Motori ad alta efficienza ed azionamenti a velocità variabile nell’industria e nel terziario Analisi di casi reali Antonio Capozza CESI RICERCA

1 USO DI MOTORI ELETTRICI AD ALTA EFFICIENZA (MAE)

Uso di MAE - Caso di studio Industria siderurgica (acciaieria) Caratterizzazione sperimentale di 45 motori elettrici: asincroni trifase BT efficienza EFF3, taglia da 1,5 a 90 kW differenti numero di poli e fattore di carico Grandezze valutate (valori stazionari o medi): potenza attiva (kW) tensione (V) corrente (A) fattore di potenza

Uso di MAE - Caso di studio

Uso di MAE - Caso di studio Industria siderurgica (acciaieria) Ipotesi di sostituzione di tali motori a fine vita con EFF1; caratterizzazione del motore sostituente: efficienza come da accordo CEMEP identità del tempo annuo di utilizzo stessa potenza meccanica Pm all’albero potenza di targa immediatamente superiore a Pm Confronto con un’alternativa alla sostituzione, basata sul riavvolgimento Valutazione del risparmio energetico annuo e del P.B.P., basata sulle attuali tariffe elettriche e sugli attuali costi di riavvolgimento/acquisto

Uso di MAE - Caso di studio - da eff3 a eff2 Prima ID P n (kW) n. poli Rend nom. (%) Carico del motore (%di ) Rendimento effettivo Energia attiva (kWh/anno) reattiva (kVAR/anno) 3 45 2 90,5 0,28 83,38 25.628 36.942 4 75 92,1 0,18 89,72 57.282 42.962 TOTALI 1341,3 3.155.129

Uso di MAE - Caso di studio - da eff3 a eff2

Uso di MAE - tep riconosciute da AEEG

Uso di MAE - Caso di studio - Osservazioni su PBP Potenza elettrica totale considerata = 1.341 kW Media annuale ore funzionamento = 4.173 ore Ipotesi per il calcolo del PBT: costo dell’intervento = sostituzione tutti i motori rispetto al riavvolgimento di tutti i motori tariffa elettrica = 0,10 €/kWh

Uso di MAE - Caso di studio - Osservazioni su PBP

Uso di MAE - Caso di studio - Osservazioni finali Potenza elettrica totale considerata = 1341 kW Media annuale ore funzionamento = 4173 ore

2 USO DI AZIONAMENTI VARIABILI (VSD) IN IMPIANTI DI POMPAGGIO

Uso di VSD - CASO DI STUDIO Stazione di pompaggio di acquedotto

Uso di VSD - CASO DI STUDIO Caratteristiche nominali del motore elettrico: Frequenza = 50 Hz Tensione = 500 V Corrente = 355 A Potenza attiva = 250 kW Velocità = 1475 rpm Fattore di potenza = 0.87

Uso di VSD - CASO DI STUDIO Caratteristiche nominali della pompa: Prevalenza = 50 m Portata = 1269 m3/h Velocità = 1490 rpm

Uso di VSD - CASO DI STUDIO Test con valvola di regolazione (RV) e test con azionamento variabile (VSD) sequenza di manovre manuali sulla valvola fino al raggiungimento di un prefissato regime stazionario di portata (in % del nominale) partendo dal valore di pieno carico (105%)

Uso di VSD - CASO DI STUDIO - RV test Test con valvola di regolazione Potenza attiva (kW)

Uso di VSD - CASO DI STUDIO - RV test

Uso di VSD - CASO DI STUDIO Test con azionamento variabile (VSD) sequenza di manovre manuali sul segnale in tensione dell’inverter fino al raggiungimento di un prefissato regime stazionario di portata (in % del nominale) partendo dal valore di pieno carico (105%)

Uso di VSD - CASO DI STUDIO - VSD test Test con azionamento variabile Potenza attiva (kW)

Uso di VSD - CASO DI STUDIO - VSD test

Uso di VSD - CASO DI STUDIO - confronti Efficienza del VSD % di portata Potenza - VSD Potenza - RV Risparmio di potenza attiva in funzione del carico idraulico

Uso di VSD - CASO DI STUDIO - confronti % di portata VSD RV Fattore di potenza

Uso di VSD - CASO DI STUDIO - confronti Uso di VDS invece di RV: risparmi di energia elettrica = 26% risparmi di energia primaria = 90,25 tep/anno

Decremento di potenza elettrica con VSD Uso di VSD - CASO DI STUDIO - confronti Ore/anno Risparmio di potenza % di portata Decremento di potenza elettrica con VSD

Domanda annua di energia elettrica Uso di VSD - CASO DI STUDIO - confronti % di portata Domanda annua di energia elettrica Uso di RV - energia annua Uso di VSD - Risparmio annuo

Uso di VSD - Osservazioni Tempo di ritorno stimato = 0,7  0,9 anni (P.B.P.) N.B. Si ipotizzano dati per la tariffa elettrica (0,10 €/kWh) e dati di costo per i componenti sulla base di valori rilevati attualmente (~ 30 k€)

Uso di VSD - Osservazioni Vantaggi dell’uso di VDS invece che RV Sensibili risparmi energetici (dell’ordine del 25%) Stress meccanici ridotti Facile manutenzione (assenza di meccanismi in moto ) = maggiore durata Marcata idoneità per il controllo remoto e centralizzato nell’approvvigionamento idrico a livello distrettuale Fattore di potenza prossimo a 1 indipendentemente dal carico idraulico = costi evitati di rifasamento

Uso di VSD - Osservazioni Svantaggi dell’uso di VDS invece che RV Generazione di disturbi ad alta frequenza verso altre utenze Eccessiva sensitività a disturbi esterni (per VSD ad alta potenza): ciò è causa di fuori uso del VSD, spesso e senza motivo A questi svantaggi si pone rimedio adottando dispositivi ausiliari (filtri, ecc); il PBP per maggiore investimento cresce in modo insensibile (1 mese)

Riferimenti bibliografici A. Capozza, V. Colombo, A.Furnari: Linee guida per la valutazione di interventi di risparmio energetico: installazione di sistemi elettronici di regolazione di frequenza in motori elettrici operanti su sistemi di pompaggio CESI - A3/003935 su http://www.ricercadisistema.it/

Riferimenti bibliografici A. Capozza, S. Frigeri: Dimostrazione di tecnologie per il miglioramento dell'efficienza di motori elettrici CESI - A3/014642 su http://www.ricercadisistema.it/

GRAZIE Antonio Capozza CESI RICERCA Economia dei Sistemi Elettrici Via Rubattino, 54 20134 Milano ph. +39 02 3992 5016 fax +39 02 3992 5597 e-mail capozza@cesiricerca.it web http://www.cesiricerca.it