Conoscenza e capacità di comprensione: comprendere i concetti fondamentali alla base delle microgrid; conoscere le principali sorgenti di energia rinnovabile e le soluzioni di conversione statica per il loro sfruttamento.

Conoscenza e capacità di comprensione applicate: essere in grado di studiare le architetture di controllo per uno sfruttamento efficiente della potenzialità offerte dalle microgrid.

Autonomia di giudizio: essere in grado di applicare le conoscenze acquisite per valutare criticamente le microgrid proposte, focalizzando l’attenzione sia su aspetti di impiantistica che su quelli relativi al controllo dei convertitori.

Abilità comunicative: acquisire un linguaggio tecnico-scientifico, finalizzato ad un’esposizione efficace di problemi tecnici e teorici nel campo delle reti elettriche per l’energia sostenibile.

Capacità di apprendere: saper raccogliere informazioni da libri di testo e articoli scientifici per la soluzione autonoma di problemi relativi alle microgrid.

Elettrotecnica. Impianti elettrici. Fondamenti di automatica. Elettronica di potenza.

1. Contesto ambientale & industriale Aspetti ambientali. Riduzione emissioni. Energia sostenibile, rinnovabile. Evoluzione sistemi elettrici. Generazione distribuita. Transizione energetica. Comunità energetica. Dimensione tecnologica, sociale e politica. Vantaggi. 2. Impianti di produzione di energia elettrica da fonte rinnovabile Fonti. Impianti idroelettrici. Mini-micro idroelettrici. Pompaggio. Impianti eolici. Conversione di energia. DFIG e Direct Drive. Offshore. Impatto sulla rete. Impianti fotovoltaici. Progettazione. Impatto sulla rete. Impianti mareomotrici. Applicazione con diga. Tidal turbines. Impianti moto ondoso. Impianti geotermici. Impianti biomassa. Impianti solare termico. Conversione energia da fonte rinnovabile. Impianti eolici-fotovoltaici grid-connected. Utenti attivi rete BT. Caso esemplificativo. Centrale idroelettrica in ambiente alpino. Analisi tecnica-economica-ambientale. 3. Microgrid Classificazione. Struttura. Stakeholders. Elementi controllabili. Demand Response. MG versus VPP. Strategie. Principali attori. Modelli di business. Benefici tecnici, ambientali e sociali. Microgrid drivers & barriers. Ottimizzazione multi-obiettivo. Evoluzione Tecnologie abilitanti. Struttura di controllo DG convenzionale. Modi operativi. Struttura di controllo DG. Grid forming. Grid feeding. Grid supporting. Inerzia virtuale. 4. Sistemi di accumulo dell’energia Panoramica. Tecnologia. Classificazione. Accumulo elettrochimico. Elettrodi. Elettrolita. Applicazioni. Piombo-acido. Nichel-cadmio. Nichel-metallo idruro. Ioni di Litio. Redox flow. Accumulo elettrostatico. Carica/scarica condensatore. Carica/scarica supercap. Perdite & efficienza. Densità energia/potenza. Datasheet. Invecchiamento. Accumulo elettromagnetico. SMES. Carica/scarica. Perdite/efficienza/vantaggi. Applicazioni. Revisione finale. 5. Sistemi digitali di controllo delle microgrid Funzioni. Ruolo delle ICT. Cybersecurity. Attacco cyber LRA/combinato. Infrastruttura di monitoraggio. Microgrid nelle future smart grid. Architettura di sistema, di controllo. Controllo centralizzato/decentralizzato/distribuito. Flusso dei dati. Protocolli di comunicazione. Macchina a stati finiti. Real-time test. Controllo gerarchico/primario/secondario/terziario. Supervisione della MG e programmazione temporale. Funzionalità di droop. Controllo con impedenza virtuale. 6. Gestione delle microgrid Gestione della potenza attraverso misure locali/rete di comunicazione. Servizi ancillari. Supporto MG alla regolazione di tensione/frequenza. Integrazione accumulo nelle MG. Panoramica. Interfacce. Controllo inverter per accumulo. Soluzioni ibride. Contributo dei sistemi di accumulo. Applicazioni. Forecasting. Previsione di sorgenti/carichi/prezzo elettricità. Applicazione di ANN per forecasting. Load shedding. Black start. Linee guida per la riattivazione. Gestione delle protezioni. 7. Basi numeriche-metodologiche per la progettazione Parametrizzazione geometrica. Curve di Bezier. DOE. Random, Sobol. Fattoriale, fattoriale ridotto. Analisi statistica dei dati (t-Student, χ2). Algoritmi di ottimizzazione. Metodologie mono obiettivo. Simplex. Metodologie multi obiettivo (Algoritmi Evolutivi). Teoria dei giochi. Superfici di risposta. Superfici lineari, quadratiche. Kriging. Reti neurali. Processi gaussiani. 8. Progettazione delle microgrid Progettazione. Scelte preliminari. Progetto PV. Progetto storage. Analisi. Verifica. LCA. Ottimizzazione. Variabili di processo. Controllo coordinato. Active Damping. DC microgrid per ricarica sostenibile. Definizione batterie. Progettazione sistema. Gestione coordinata della potenza. Transitori potenza nel passaggio giorno-notte. Test con HIL. Verifica gestione flessibile. Casi esemplificativi. Articoli di interesse. Bibliografia

[X] Slide fornite a lezione [1] Roberto Caldon, Fabio Bignucolo, “Impianti di produzione dell'energia elettrica. Criteri di scelta e dimensionamento”, Esculapio, 2018. [2] Gilbert M. Masters, “Renewable and Efficient Electric Power Systems”, Wiley 2004. [3] Nikos Hatziargyriou, “Microgrids: Architectures and Control”, Wiley, 2014 [4] Hassan Bevrani, Bruno Francois, Toshifumi Ise, “Microgrid Dynamics and Control”, Wiley, 2017. [5] Naser Mahdavi Tabatabaei, Ersan Kabalci, Nicu Bizon, “Microgrid Architectures, Control and Protection Methods”, Springer, 2020. [6] Michael Sterner, Ingo Stadler, “Handbook of Energy Storage Demand, Technologies, Integration”, Springer, 2019. [7] Flávia de Andrade, Miguel Castilla, Benedito Donizeti Bonatto, “Basic tutorial on simulation of microgrids control using MATLAB® & Simulink® software”, Springer, 2020. [8] Rajeev Kumar Chauhan Kalpana Chauhan, “Distributed Energy Resources in Microgrids: Integration, Challenges and Optimization”, Elsevier, 2019. [9] Gevork Garehpetian, Hamid Baghaee, Masoud Shabestary, “Microgrids and Methods of Analysis”, Elsevier, 2021.

1. Contesto ambientale & industriale Aspetti ambientali. Riduzione emissioni. Energia sostenibile, rinnovabile. Evoluzione sistemi elettrici. Generazione distribuita. Transizione energetica. Comunità energetica. Dimensione tecnologica, sociale e politica. Vantaggi. 2. Impianti di produzione di energia elettrica da fonte rinnovabile Fonti. Impianti idroelettrici. Mini-micro idroelettrici. Pompaggio. Impianti eolici. Conversione di energia. DFIG e Direct Drive. Offshore. Impatto sulla rete. Impianti fotovoltaici. Progettazione. Impatto sulla rete. Impianti mareomotrici. Applicazione con diga. Tidal turbines. Impianti moto ondoso. Impianti geotermici. Impianti biomassa. Impianti solare termico. Conversione energia da fonte rinnovabile. Impianti eolici-fotovoltaici grid-connected. Utenti attivi rete BT. Caso esemplificativo. Centrale idroelettrica in ambiente alpino. Analisi tecnica-economica-ambientale. 3. Microgrid Classificazione. Struttura. Stakeholders. Elementi controllabili. Demand Response. MG versus VPP. Strategie. Principali attori. Modelli di business. Benefici tecnici, ambientali e sociali. Microgrid drivers & barriers. Ottimizzazione multi-obiettivo. Evoluzione Tecnologie abilitanti. Struttura di controllo DG convenzionale. Modi operativi. Struttura di controllo DG. Grid forming. Grid feeding. Grid supporting. Inerzia virtuale. 4. Sistemi di accumulo dell’energia Panoramica. Tecnologia. Classificazione. Accumulo elettrochimico. Elettrodi. Elettrolita. Applicazioni. Piombo-acido. Nichel-cadmio. Nichel-metallo idruro. Ioni di Litio. Redox flow. Accumulo elettrostatico. Carica/scarica condensatore. Carica/scarica supercap. Perdite & efficienza. Densità energia/potenza. Datasheet. Invecchiamento. Accumulo elettromagnetico. SMES. Carica/scarica. Perdite/efficienza/vantaggi. Applicazioni. Revisione finale. 5. Sistemi digitali di controllo delle microgrid Funzioni. Ruolo delle ICT. Cybersecurity. Attacco cyber LRA/combinato. Infrastruttura di monitoraggio. Microgrid nelle future smart grid. Architettura di sistema, di controllo. Controllo centralizzato/decentralizzato/distribuito. Flusso dei dati. Protocolli di comunicazione. Macchina a stati finiti. Real-time test. Controllo gerarchico/primario/secondario/terziario. Supervisione della MG e programmazione temporale. Funzionalità di droop. Controllo con impedenza virtuale. 6. Gestione delle microgrid Gestione della potenza attraverso misure locali/rete di comunicazione. Servizi ancillari. Supporto MG alla regolazione di tensione/frequenza. Integrazione accumulo nelle MG. Panoramica. Interfacce. Controllo inverter per accumulo. Soluzioni ibride. Contributo dei sistemi di accumulo. Applicazioni. Forecasting. Previsione di sorgenti/carichi/prezzo elettricità. Applicazione di ANN per forecasting. Load shedding. Black start. Linee guida per la riattivazione. Gestione delle protezioni. 7. Basi numeriche-metodologiche per la progettazione Parametrizzazione geometrica. Curve di Bezier. DOE. Random, Sobol. Fattoriale, fattoriale ridotto. Analisi statistica dei dati (t-Student, χ2). Algoritmi di ottimizzazione. Metodologie mono obiettivo. Simplex. Metodologie multi obiettivo (Algoritmi Evolutivi). Teoria dei giochi. Superfici di risposta. Superfici lineari, quadratiche. Kriging. Reti neurali. Processi gaussiani. 8. Progettazione delle microgrid Progettazione. Scelte preliminari. Progetto PV. Progetto storage. Analisi. Verifica. LCA. Ottimizzazione. Variabili di processo. Controllo coordinato. Active Damping. DC microgrid per ricarica sostenibile. Definizione batterie. Progettazione sistema. Gestione coordinata della potenza. Transitori potenza nel passaggio giorno-notte. Test con HIL. Verifica gestione flessibile. Casi esemplificativi. Articoli di interesse. Bibliografia

Lezioni frontali. Esercitazioni. Seminari. Laboratori didattici. Visite tecniche.

Si prevede la frequenza obbligatoria di alcune attività didattiche specifiche (laboratori, seminari, esercitazioni interattive, ecc.).

Esame finale orale. Verranno poste domande di teoria e discusso nel dettaglio un caso di studio. Le domande saranno in numero adeguato, tale da coprire l’intero programma trattato.

Energia pulita e accessibile
Industria, innovazione e infrastrutture
Città e comunità sostenibili
Consumo e produzione responsabili
Agire per il clima