:

Discussione successiva

Schede idee progettuali

Schede descrittive gruppi di ricerca

Savona, 28 Luglio 2015