ITALIANO

Il Corso di Impianti Idroelettrici-Impianti Speciali Idraulici mira ad approfondire le conoscenze dell’idraulica e delle costruzioni idrauliche nella prospettiva delle nuove sfide dell’energia idroelettrica e della tutela e gestione delle acque per uso civile ed irriguo.
Contestualizzato nel percorso di Laurea Magistrale Interclasse in Ingegneria per l'Energia e l'Ambiente, alle robuste conoscenze inerenti i fenomeni idraulici e gli aspetti tecnologici delle opere, macchine e impianti speciali idraulici per la gestione delle risorse idriche ai fini di approvvigionamento e drenaggio idrico e di produzione di energia idroelettrica, si affiancheranno tematiche intese a sviluppare competenze di carattere gestionale, le cosiddette «soft skills», sull’intera filiera blu.

Citrini D., Noseda, G. IDRAULICA, CEA, 1987

Evangelisti, Impianti Idroelettrici (1° e 2° volume), ed. Patron, Bologna

M. Tanzini: Impianti Idroelettrici – Progettazione e Costruzione, Dario Flaccovio Editore. ISBN 978-88-579-0192-3.

F. Andreolli: Impianti micro idroelettrici, Dario Flaccovio Editore. ISBN 978-88-579-0135-0.

Corrado, Gisonni, and Willi H. Hager. Idraulica dei sistemi fognari: Dalla teoria alla pratica. Springer Science & Business Media, 2013.

Diapositive utilizzate durante le lezioni frontali.*

Normativa di riferimento.*

Traccie di tutte le esercitazioni svolte*

* Il materiale didattico, quali testi in fascicoli, copie delle slide presentate nelle lezioni, saranno distribuiti nel corso delle lezioni. La bibliografia di riferimento per i necessari successivi approfondimenti sarà illustrata e distribuita durante il corso.

Gli obiettivi formativi sono declinabili attraverso i c.d. “descrittori di Dublino”:

1) Conoscenza e capacità di comprensione: Il corso si prefigge di far acquisire allo studente una solida preparazione in materia di fenomeni idraulici connessi ad un impianto idroelettrico al fine di saper inquadrare e coordinare i progetti di trasformazione tecnologica e di processo volti all’ottimizzazione della risorsa idrica nell’ambito della strategia di mix energetico. Saranno illustrate e affrontate mediante esercitazioni assistite le fondamentali attività progettuali inerenti le opere e gli equipaggiamenti (turbine, generatori, valvole ect) per la gestione delle risorse idriche ai fini di approvvigionamento e di produzione di energia idroelettrica. Particolare attenzione sarà volta a supportare l’attività di gestione delle informazioni complesse e grandi moli di dati numerici dal monitoraggio d’impianto e assicurare lo sviluppo e l’integrazione dei sistemi informatici di Water Management all’interno di mappe applicative aziendali (ERP, GIS, TLC). Infine, la valutazione dei costi (utilizzando software di contabilità basati su dati ufficiali dei listini prezzi regionali) di quanto progettato dallo studente consentirà di far comprendere appieno i delicati equilibri tra compatibilità/sicurezza idraulica e payback (periodo di ritorno economico dell’investimento) funzione del costo di infrastrutture/strutture/equipaggiamenti elettro-meccanici e degli introiti da vendita dell’energia.

2) Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente sarà in grado di “leggere” il territorio in termini di capacità/opportunità di ospitare un impianto idroelettrico (c.d. scouting). Sarà in grado di effettuare un progetto preliminare di un impianto idroelettrico e di alcuni impianti idraulici speciali, negli aspetti di analisi, progettazione e gestione nonché tecniche di ottimizzazione per la valutazione delle alternative pianificatorie. Sarà in grado di comprendere le criticità di un impianto idroelettrico/speciale idraulico esistente e di proporre soluzioni di “revamping”.

3) Autonomia di giudizio: Lo studente deve essere in grado di formulare un giudizio critico sulla fattibilità tecnico-ambientale di un impianto idroelettrico e di alcune tipologie di impianti speciali idraulici. Deve altresì essere in grado di valutare il rischio associato ad un impianto esistente, anche eventualmente proponendo e progettando il “dam removal”. Lo studente deve essere in grado di individuare nel piano di progetto le attività a rischio e proporre soluzioni tecniche ed organizzative per il loro monitoraggio e la loro gestione.

4) Abilità comunicative: Lo studente deve essere in grado di illustrare fondamenti teorici e applicativi relativi agli impianti idroelettrici e degli impianti speciali idraulici, utilizzando un linguaggio tecnico proprio della materia, anche per saper collaborare con i team di revisione dei processi e dei sistemi attivi nell’ottica della manutenzione predittiva.

5) Capacità di apprendimento: A conclusione del corso lo studente deve disporre di tutti gli strumenti utili per proseguire in modo autonomo, adottando un approccio critico, lo studio delle evoluzioni della materia, mediante la conoscenza delle principali associazioni internazionali e nazionali in tema di grandi dighe e di idroelettrico, nonché delle principali fonti di dataset metereologici (e.g. Copernicus).

Per seguire l'insegnamento con profitto l’allievo ingegnere magistrale, deve possedere sufficienti conoscenze di idraulica/fluidodinamica e conoscenza dei principali fenomeni idrologici.

Il corso di Impianti Idroelettrici è di 6 CFU. Il corso di Impianti Speciali Idraulici è di 3 CFU. Convenzionalmente, 1 CFU corrisponde a circa 25 ore di impegno, che includono lezioni, studio individuale e altre attività formative. Per venire incontro alle esigenze degli studenti, riducendo il carico didattico di studio individuale specificamente per le attività di esercitazione/progettuali, ad alcuni CFU del corso sono associate 12 ore di esercitazione assistita (al calcolatore).
Per Impianti Idroelettrici si prevedono 2 CFU di teoria (corrispondenti a 16 ore di didattica frontale) e 4 CFU di esercitazione assistita (corrispondenti a 48 ore di laboratori ed esercitazioni assistite).
Per Impianti Speciali Idraulici si prevede 1 CFU di teoria (corrispondenti a 8 ore di didattica frontale) e 2 CFU di esercitazione assistita (corrispondenti a 16 ore di laboratori ed esercitazioni assistite).

Dunque, le lezioni teoriche (didattica frontale) saranno accompagnate da esercitazioni numeriche (che includono l’utilizzo di fogli di calcolo/macrolinguaggi di programmazione e di software specialistici), da attività di laboratorio e da visite ad impianti significativi.
Si prevede la realizzazione di un Project Work, con tema a scelta libera dell’allievo sulla base di alcune tematiche proposte, quali:
- progetto di gestione economico-ambientale dei sedimenti a tergo di un grande invaso
- progetto di un impianto mini-idroelettrico fluviale
- progetto di un impianto mini-idroelettrico da energia del moto ondoso marino
- progetto di restauro ecologico/decommissionamento di una centrale idroelettrica
- ottimizzazione del deflusso idraulico per i fini di mix energetico.

Colloquio orale sui contenuti del corso, con presentazione e discussione degli elaborati di progetto assegnati durante le lezioni.
Per il superamento dell'esame, il candidato dovrà dimostrare la conoscenza: 1) dei metodi per il dimensionamento tecnico-economico di un impianto idroelettrico; 2) del dimensionamento delle opere speciali idrauliche di presa e di adduzione; 3) delle varie tipologie di turbine e opzioni di gestione d'impianto.

Durante il corso si provvederà a fornire specifici pacchetti software (e.g. HEC-RAS, RESCON2, OBRECSim, CROPWAT o similari), che verranno illustrati e sul quale gli allievi saranno chiamati ad operare attività esercitative. Inoltre sarà mostrato come scaricare dati meteorologici dal Centro Europeo di Previsione a Medio Termine (ECMWF). I dati saranno pre- elaborati mediante il software Panoply (NASA GISS). Questo insegnamento prevede – per le attività diverse da quelle pratiche e di laboratorio – una limitata attività didattica erogata con modalità telematiche, in misura non superiore a un terzo del totale. L'attività in modalità telematica sarà concordata con gli studenti frequentanti e svolta nel rispetto dell’orario stabilito dal Dipartimento, senza interferire con le altre attività didattiche.

Il programma si articola su 64 (per Impianti Idroelettrici) più 32 (per Impianti Speciali Idraulici) ore di attività didattiche (didattica frontale, esercitazioni assistite e project work) riguardanti (anche in più moduli):
- Caratterizzazioni Idrologiche di Utilizzazioni Industriali;
- Opere di Sbarramento;
- Impianti ad acqua fluente;
- Opere di adduzione/derivazione;
- Continuum Fluviale;
- Conche di Navigazione;
- Turbine Idrauliche;
- Mini-idroelettrico;
- Moto vario Impianti Idroelettrici;
- Regime transitorio Galleria-Pozzo piezometrico;
- Project & Risk management degli Impianti Idroelettrici;
- Derivazione con regolazione dei deflussi;
- Idraulica degli invasi;
- Valutazioni tecnico-economiche di sostituzione macchinari;
- Invecchiamento dighe in cls.a.
- Operation & Maintenance – Manutenzione predittiva;
- Trasporto solido ed Interrimento degli invasi;
- Impianti di pompaggio;
- Impianti di desalinizzazione ed irrigazione;
- Impianti speciali contro il cambiamento climatico:
- Energia marina (maree e onde).

Italian

The course of hydroelectric plants-Special hydraulic systems aims to deepen the knowledge of hydraulics and hydraulic constructions in view of the new challenges of hydroelectric power and the protection and management of water for civil and irrigation use.
In addition to the robust knowledge inherent in the hydraulic phenomena and technological aspects of the civil works, special hydraulic equipment and systems for water resource management and hydroelectric power generation, the course provides themes to develop managerial skills, the so-called «soft skills», on the whole blue chain.

Citrini D., Noseda, G. IDRAULICA, CEA, 1987

Evangelisti, Impianti Idroelettrici (1° e 2° volume), ed. Patron, Bologna

M. Tanzini: Impianti Idroelettrici – Progettazione e Costruzione, Dario Flaccovio Editore. ISBN 978-88-579-0192-3.

F. Andreolli: Impianti micro idroelettrici, Dario Flaccovio Editore. ISBN 978-88-579-0135-0.

Corrado, Gisonni, and Willi H. Hager. Idraulica dei sistemi fognari: Dalla teoria alla pratica. Springer Science & Business Media, 2013.


Slides used during face lessons. *

Reference regulations. *

Classroom excercises.*

* The teaching materials, such as texts in booklets, copies of the slides presented in the lectures, will be distributed throughout the lessons. The reference bibliography for the necessary further studies will be illustrated and distributed during the course.

The learning objectives are defined using the so-called "Dublin descriptors":

1) Knowledge and understanding: The course aims to provide students with a solid foundation in the hydraulic phenomena associated with a hydroelectric plant, enabling them to understand and coordinate technological and process transformation projects aimed at optimizing water resources within the energy mix strategy. The fundamental design activities related to the structures and equipment (turbines, generators, valves, etc.) for managing water resources for hydroelectric power generation and supply will be illustrated and addressed through supervised exercises. Particular attention will be paid to supporting the management of complex information and large amounts of numerical data from plant monitoring and ensuring the development and integration of water management information systems within corporate application maps (ERP, GIS, TLC). Finally, cost assessment (using accounting software based on official regional price list data) of the student's design will allow for a full understanding of the delicate balance between hydraulic compatibility/safety and payback (the period of economic return on investment) as a function of the cost of infrastructure/structures/electromechanical equipment and revenues from energy sales.

2) Ability to apply knowledge and understanding: The student will be able to "read" the territory in terms of its capacity/suitability for hosting a hydroelectric plant (so-called scouting). They will be able to carry out a preliminary design for a hydroelectric plant and some special hydraulic plants, including analysis, design, and management aspects, as well as optimization techniques for evaluating planning alternatives. They will be able to understand the critical issues of an existing hydroelectric/special hydraulic plant and propose revamping solutions.

3) Independent judgment: Students must be able to formulate a critical judgment on the technical and environmental feasibility of a hydroelectric plant and certain types of special hydraulic systems. They must also be able to assess the risk associated with an existing plant, possibly proposing and designing dam removal. Students must be able to identify risky activities in the project plan and propose technical and organizational solutions for their monitoring and management.

4) Communication skills: Students must be able to illustrate the theoretical and applied fundamentals of hydroelectric plants and special hydraulic systems, using the technical language appropriate to the subject matter, including collaborating with process and system review teams for predictive maintenance.

5) Learning skills: At the end of the course, the student must have all the necessary tools to independently continue studying the evolution of the subject, adopting a critical approach, through knowledge of the main international and national associations on large dams and hydroelectricity, as well as the main sources of meteorological datasets (e.g. Copernicus).

Students must have a sufficient knowledge of hydraulics/fluid dynamics and knowledge of the main hydrological phenomena.

The Hydroelectric Systems course is worth 6 credits. The Special Hydraulic Systems course is worth 3 credits. Conventionally, 1 credit corresponds to approximately 25 hours of study, including lectures, individual study, and other training activities. To meet student needs and reduce the individual study load, specifically for practical/project activities, some course credits are associated with 12 hours of supervised practical work (on the computer).
For Hydroelectric Systems, 2 credits are required for theory (corresponding to 16 hours of lectures) and 4 credits for supervised practical work (corresponding to 48 hours of labs and supervised practical work).
For Special Hydraulic Systems, 1 credit is required for theory (corresponding to 8 hours of lectures) and 2 credits for supervised practical work (corresponding to 16 hours of labs and supervised practical work).

Therefore, theoretical lessons (face-to-face teaching) will be complemented by numerical exercises (including the use of spreadsheets/programming macros and specialized software), laboratory activities, and visits to significant facilities.
A project work will be completed, with a topic freely chosen by the student based on several proposed topics, such as:
- economic and environmental management project for sediments behind a large reservoir
- design of a mini-hydroelectric fluvial plant
- design of a mini-hydroelectric plant using marine wave energy
- ecological restoration/decommissioning project for a hydroelectric power plant
- optimization of hydraulic flow for energy mix purposes.

Speaking interview with presentation and discussion of the project papers assigned during the lessons.
To pass the exam, the candidate must demonstrate knowledge of: 1) the methods for the technical-economic sizing of a hydroelectric plant; 2) the sizing of the special hydraulic intake and supply works; 3) the various types of turbines and plant management options.

During the course it will be provided specific software packages (e.g. HEC-RAS, RESCON2, OBRECSim, CROPWAT or similar). The students will be called to operate activities on them. It will also be shown how to download weather data from the European Centre for Medium-Term Forecasting (ECMWF). The data will be pre- processed using the Panoply software (NASA GISS). This course includes—for activities other than practical and laboratory work—limited online teaching, accounting for no more than one-third of the total. Online teaching will be coordinated with attending students and conducted according to the timetable established by the Department, without interfering with other teaching activities.

The program is divided into 64 hours (for Hydroelectric Plants) plus 32 hours (for Special Hydraulic Plants) of teaching activities (frontal teaching, assisted exercises and project work) concerning (even in more modules):
- hydrological characterization of industrial applications;
- Barrage works;
- running water systems;
- adduction/derivation works;
- the River Continuum;
- Locks of Navigation;
- Hydraulic turbines;
- Mini-hydroelectric power;
- Various hydroelectric plants;
- Tunnel-Piezometric Well transitional regime;
- Project & Risk management of Hydroelectric Plants;
- derivation with regulation of outflows;
- hydraulics of reservoirs,
- technical and economic assessments of machinery replacement;
- Ageing of dams in cls.a.
- Operation & Maintenance - Predictive maintenance;
- Solid transport and earthing;
- pumping plants;
- desalination and irrigation installations;
- Special installations to combat climate change:
- Marine energy (tides and waves).