Download - Lefficienza energetica applicata ai motori elettrici Unione Industriali di Como 19 marzo 2008
L’efficienza energetica applicata ai motori elettrici
Unione Industriali di Como19 marzo 2008
La situazione energetica nazionale
Il sistema PaeseIl sistema Paese
Significativa e critica dipendenza energetica dall’estero86% energie primarie (petrolio, gas, carbone)
17% energia elettrica, soprattutto da Francia e Svizzera
Concordata con gli altri membri UE la riduzione del 20% delle
emissioni di CO2 entro il 2020
Il prezzo dell’energia elettrica in alcuni Paesi
La situazione energetica nazionale
Il sistema PaeseIl sistema Paese
Significativa e critica dipendenza energetica dall’estero86% energie primarie (petrolio, gas, carbone)
17% energia elettrica, soprattutto da Francia e Svizzera
Concordata con gli altri membri UE la riduzione del 20% delle
emissioni di CO2 entro il 2020
quindiquindi
Intensa politica per le energie rinnovabili e il risparmio energetico,
con meccanismi di incentivi per ciascun ambito (certificati bianchi,
verdi, legge finanziaria 2007 e rinnovo fino al 2010)
Campagne di istituzionali di comunicazione in corso e/o previste
per il 2008
I consumi elettrici dei motori nell’industria italiana
Totale energia elettrica utilizzata in Italia
Energia elettrica nell’industria
italiana
Energia elettrica utilizzata
per i motori nell’industria
Energia elettrica sciupata con
tecnologie obsolete e altamente dissipative
Motori ad alto rendimento
Motori ad alto rendimento e motori EFF1Motori
Motori ad alto rendimento
Rendimenti superiori a quelli comunemente diffusi
Non c’è limite di taglie, tipologie o configurazioni
Motori EFF1
La parte di motori ad alto rendimento che rispondono ai requisiti del CEMEP
Esistono motori ad alto rendimento che non hanno la targhetta EFF1
Esiston motori che, pur presentando la targa EFF1, in realtà non lo sono
Campo di applicazione dell’accordo CEMEPMotori
Accordo CEMEP
È un accordo volontario, come tale richiede impegno e correttezza da parte dei costruttori
Riguarda solo motori a 400 V, 50 Hz, 2 o 4 poli, da 1,1 a 90 kW
Definisce livelli di efficienza, il maggiore è EFF1
Solo i produttori aderenti al CEMEP hanno diritto ad utilizzare il marchio EFF1 e solo per motori entro le categorie specificate
Esistono motori di altre taglie, tensioni e numero di poli con efficienze superiori allo standard di mercato.Questi non possono essere marcati EFF1 ma possono essere indicati come “ad alto rendimento”
L’efficienza dei motori
Linee guida Cemep
accordo volontario tra i costruttori
Motori
Meno energia dispersa sotto forma di caloreMotori
Un motore con basso rendimento scalda di più perché parte della
sua energia è dispersa sotto forma di calore anziché essere
utilizzata per il movimento meccanico
Oltre ad un migliore design, la differenza principale di
un motore ad alto rendimento risiede nell’utilizzo di
più materiale e nella sua migliore qualità
Perdite nel ferro (18%)- Migliore qualità acciaio-lamine più sottili, pacchi più lunghi, minore traferro
Perdite nel rotore (24%)-maggiore sezione barre di conduzione e degli anelli di cortocircuito
Perdite nel rame dello statore (34%)- Ottimizzazione forma delle cave statoriche- aumentando il volume del rame nello statore
Perdite addizionali a pieno carico (14%)-Ottimizzazione geometria delle cave
Perdite per ventilazione e frizione (10%)-Ventole più piccole-Migliori cuscinetti-Rotore bilanciato dinamic.
Differenze in un motore EFF 1Motori
I costi - non un valido pretesto
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Life Cycle Cost
Costo gestione(energia)
Costo motore emanutenzione
Il costo di acquisto del motore è solo il 1,3% del costo totale della sua vita!
Costi di manutenzione 0,3%
Costi energetici 98,4%Costi energetici 98,4%
Motori
Dati ENEA 2007
Motore da 11 kW, 4 poli – 4.000 h/anno Vecchio motore funzionante: rendimento 83,0% Nuovo Motore EFF1: rendimento 90,1%
Investimento inizialeInvestimento iniziale
Risparmio con nuovo motore EFF1
Vecchio motore: 4.000 h x 0,12 € / kWh x 11 kW ÷ 0,83 = 6.361 € Nuovo motore EFF1: 4.000 h x 0,12 € / kWh x 11 kW ÷ 0,901 = 5.860 € Risparmio energetico annuo: 500 €
Consumo energeticoConsumo energetico
Investimento per la sostituzione di un motore
ancora funzionante
650 €
Investimento iniziale: 650 € Risparmio energetico annuo: 500€ Ritorno dell’investimento: 14 mesi !!!
Bilancio investimentoBilancio investimento
Motori
Risparmio energetico dopo 10 anni
€ 5.000per aver installato un solo motore !
Risparmio energetico dopo 10 anni
€ 5.000per aver installato un solo motore !
Motore da 11 kW, 4 poli – 4.000 h/anno Nuovo motore EFF2: rendimento 88,4% Nuovo Motore EFF1: rendimento 90,1%
Investimento inizialeInvestimento iniziale
Risparmio con motore EFF1 vs EFF2
Nuovo motore EFF2: 4.000 h x 0,12 € / kWh x 11 kW ÷ 0,884 = 5.972 € Nuovo motore EFF1: 4.000 h x 0,12 € / kWh x 11 kW ÷ 0,901 = 5.860 € Risparmio energetico annuo: 112 €
Consumo energeticoConsumo energetico
Delta costo (EFF1 vs EFF2) per la sostituzione di un motore
guasto
100 €
Investimento aggiuntivo: 100 € Risparmio energetico annuo: 112 € Ritorno dell’investimento: 11 mesi !!!
Bilancio investimentoBilancio investimento
Motori
Inverter
Cos’è un inverter
L’inverter varia frequenza e tensione di alimentazione di un motore elettrico, adeguandone la velocità alle effettive
esigenze del dispositivo a cui è collegato
Uline UDC Uout
Inverter
In questo caso cosa fare
301. Tengo il piede fermo sull’acceleratore e regolo la velocità azionando energicamente il freno !?
2. Scalo la marcia e riduco la velocità!
Inverter
L’ inverter adatta in tempo reale le performance del motore alle necessità dell’applicazione
erogando solo la reale potenza richiesta
Il risparmio ottenibile dipende dal tipo di applicazione in esame…
…e dalla tipologia di controllo con cui ci si confronta
Efficienza energetica con inverter
Performance con Ventilatori Performance con compressori
Inverter
Nelle applicazioni con pompe e ventilatori, l’inverter consente la migliore efficienza energetica per i sistemi a portata variabile
Il risparmio effettivo può variare dal 20% al 50% e oltre, il 35% in media rispetto a sistemi on -off, valvole o serrande, by pass
Alcuni impianti funzionano a pieno regime (senza regolazione) anche quando è sovradimensionato
Nei compressori o altre applicazioni (es. nastri trasportatori, mixer, estrusori) l’inverter consente risparmi effettivi dal 10% al 30% e oltre, per i compressori il 15% in media
In Italia**
Le pompe e i ventilatori sotto i 90 kW sono oltre 2 milioni di cui oggi solo l’8% regolati da inverter
Gli inverter sono tecnicamente ed economicamente applicabili ad almeno un ulteriore 52%
Risparmio in pompe e ventilatoriInverter
** Studi Save “ VSDs for Electric Motor system” e “ Improving the penetration of EEM and Drives”
Esempio di inverter per un ventilatore
Costo iniziale: 1.050 € Risparmio energetico annuo: 1.110 € Ritorno dell’investimento: < 12 mesi !!!
Bilancio costiBilancio costi
Consumo annuoConsumo annuo Velocità fissa: 31.081 kWh / anno pari a 3.730 € Con portata variabile (inverter): 21.837 kWh / anno pari a 2.620 € Risparmio energetico 9.244 kWh / anno pari a 1.110 €
(0,12 €/kWh)
Situazione inizialeSituazione iniziale Ventilatore da 11 kW, 3.000 h / anno Parzializzazione della portata con serranda in uscita
Inverter
Risparmio energetico dopo 5 anni
€ 5.545per aver installato un solo inverter !
Risparmio energetico dopo 5 anni
€ 5.545per aver installato un solo inverter !
Esempi di casi reali
Azienda di produzione granulati
Motori EFF1
Sostituzione vecchi motori ancora funzionanti
16 motori di varie potenze (tra 1,5 a 75 kW), funzionanti dalle 2000 alle 2800 ore all’anno - costo energia: 0,13 €/kWh
Sostituzione con nuovi motori ad alto rendimento (EFF1)
RiepilogoConsumo vecchia soluzione 725 [MWh/anno]
Consumo con motore EFF1 670 [MWh/anno]
Risparmio energetico 55 [MWh/anno]
Costi energetici vecchia soluzione 94.250 [€/anno]
Costi energetici con motori EFF1 87.100 [€/anno]
Risparmio annuo 7.150 [€/anno]
Costo investimento motori EFF1 14.000 [€]
NPV a 5 anni 16.200 [€]
Tempo di payback 1,9 [anni]
Con gli incentivi della finanziaria: payback 1,5 anni !
Riduzione emissioni CO2: 27,5 ton/anno
Esempi di casi reali
Azienda di falegmameria per
arredamentoMotori EFF1 e Inverter
La configurazione iniziale
Un ventilatore da 30 kW aspira i trucioli da 4 diverse postazioni di
lavoro
Il ventilatore funziona a velocità fissa, al 100% della potenza
nominale, anche con una necessità parziale di portata dell’aria
Quando una o più postazioni sono inattive, le bocchette
corrispondenti vengono chiuse e il flusso d’aria delle postazioni
rimaste attive viene parzializzato
Il flusso delle diverse
postazioni è regolato dalle
serrande sulle bocche
d’aspirazione
La soluzione
Utilizzo di inverter per regolare la velocità del ventilatore e ridurre la
portata
Quando una o più postazioni sono inattive, la bocchetta
corrispondente viene chiusa e il ventilatore è rallentato per la minore
richiesta di aria
Sostituzione anche del motore con uno nuovo ad alto
rendimento (EFF1)
In caso di richiesta parziale della
portata, il ventilatore rallenta e si
chiudono solo le bocchette delle
postazioni inattive
Bilancio energetico ed economico
Funzionamento annuo: 3.000 ore
Costo energia: 0,18 €/kWh
RiepilogoConsumo vecchia soluzione 200 [MWh/anno]
Consumo con inverter e motore EFF1 145 [MWh/anno]
Risparmio energetico 55 [MWh/anno]
Costi energetici vecchia soluzione 36.600 [€/anno]
Costi energetici con inverter e motore EFF1 26.100 [€/anno]
Risparmio annuo 10.500 [€/anno]
Costo investimento (inverter + installazione) 6.000 [€]
NPV a 5 anni 39.000 [€]
Tempo di payback < 0,6 [anni]
Con gli incentivi della finanziaria: payback < 6 mesi !
Riduzione emissioni CO2: 27,5 ton/anno
Esempi di casi reali
ABB Sace di Marostica
Produzione componenti in plastica
Inverter
L’esigenza
La competizione accentuata comporta l’assoluta necessità di attuare delle politiche di riduzione dei costi di produzione
L’energia elettrica costituisce una delle componenti di costo più importanti per le aziende di trasformazione delle materie plastiche
Consumi elettrici della fabbrica di Marostica:
6.700.000 kWh nel 2005
per una bolletta di 786.000 €
Decisione maggio 2006:
Ridurre i consumi elettrici dell’impianto di almeno un 10%
La configurazione iniziale
Le presse ad iniezione sono azionate attraverso un circuito
idraulico.
Il circuito idraulico è realizzato attraverso una pompa funzionante
al massimo della potenza per tutta la durata del processo.
I flussi idraulici vengono modificati attraverso
l’apertura/strozzatura di valvole.
Le presse erano controllate
attraverso le valvole
La soluzione
Sistema con inverter per regolare
le pompe delle presse ad
iniezione
Programmando opportunamente l’inverter in base alle effettive necessità del ciclo di lavoro, si regola la velocità di rotazione delle pompe che azionano la presse.
Il sistema è composto da
convertitore di frequenza a controllo vettoriale
Tastiera e display per monitoraggio funzionamento installata sul frontale dell’armadio
armadio con grado di protezione IP54 con ventilazione forzata
Le valvole restano sempre
aperte e non si usano per
controllare le presse
Fase Test
Pressa BMB MC 270
Misure effettuate con analizzatore digitale di energia microvip3.
Stato macchina: produzione
Fase Test
Pressa BMB MC 270 Misure effettuate con analizzatore digitale di energia microvip3.
Stato macchina: produzione
Articolo Descrizione Utilizzo macchina
(s)
Consumo energia (kWh)
Consumo energia con INVERTER
(kWh)
Saving
1CS1380 Coperchio 1 39 24,23 16,5 -31,9%
1CS1131Q Mostrina 35 22,5 12,29 -45,4%
1CS10011F Scatola 46 21,19 11,78 -44,4%
1CS1502B Coperchio 2 39 22,17 14,82 -33,2%
1CS7601GA Cassetta 47 20,24 9,78 -51,7%
Risparmio energetico e altri vantaggi
Risparmio energetico la pompa non funziona più costantemente al massimo regime ma la sua velocità
varia in funzione della effettiva richiesta di ogni singola fase di lavoro della pressa;
Risparmio nel raffreddamento olio presse riduzione dell’energia sprecata in surriscaldamento del fluido idraulico riduzione
della potenza di raffreddamento necessaria;
Riduzione della rumorosità in conseguenza del funzionamento delle pompe a regimi ridotti o addirittura ferme
nelle pause del ciclo;
Riduzione dei costi di manutenzione il fluido idraulico è meno stressato e pertanto si prolungano notevolmente gli
intervalli di sostituzione;
Riduzione della potenza installata a parità di potenza contrattuale fornita si potranno installare altre presse senza
richiedere costosi aumenti della stessa
Risultato del progetto – risparmio energetico
Costo medio 2006 EE (€/kWh)= 0,115
Totale ore attive rolling 12 mesi
SENZA INVERTER
CON INVERTER Saving kWh Saving %
Saving €/anno
3.466 45 29 54.063 35% 6.217 4.656 32 20 57.637 38% 6.628 4.663 31 16 72.930 50% 8.387 3.494 27 16 38.684 41% 4.449 4.187 26 17 37.683 35% 4.334 4.033 26 17 36.297 35% 4.174 4.273 24 16 35.677 35% 4.103 4.115 21 14 31.070 35% 3.573 4.044 41 21 78.050 47% 8.976
442.090 50.840
Consumo medio kWh
prodotti + sistema + installazione
1,3 anni
Costo medio 2006 EE (€/kWh) = 0,115
DescrizioneUtilizzo - Saturaz. Saving %
Saving €/anno
Costo sistema ESC (€)
Payback (anni)
BMB HB 1600 universale 49% 35% 6.217 14.850 2,39 BMB MC 450 universale / PVC 79% 38% 6.628 6.599 1,00 BMB MC 350 universale 78% 50% 8.387 6.599 0,79 BMB MC 300 (ex 270) NYLON 60% 41% 4.449 5.241 1,18 REAL PRESS 200 B/C 71% 35% 4.334 5.997 1,38 REAL PRESS 200 B/C 70% 35% 4.174 5.997 1,44 BMB MC 150 PVC 74% 35% 4.103 3.717 0,91 BMB MC 350 BIMATERIA 67% 35% 3.573 6.599 1,85 BMB KW 650 67% 47% 8.976 9.817 1,09
50.840 65.416 1,3
Risultato del progetto – ritorno investimento
Senza incentivi, nel 2006 non erano previsti…
Aree di intervento nelle industrie
Un’azienda chiedeva supporto per efficienza nei loro impianti
“Siamo già attivi da anni per rendere efficienti i nostri impianti, abbiamo già installato inverter su tutti i ventilatori che avevano serrande e i nuovi motori sono EFF1 in specifica. Cos’altro possiamo fare?”
Alla fine ecco i compiti a casa
Analizzare vantaggi e ritorni per
1. Sostituzione tutto il parco installato motori BT (del 1970 !) con EFF1
2. Installazione inverter su pompe
3. Installazione inverter su compressori
4. Installazione inverter su ventilatori velocità fissa (riduzione velocità all’80%)
5. Installazione inverter su motori in MT
6. Sostituzione trasformatori MT – BT vecchi e di bassa efficienza
Un’esperienza da cui prendere spunto
Concludendo
Risparmio energetico = risparmio economico
Efficienza energetica = produrre di più consumando di meno
Migliore tecnologia = maggiore affidabilità dei propri impianti
Minori consumi oggi = minore incremento del costo dell’energia domani
Benefici per il sistema Paese…
Il valore della responsabilitàIl valore della responsabilità
In pratica dove iniziare a cercare il risparmio
Tutti i motori di bassa tensione (motori EFF1), specie se funzionanti molte ore all’anno
Impianti con un installato particolarmente vecchio (motori riavvolti e regolazione tradizionale)
Pompe, ventilatori, compressori
Motori di media tensione dove è possibile aggiungere un inverter
Il valore per le aziendeIl valore per le aziende