Laurea magistrale in ingegneria dell'Energia Elettrica e dei Sistemi

Progetto e analisi di generatori elettrici per parchi eolici off-shore

I parchi eolici off-shore sono, tra le fonti di energia rinnovabile, una risorsa da cui si attendono enormi sviluppi nel prossimo futuro. La tendenza è quella non solo di incrementare il numero di parchi eolici, ma anche di aumentare la taglia delle turbine eoliche impiegate. Attualmente le potenze unitarie installate non superano la decina di MW ma si prevede che, nel prossimo futuro, potenze di decine di MW possano essere realizzate. Ciò pone enormi sfide tecnologiche non solo per quanto riguarda la turbina, ma anche e soprattutto relativamente al generatore elettrico ad essa accoppiato. Infatti, esigenze di affidabilità suggeriscono e spesso impongono l’eliminazione di riduttori (componenti soggetti a frequenti guasti e dalla manutenzione impegnativa). Di conseguenza il generatore elettrico, nella configurazione ad accoppiamento diretto, deve ruotare a velocità bassissime, che sono tipicamente dell’ordine di 10-15 giri al minuto e, conseguentemente, sviluppare coppie gigantesche, dell’ordine del milione di Nm.

Dimensionamento e progetto elettromagnetico di generatori per applicazioni microeoliche

La generazione eolica è una forma di produzione di “energia pulita” che, nel prossimo futuro, rappresenta la forma di energia rinnovabile per cui si prevede un maggiore potenziale di sviluppo. Infatti la forza del vento, se adeguatamente sfruttata, può contribuire in modo massiccio, per quanto discontinuo nel tempo, alla copertura del fabbisogno elettrico globale. Lo sfruttamento dell’energia eolica avviene a molteplici livelli e sulle più svariate scale, partendo dai parchi eolici “off-shore” per finire con le piccole turbine eoliche installabili in contesti urbani e domestici. In tutte le applicazioni, si richiede l’impiego di generatori elettrici speciali da accoppiare alle turbine eoliche, generatori che devono essere attentamente progettati e dimensionati per soddisfare i requisiti dell’appicazione, che spesso implicano stringenti vincoli in termini di ingombro, di rumorosità, di vibrazioni, nonchè la possibilità di funzionare a velocità molto variabili nel tempo.

Il Dip. di Ingegneria ed Architettura - DIA dell'Università degli Studi di Trieste ha partecipato a vari progetti di ricerca mirati allo sviluppo di prototipi di generatori eolici innovativi, collaborando principalmente con l’azienda InterWind e con l’azienda Nidec-ASI.

Progettazione “dependability-oriented” di sistemi elettrici integrati per unità a propulsione elettrica

Nel campo delle navi a propulsione elettrica (AESs – All Electric Ships), l’impianto elettrico è componente essenziale e vitale, in quanto tutti i sistemi di bordo sono da esso alimentati. Esso però assume un ruolo principe nel caso di navi in cui un fuori servizio sia estremamente dannoso (per motivi economico-ambientali, nel caso di applicazioni offshore Oil&Gas, o a causa del fallimento della missione, nel caso di applicazioni militari). Per tali navi, pertanto, gli obbiettivi principali nel progetto dell’impianto elettrico integrato (IPS – Integrated Power System) sono: assicurare l’adeguato livello di Power Quality, inteso come qualità dell’energia fornita ai sistemi della nave; assicurare un elevato grado del servizio, inteso come mantenimento dell’operatività della nave. A causa del ruolo essenziale che l’IPS ha nelle AESs, gli obbiettivi generali risultano strettamente legati a tutti gli altri possibili obbiettivi di progetto, quali le performance, l’efficienza, la sicurezza, la manutenibilità, l’operatività e la protezione dell’ambiente.

Correnti di guasto in sistemi di distribuzione navale in media tensione continua

L’adozione di sistemi di distribuzione innovativi nell’ambito navale, quali la distribuzione in tensione continua, si scontra con la momentanea assenza di riferimenti normativi per il calcolo delle correnti di guasto in sistemi DC a tensione nominale maggiore di 1kV. Inoltre, diversamente da quanto accade negli impianti in corrente alternata, l’estrema variabilità (in termini di sistemi di generazione e conversione) con cui è possibile ottenere la corrente continua a bordo nave rende estremamente difficile definire formule semplificate univoche per il calcolo delle correnti di guasto.

Per tali motivi, è in corso un’attività di ricerca a riguardo della determinazione delle correnti di corto circuito a bordo nave per sistemi in corrente continua a tensione maggiore di 1kV (definiti sistemi di distribuzione MVDC – Medium Voltage Direct Current).

Architetture di distribuzione innovative per applicazioni elettriche marine

I sistemi elettrici in ambito marittimo hanno subito un’incredibile evoluzione dalla prima introduzione dell’elettricità a bordo nave all’inizio del secolo scorso. Questo grazie sia alla crescente elettrificazione dei carichi di bordo, sia all’adozione sempre più comune della propulsione elettrica (soprattutto nel caso di grandi navi). Sebbene al momento la soluzione standard (sia a bordo nave che su piattaforma offshore) sia la distribuzione radiale in corrente alternata, i vantaggi dati da altri sistemi di distribuzione stanno spingendo verso un cambiamento. Restando nel campo della distribuzione in tensione alternata, si assiste al crescente interesse anche per altri sistemi finora raramente applicati in ambito marino, quali l’adozione di sistemi ad anello o anche zonali. Oltre alle possibili varianti della distribuzione in tensione alternata, l’adozione della corrente continua sembra molto promettente, grazie ad un grande gamma di vantaggi ottenibili rispetto alla distribuzione in alternata.

High Voltage Shore Connections

Negli ultimi anni, la Shore Connection in alta tensione (High Voltage Shore Connection, HVSC) ha rappresentato una delle migliori soluzioni tecniche per l’alimentazione di una nave ormeggiata senza l’ausilio dei motori primi, soluzione in grado di ridurre considerevolmente l’inquinamento atmosferico dei porti. Considerando la potenzialità di tale tecnologia, è possibile evidenziare l’interesse di molti porti, assieme a quello manifestato dai cantieri navali, interessati a riprogettare un impianto di bordo in grado di garantire questa funzionalità. Prendendo in esame una singola nave, la potenza richiesta può essere dell’ordine dei 10 MW, tale da mantenere in servizio alcuni servizi essenziali nella fase di attracco.

La regolazione di tensione nei sistemi elettrici di bordo a media tensione continua

La distribuzione in media tensione continua (MVDC) appare allo stato attuale un’interessante possibilità per i sistemi elettrici delle grandi navi del futuro. Tale concetto si basa sul largo utilizzo dell’elettronica di potenza, ovvero convertitori statici tali da garantire l’interfacciamento dei sistemi di generazione e carichi al bus in media tensione continua (tensioni superiori a 1 kV). I vantaggi garantiti da questa tecnologia sono innumerevoli, tra gli altri la facilità di integrazione dei sistemi di accumulo e la riduzione del peso/ingombro del sistema elettrico. Accanto a questi vantaggi, è possibile evidenziare la necessità di un opportuno sistema di controllo della tensione di bordo in presenza di convertitori di carico controllati a banda larga.

Naval Smart Grid

Titolo: Naval Smart Grid (NaSG) - Sistema elettrico integrato con caratteristiche di controllo e affidabilità per unità militari a propulsione elettrica - progetto di ricerca PNRM (Progetto Nazionale Ricerca Militare)
Durata: Marzo 2013 - Dicembre 2015 (in corso)
Committente: NAVARM (Direzione Generale degli Armamenti Navali) - Marina Militare Italiana
Capofila: Università degli Studi di Trieste – Lab. EPGC.
Altri partner: Sapienza - Università di Roma
Politecnico di Milano.

Interazione uomo-macchina tramite interfacce aptiche

Le interfacce aptiche sono dispositivi meccanici in grado di fornire sensazioni di forza all'operatore umano.
Il termine interfaccia definisce un sistema di relazioni, intese genericamente come scambio di informazioni tra almeno due entità. Nello specifico tecnologico le interfacce rappresentano il luogo degli scambi di informazione tra essere umano e macchina, potremmo dire tra reale e virtuale.

Simulazioni real time e hardware-in-the-loop

Nel Laboratorio di Azionamenti Elettrici è disponibile un sistema della dSpace dotato di 4 processori (DS1006) per l’esecuzione di simulazioni in real time single-processor e multi-processor. Il sistema è dotato anche di due schede IO (DS5202 e DS5203) per la simulazione HIL (Hardware-In-the-Loop) di azionamenti elettrici.

Metodi di controllo avanzato per la stabilità robusta in sistemi MVDC

Titolo: Metodi di controllo avanzato per la stabilità robusta in sistemi MVDC - progetto di ricerca dell’ONR (Office of Naval Research - Global Office, London UK)
Durata: Ottobre 2011 - Luglio 2013
Committente: ONR (US Navy Office of Naval Research) - Global Office, London UK
Capofila: RWTH Aachen University - Institute for Automation of Complex Power Systems
Altri partner: Università degli Studi di Trieste – Lab. EPGC

MVDC Large Ship

Titolo: MVDC Large Ship – Sistema elettrico integrato con distribuzione in media tensione a corrente continua per grandi navi a propulsione elettrica- progetto di ricerca POR-FESR
Durata: Ottobre 2010 - Gennaio 2014
Committente: Regione Autonoma Friuli Venezia Giulia
Leader: Fincantieri SpA
Altri partner: Università degli Studi di Trieste (leader scientifico) – Lab. EPGC
Politecnico di Milano
Università degli Studi di Udine
Blu Electra SRL
Area Science Park
Consorzio RINAVE

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