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Efficienza energetica nell'industria: il ruolo delle tecnologie di automazione Ing. Sabina Cristini Presidente Gruppo Meccatronica di ANIE Automazione.

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Presentazione sul tema: "Efficienza energetica nell'industria: il ruolo delle tecnologie di automazione Ing. Sabina Cristini Presidente Gruppo Meccatronica di ANIE Automazione."— Transcript della presentazione:

1 Efficienza energetica nell'industria: il ruolo delle tecnologie di automazione Ing. Sabina Cristini Presidente Gruppo Meccatronica di ANIE Automazione Industrial Technology Efficiency Day 10/12/2013 Fiera Milano Media

2 Che cosa si deve fare per vincere la sfida sullenergia? Consapevolezza Efficienza Trasparenza Eccellenza nellEnergy Management Consapevolezza energetica si ottiene con il coinvolgimento delle persone per fare le migliori scelte nella gestione energetica. Deve coinvolgere tutta lorganizzazione per ottenere una riduzione dei costi operativi (OPEX). Nella gestione energetica non è possibile gestire quello che non si misura. La Trasparenza Energetica crea la conoscenza per identificare nuovo valore nellattività manifatturiera. Efficienza Energetica fornisce nuovi strumenti per gestire i costi operativi energetici e pianificare le modifiche migliorative degli asset. Questo permette un miglioramento della produttività e della competitività.

3 Rendere efficiente lintera filiera dellenergia

4 Energy Efficiency Investment Energy price Standard Image I driver per investire in efficienza energetica Sia nelle nazioni industrializzate, sia nei paesi in via di sviluppo il tema dellefficienza energetica acquisisce un interesse sempre maggiore.

5 Oggi lefficienza energetica gioca un ruolo chiave nelle decisioni di acquisto Motivazione: energy label?

6 Incremento produttività energetica: minori consumi per veicolo prodotto Riduzione di energia per unità: obiettivo generale MBC. Tecnologia di impianto deve ridurre la sua quota. Motivazione: specifiche chiare nellautomotive Consumi in modalità standby Energia è consumata durante le fermate (weekend, notte, …) Esempio: Impianto power train fase produzione 45 MW / no produzione >10 MW!!! >20,000 MWh per 2,000 ore fermo > EUR 1,100,000 costi energetici (EUR 55 / MWh)

7 Motivazione: Direttiva EuP per macchine utensili Iniziativa dallindustria VDW come portavoce di CECIMO Elevazione delliniziativa Europea ad uno standard internazionale Trasferire il concetto di autoregolamentazione in un processo di standardizzazione internazionale (subcommittee ISO TC 39, Machine Tools) Energy-using Products (EuP) Sviluppo di macchine utensili e componenti, che garantiscano le stesse prestazioni, ma in modo più efficiente.

8 E necessaria una verifica individuale per macchina e tecnologia. Life cycle di una macchina Assessment del potenziale per incrementare la produttività Cost drivers & KPIs Una percentuale del TCO, non insignificante, risulta dai costi di gestione della macchina, includendo anche i costi energetici. Sfida dei costruttori: basare il design di macchine e processi non solo su criteri di efficienza e produttività, ma anche sul raggiungimenti di questi obiettivi ai minimi livelli di consumo energetico. 4% 5% 17% 15% 20% 34% Source: PTW Darmstadt

9 Motore elettrico: lifecycle cost Lifecycle cost 96,8% 98,7% 99,0% 96,8% 98,7% 99,0% 0,9% 0,1% 0,2% 2,3% 0,9% 1,1% 0% 20% 40% 60% 80% 100% 1,5 kW15 kW110 kW Potenza Costi del ciclo di vita Costo energia Costi installazione e manutenzione Prezzo acquisto Il costo energetico è fondamentale Il costo energetico arriva al 99% del costo del ciclo di vita Nella scelta del motore il primo driver deve essere lefficienza Il costo addizionale di un motore ad alta efficienza si ripaga in qualche mese Vita utile motore: 1,5 kW: 12 a 15 kW: 15 a 110 kW: 20 a

10 I motori elettrici rappresentano la maggior parte dei consumi energetici dellindustria Motori elettrici I consumi dei motori elettrici rappresentano 70% dei consumi industriali La maggior parte dei motori ha bassa efficienza, è sovradimensionata e non è regolata Source: Fraunhofer Institut System Electrical driven applications ~ 69% Altre applicazioni: mixer, conveyer, … 32% Pompe 30% Ventilatore 14% Frigoriferi 14% Aria compressa 10%

11 Analisi di dettaglio >50% del carico base di macchina: unità ausiliarie (es. refrigeranti, pompe lubrificazione, trasporti, pneumatica, ecc.) Process Mean active Power Consumption (10 Min. time frame) No Machining (Standby) Machining without Cooling and Lubricants Machining with Cooling and Lubricants Cabinet Bus Drive SupplyDC 24VCabinet general DRIVES Drive Supply – with AC Connection 400V Cabinet Bus – Power Input DC 24 V Bus Bar General Cabinet Supply Drive Systems Active Power Consumption at Cabinet Input

12 Efficienza energetica per incrementare la produttività Miglioramento continuo Continuous Improvement Process Continuous Improvement Process Continuous Improvement Process Continuous Improvement Process 1 Automation components 1 Development 2 3 Operations 4 Service LifeCycleof Machine

13 Ottimizzare la gamma prodotti Per assi di lavorazione e unità ausiliarie Motori ad alta efficienza Inverter per controllo e regolazione della velocità Ottimizzazione sistema servoazionamenti Tool di configurazione a supporto della progettazione

14 ControlloMotoreMeccanicaSistema Risparmi fino al 70%Risparmi fino al 10%Risparmi fino al 40% Ottimizzando simultaneamente il singolo drive ed il sistema allinterno del quale il drive è inserito è possibile risparmiare fino al 30% Come migliorare Valvola Controllo Con VSD IE1 Motor IE3 Motor A vite Epicicloidale Frequency converter

15 Recupero e scambio energia Power drain Energy recovery Evitare perdite per dissipazione su resistenze X ALM Motor modules Riduzione dei picchi di domanda Energy compensation CM ALM Ridurre perturbazioni di sistema e perdite

16 Dissipazione ottimizzata % 100% % through water % through water or convection Evitare perdite di dissipazione nellambiente. Internal air cooling External air cooling Cold Plate Direct water cooling

17 Tools di progettazione Caratteristiche Opzioni trasversali su tutta la gamma: - dati e curve motori - selezione dei motori in base al sistema meccanico. - selezione di drive e controllo orientato allapplicazione. Calcolo della dissipazione e consumo energetico in base a profili specifici. Effetti: Prevenzione del sovradimensionamento. Valutazione del consumo energetico per diversi profili.

18 Opzioni: Comparazione tra sistemi di azionamento diversi Layout ottimizzato in termini energetici Simulazione dinamica per ottimizzare cicli Effetti: Sistema ottimizzato e minor consumo Sviluppo con approccio meccatronico A-Axles Stands Y-Carriage Main spindle Z2-Axle Bed B-Axle-Enclosure B-Rotor Z1-Axle X1-Carriage X2-Carriage

19 PROFIBUS DP Rilevazione integrata in macchina 3AC Industrial Ethernet Non-electric sensors Registrazione consumi energetici

20 Operation Visualizzazione consumi correnti di ogni macchina Obiettivo: sensibilizzare loperatore Visualizzazione dei consumi potenza attiva e reattiva Attivazione/Disattivazione di compensazioni Inizializzazione di modalità Standby

21 Operation Mode2 Mode1 Mode0 Power Off Energy demand wake on LAN Processor ON Power section ON PROFINET 24 V Power Power section Application Communication Strategia di shut-down utilizzando i field bus Modalità operative: 0 – Off/Power off 1 – Standby mode 2 – Production readiness 3 – Productive mode Il costruttore alloca i componenti per essere attivati per loperation e definisce le condizioni base.

22 Ottimizzazione della produzione attraverso la trasparenza dei costi energetici – Spostamento delle produzioni più energivore in fascie di prezzo inferiore – Spegnimento parziale delle utenze o riduzione della produzione con pause – Monitoraggio continuo dei consumi e segnalazione anomalie Qual è la distribuzione dellenergia? E quali sono i consumi nei tempi di pausa o chiusura? E/ t Pause Consumo energia. / Costi E/

23 Old: Higher energy consumption Incrementare lefficienza anche con retrofit di macchine esistenti Misure rapidamente implementabili su macchine esistenti New: Lower energy consumption Source: Chiron Opzioni: Concetti di Shut-down Installazione di azionamenti inverter. Condizione di base: Azioni di retrofit si ripagano in ca. 1.5 anni Esempio macchina

24 Conclusioni : Rilevazione consumi Ottimizzazione design Analisi meccatronica Benefici: < dimensioni < peso installazione Tecnologia Safety integrata < costi installazione e service Recupero e bilancio energia < consumo energetico Risparmio energia Prodotti + Servizi = Motori Drive Engineering Tools Field bus

25 Qual è il nostro posizionamento per trasformare questi cambiamenti in opportunità? Cosa succederebbe se potessi ….. …trasformare i cambiamenti energetici e ambientali in un vantaggio competitivo? …trasformare i costi operativi in miglioramento del profitto? … implementare una politica di sostenibilità come aiuto nel business? …usare a vantaggio del business le potenzialità di risparmio nascoste e le migliori tecnologie disponibili? Quanto stai facendo per trasformare la trasparenza dei consumi energetici in intelligence operativa?

26 Se non misuriamo, altri ci misurano … e questo produce costi! La mancanza di trasparenza energetica produce costi aggiuntivi

27 Grazie per lattenzione


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