Progetto e gestione di sistemi energetici complessi: alcune linee di ricerca

La disponibilit\ue0 di risorse e la capacit\ue0 di utilizzarle costituiscono presupposti essenziali per lo svolgimento delle attivit\ue0 umane. Nelle precedenti epoche storiche l\u2019impiego di adeguate risorse materiali ed energetiche era limitato pi\uf9 da incapacit\ue0 tecnologica che da un\u2019effettiva scarsit\ue0 delle medesime. Oggi, invece, i termini del problema si sono rovesciati: le risorse principali, sfruttate con grande intensit\ue0 nella societ\ue0 industriale, sono in rapido esaurimento, mentre lo sviluppo esponenziale della popolazione mondiale ne richiede in quantit\ue0 crescenti; ed un\u2019ulteriore complicazione \ue8 dovuta all\u2019impatto ambientale delle attivit\ue0 umane in un pianeta di dimensioni finite. Perci\uf2 l\u2019interesse dei ricercatori e dei tecnici \ue8 sempre pi\uf9 rivolto allo studio di metodi per limitare i consumi di energia primaria a parit\ue0 di risultati. A partire dalla rivoluzione industriale, quando le macchine furono introdotte e poi gradualmente diffuse nei sistemi produttivi e nella vita quotidiana, molto lavoro \ue8 stato fatto per aumentare i rendimenti della conversione e dell\u2019utilizzazione di energia. In particolare, i rendimenti con i quali l\u2019energia termica \ue8 trasformata in lavoro meccanico sono aumentati in modo straordinario. Questa evoluzione, naturalmente, non potr\ue0 continuare con lo stesso ritmo nel futuro, perch\ue9, man mano che ci si avvicina al valore massimo teoricamente raggiungibile, ogni ulteriore incremento di efficienza dei processi \ue8 pagato a prezzo sempre maggiore in termini di contenuto energetico degli impianti che li realizzano e delle tecnologie che li sostengono. Perci\uf2 l\u2019orizzonte degli interessi scientifici si \ue8 progressivamente ampliato: dalla macchina, vista come componente, all\u2019impianto, comprendente pi\uf9 macchine, e quindi al sistema di impianti. Mentre, infatti, vi sono ormai piccoli margini per migliorare ulteriormente il rendimento di una singola apparecchiatura, vi sono ancora larghe possibilit\ue0 di intervento per incrementare l\u2019efficienza di processi e sistemi complessi. Oggi, inoltre, non basta eseguire un buon progetto, capace di assicurare che il rendimento di una macchina o di un impianto nelle condizioni nominali di funzionamento sia adeguato: l\u2019intera vita del sistema dev\u2019essere considerata nella fase di progetto, tenendo conto dei seguenti aspetti: - comportamento del sistema e dei suoi componenti sia nel loro funzionamento nominale, sia nelle condizioni cosiddette di \u201coff-design\u201d, nelle quali essi dovranno spesso operare per adeguarsi alle richieste delle utenze, a mutate condizioni ambientali o a degrado di componenti; - disponibilit\ue0 di fonti energetiche che possano sostenere il processo; - vincoli dovuti alle normative di carattere ambientale, sempre pi\uf9 severe; - aspetti economici. In definitiva, l\u2019interazione tra gli aspetti energetici, ambientali ed economici deve costituire una guida non soltanto per i progettisti, ma anche per i responsabili delle scelte strategiche e dei criteri di esercizio degli impianti. Presso il Dipartimento di Ingegneria meccanica dell\u2019Universit\ue0 di Padova il gruppo che lavora nel settore dell\u2019ingegneria energetica si occupa da anni di questi problemi. Attualmente le attivit\ue0 sono dedicate allo studio di metodi e tecniche aventi l\u2019obiettivo di ottimizzare il progetto e la gestione degli impianti, tenendo conto dei numerosi vincoli cui essi devono sottostare; particolare attenzione \ue8 dedicata alla diagnostica, attivit\ue0 strettamente collegata con quella di esercizio. Un\u2019applicazione pi\uf9 estensiva di questi metodi pu\uf2 riguardare sistemi di maggiore complessit\ue0, ad esempio sistemi energetici regionali: in tal caso essa interesserebbe anche i politici, per i quali pu\uf2 costituire uno strumento capace di orientare verso scelte di carattere strategico