Risparmio di energia con convertitori di frequenza PowerFlex

Transcript

1 Risparmio di energia con convertitori di frequenza PowerFlex Presentazione (AUP 07) Diego Marazzini Automation University, Parma Marzo 2015 PUBLIC INFORMATION Rev 5058-CO900E

2 Obiettivi 2

3 Obiettivi Target Pacchetto di direttive per Clima e Energia Misure istituite dall Unione Europea (EU) nel 2007 emanate nel 2009 Obiettivi chiave per il % di riduzione delle emissioni di gas effetto serra rispetto al % di aumento della quota delle energie rinnovabili 20% di miglioramento nell efficienza energetica Normative di riferimento Direttiva ErP (Energy related Products) 2009/125/CE Regolamentazione 640/2009/CE sull efficienza dei motori elettrici 3

4 Obiettivi Industria 33% di consumo totale di energia da parte dell industria Elevato risparmio potenziale nelle abitazioni private 1% di risparmio energetico 55 milioni di barili di petrolio ogni anno 1 miliardo di USD Diminuzione del consumo di energia Riduzione del costo di produzione e manutenzione Migliore posizione concorrenziale Compensazione al crescente costo dell energia Migliore reputazione aziendale grazie alla produzione sostenibile 4

5 Obiettivi Consumo di energia I motori elettrici nei settori industriali e nei servizi Aria compressa 15% Climatizzazione 3% Altre applicazioni 32% Ventilazione 17% GWh Movimentazione 3% Pompe 20% Stime basate su Elliot Nadel, 2003; ETSU et al., 2001; Radgen, 2002; Radgen Blaustein, 2001; XEnergy, 2001 Refrigerazione 10% 5

6 Obiettivi Potenziale risparmio I motori elettrici nei settori industriali e nei servizi Aria compressa 21% Climatizzazione 2% Altre applicazioni 29% GWh Fonte: Organizzazione dello sviluppo industriale delle Nazioni Unite, 2011 Ventilazione 24% Pompe 14% Movimentazione 2% Refrigerazione 8% 6

7 CIP Energy Iniziativa energetica di Sviluppo di interfaccie energetiche industriali aperte Optimization of Energy Usage (OEU ) Data Objects e servizi di comunicazione Monitoraggio Gestione dell energia (power management) 7

8 CIP Energy Principali funzionalità Report sulla misura di energia Riduzione dei costi di infrastruttura grazie alla validazione/riduzione della fatturazione in seguito alle iniziative di efficientamento energetico Ottimizzazione dei costi grazie alla misura di energia per lotto/prodotto Power Management Disattivare utenze in stato di alimentazione a carico ridotto Misura della Potenza di picco Riduzione dei costi grazie al coordinamento delle sequenze operative Diagnostica attraverso la Misurazione Rilevamento di anomalie sulla produzione attraverso i dati di energia 8

9 CIP Energy Monitoraggio I dati energetici come base per aumentare l'efficientamento energetico Misurati (contatori) Derivati (dispositivi di potenza) Data Objects nei dispositivi di automazione Informazioni costanti e coerenti Semplificazione dei piani di azione Energy Object Energy Object Energy Object Energy Object 9

10 CIP Energy Power Management Controllo del consumo di energia durante tutto il funzionamento Comanda i dispositivi per diminuire il consumo di energia Più livelli di intervento supportati Monitorare lo stato di energia dei dispositivi Comandare i dispositivi affinché tornino nel completo stato operativo Immediatamente Dopo un tempo specifico Energy Object Energy Object Energy Object Energy Object

11 CIP Energy Convertitori di frequenza PowerFlex PowerFlex 750 Firmware 5.08 da Febbraio 2012 PowerFlex 520 Dal lancio iniziale del prodotto nel 2013 Parametri Energetici dedicati (P, $, CO 2 ) Utilizzo dei dati Acquisizione, analisi e gestione dei consumi energetici con RSEnergyMetrix Prevista implementazione nel SW di programmazione Studio

12 Motori elettrici Considerazioni 10 milioni di motori elettrici nel settore industriale 60% di consumo totale di energia elettrica Costi di energia In 10 anni di vita un motore può costare fino a 100 volte il suo prezzo di acquisto In alcuni casi la fattura mensile di energia può superare il prezzo di acquisto del motore Risparmio di energia grazie a dispositivi più efficienti 12

13 Motori elettrici Classi di Efficienza IEC :2008 High IE3 Premium Efficiency NEMA Premium EISA (IE3) EFF 1 IE2 High Efficiency EPact (IE2) EFF 2 IE1 Standard Efficiency Low IEC Motors NEMA Motors 13

14 Motori elettrici Curve di efficienza Misurazioni in accordo alla IEC : IE3 IE2 IE1 4 poli, 50 Hz kw 14

15 Motori elettrici Requisiti ed evoluzione nel tempo Giugno 2011 Classe di efficienza obbligatoria: IE2 0, kw Gennaio 2015 Classe di efficienza obbligatoria: IE3 o IE2 con controllo a velocità variabile (VFD) 7,5 375 kw Gennaio 2017 Classe di efficienza obbligatoria: IE3 o IE2 con controllo velocità variabile (VFD) 0, kw 15

16 Motori elettrici Motori a magneti permanenti Maggiore efficienza Consumo di energia ridotto Ingombro ridotto e design compatto Possibile eliminazione di riduttori Motori MP superficiali/interni Motore a induzione Fonte: Daikin Industries,Ltd

17 Motori elettrici Motori a magneti permanenti (Rotary Direct Drive) Servomotori Allen-Bradley RDD-Series Coppia continua fino a 426 Nm Rotore senza cuscinetti Vasta selezione di range di velocità Avvolgimenti ottimizzati per il controllo con Inverter Encoder assoluti ad alta risoluzione Heidenhain (monogiro e multigiro) Connettori DIN orientabili Grado di protezione IP65 Completa integrazione nell Architettura Integrata 17

18 Motori elettrici Applicazioni tipiche L addove vengono utilizzate serrande o valvole di strozzamento per ridurre la portata esiste l opportunità di ottenere un risparmio energetico attraverso una variazione di velocità del motore 18

19 Metodi di controllo Variazione di Flusso Ventilatori Serrande di uscita Pompe Valvola Palette ad orientamento variabile Azionamento a frequenza variabile Azionamento a frequenza variabile

20 Metodi di controllo Analogia con automobile Ventilatori Serrande di uscita Pompe Valvola Palette ad orientamento variabile Azionamento a frequenza variabile Azionamento a frequenza variabile

21 Analogia con automobile Tecniche di controllo 90 Tengo.oppure il piede riduco sull acceleratore la velocità e regolo sollevando la velocità il piede azionando dall acceleratore il freno!?

22 Pompe e ventilatori Tecniche di controllo Controllo del flusso mediante valvola 22

23 Pompe e ventilatori Tecniche di controllo Controllo del flusso con variazione della velocità 23

24 Risparmio Energetico Applicazioni a Coppia Variabile Pompe e Ventilatori sono definiti carichi a Coppia Variabile I sistemi a Coppia Variabile vengono progettati per poter funzionare costantemente al massimo carico In molte applicazioni i motori sono anche sovradimensionati rispetto al carico e quindi funzionano con un rendimento inferiore a quello ottimale Le applicazioni a Coppia Variabile sono le potenziali aree per il risparmio energetico

25 Pompe e Ventilatori Controllo del Flusso Flusso e Prevalenza 121 H max 101 H N H dyn H st 1 Pompa Sistema Q [%] Q N 25

26 Pompe e Ventilatori Controllo del Flusso Velocità e Potenza P [%] Soluzione convenzionale Controllo di Velocità N [%] 26

27 Pompe e Ventilatori Flusso - Pressione - Potenza Leggi di Affinità Variazione di Flusso è direttamente propozionale alla variazione di Velocità: Variazione di Pressione è propozionale alla variazione di Velocità al quadrato: Variazione di Potenza è propozionale alla variazione di Velocità al cubo: N N KW KW N N P P N N Q Q Il consumo energetico % varia con il cubo della % di velocità Ne consegue un notevole risparmio energetico N N Q Q N N KW KW N N P P

28 Pompe e Ventilatori Flusso - Pressione - Potenza Flow Pressure Power Q Q 2 1 N N 2 1 P P 2 1 N N KW KW 2 1 N N Dove: 90 N = Velocità Q = Flusso 80 P = Pressione 70 KW = Potenza % Flow, % Pressure, % Power % Speed

29 Pompe e ventilatori Efficienza del sistema Controllo del flusso mediante valvola Controllo del flusso con variazione velocità Potenza alimentatore Potenza alimentatore Perdite del trasformatore Perdite del trasformatore Perdite del motore Perdite dell inverter Perdite della pompa Perdite del motore Perdite valvola Perdite della pompa Potenza del carico Potenza del carico 29

30 Convertitori di frequenza PowerFlex Compatto Prestazioni Interfacce Comunicazione Regolazione della velocità di motori a induzione e a magneti permanenti Funzioni specifiche integrate nel firmware Controllo sequenziale integrato (StepLogic, DeviceLogix ) 30

31 Convertitori di frequenza PowerFlex Hardware E veramente necessario un climatizzatore? 31

32 Convertitori di frequenza PowerFlex Hardware Concetto ottimizzato su PowerFlex 755 ad alta potenza Circuito di raffreddamento principale separato Protezione IP54 Possibilità di convogliare l aria all esterno dell edificio 32

33 Convertitori di frequenza PowerFlex Hardware Montaggio a flangia Radiatore installato esternamente al quadro 80% della dissipazione termica all esterno del quadro Possibili risparmi ottenuti da inutili ventilatori e climatizzatori 33

34 Convertitori di frequenza PowerFlex Firmware «Economizer» Riduzione automatica della tensione d uscita a regime costante Ottimizzazione della potenza grazie alla riduzione del flusso magnetico Ripristino automatico nel caso di variazioni di carico/velocità Disponibile con la modalità di controllo «Sensorless Vector» 34

35 Convertitori di frequenza PowerFlex Firmware «Sleep/Wake» Stand-by automatico ad una soglia minima del riferimento di velocità Possibile combinazione con il controllo PI del processo Per applicazioni con cicli di funzionamento a vuoto prolungati Disponibile su PowerFlex 520 e PowerFlex

36 Convertitori di frequenza PowerFlex Visualizzazione Programmazione del controllore Istruzioni Add-on per Studio 5000 Logix Designer Programmazione interfaccia operatore RSView faceplates Dati disponibili Consumo dell energia accumulata (kwh) all uscita Risparmio sui costi e riduzione CO 2 rispetto all alimentazione diretta da rete 36

37 Calcolatori del risparmio energetico 37

38 Calcolatori del risparmio energetico Selezione della modalità 38

39 Calcolatori del risparmio energetico Dati dei ventilatori 39

40 Calcolatori del risparmio energetico Dati dei ventilatori 40

41 Calcolatori del risparmio energetico Profilo di carico 41

42 Calcolatori del risparmio energetico Profilo di carico 42

43 Calcolatori del risparmio energetico Risultati 43

45 Calcolatori del risparmio energetico Dispositivi mobili Applicazioni disponibili 45

46 Esempi applicativi 46

47 Esempi applicativi Ventilatori Owens-Corning, Cda Inc. Stabilimento a Guelph in Canada Produzione di fibre di vetro Soffianti, ventilatori, pompe e compressori utilizzati per movimentare, riscaldare e raffreddare il vetro fuso utilizzato per realizzare fibre di vetro 47

48 Esempi applicativi Ventilatori Sfida Ridurre il consumo di energia sui ventilatori di processo Compatibilità con il sistema esistente (PLC e reti di comunicazione) Soluzione Convertitori di frequenza PowerFlex 70 e PowerFlex 700 Acquisizione dei dati di processo dai drive mediante DeviceNet Risultato Risparmio energetico annuale di 500 MWh (quasi il 50%) Risparmio annuale sui costi pari a USD Ritorno dell investimento in meno di un anno Riduzione del consumo di gas 48

49 Esempi applicativi Pompe idrauliche Proplas International Ltd. Burnley (Manchester), Regno Unito Fornitore leader di prodotti di imballaggio in plastica rigida Macchine di stampaggio a iniezione-stiro-soffiaggio con pompe idrauliche 49

50 Esempi applicativi Pompe idrauliche Sfida Ridurre il consumo di energia nel processo di stampaggio Richiesta soluzione stand-alone per il retrofit di impianti esistenti Soluzione PowerFlex 753 con due preset di velocità DeviceLogix Risultato Riduzione della potenza assorbita (da 40 kw a 11 kw per macchina) Diminuzione del costo annuale dell energia di oltre GBP Ammortamento in meno di 14 mesi 50

51 Esempi applicativi Pompe verticali SIAAP Impianto di trattamento acque a Colombes, Haut de Seine, Francia Uno dei quattro impianti nell Ile de France (Parigi) 3 milioni di metri cubi di acque reflue per 8 milioni di abitanti 51

52 Esempi applicativi Pompe verticali Sfida Notevole incremento della portata d acqua durante le giornate piovose Numero di avviamenti in DOL accettabili sistematicamente superato Soluzione Due convertitori di frequenza PowerFlex 7000 in media tensione Controllo in cascata delle cinque pompe con trasferimento sincrono Risultato Risparmio annuo di di costi di manutenzione Ulteriori risparmi nel consumo di energia 52

53 Esempi applicativi Risorse informative Energia 53

54 Esempi applicativi Risorse informative 54

55 Le vostre domande 55

56 Risparmio di energia con i convertitori di frequenza PowerFlex Utilizzo di motori elettrici ad alta efficienza Controllo a velocità variabile anziché con valvole Inverter standard con funzionalità adatte all applicazione 56

57 Risparmio di energia con i convertitori di frequenza PowerFlex Utilizzo di motori elettrici ad alta efficienza Controllo a velocità variabile anziché con valvole Inverter standard con funzionalità adatte all applicazione 57

58 Follow ROKAutomation on Facebook & Twitter. Connect with us on LinkedIn.