Efficienza Energetica

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1 Efficienza Energetica Opportunità di Risparmio Energetico con l utilizzo di inverter PowerFlex Diego Marazzini Rockwell Automation PUBLIC INFORMATION Rev 5058-CO900E Motivazione

2 Motivazione Obbiettivi Pacchetto di direttive per Clima e Energia Approvati dall Unione Europea (EU) nel 007 emanate nel 009 Gli obbiettivi chiave per il 00 0% di riduzione delle emissioni di gas effetto serra rispetto al 005 0% di aumento della quota delle energie rinnovabili 0% di aumento dell efficienza energetica Normative di riferimento Direttiva ErP (Energy related Products) 009/5/CE (ex EuP) Regolamentazione 640/009/EC sull efficienza dei motori elettrici 3 Motori Elettrici Considerazioni I motori elettrici nei settori industriali e nei servizi Aria compressa [VALUE] Aria condizionata 3% Estimations based on Elliot and Nadel, 003; ETSU et al., 00; Radgen, 00; Radgen and Blaustein, 00; XEnergy, 00 Ventilatori [VALUE] GWh Altre applicazioni 3% Pompe 0% Movimentazione Refrigerazione materiali [VALUE] [VALUE] 4

3 Motori Elettrici Considerazioni Nel bilancio energetico, il motore è un elemento prioritario da considerare per razionalizzare il rendimento e contribuire al risparmio energetico 0 millioni di motori elettrici nell industria 60% del consumo totale di energia elettrica Costi Energetici In 0 anni di vita un motore può costare fino a 00 volte il suo prezzo di acquisto In alcuni casi la fattura mensile di energia può superare il prezzo di acquisto del motore 5 Motori Elettrici Classi di Efficienza IEC :008 High IE3 Premium Efficiency NEMA Premium EISA (IE3) EFF IE High Efficiency EPact (IE) Low EFF IE Standard Efficiency IEC Motors NEMA Motors 6

4 Motori Elettrici Curve di Efficienza Misurazioni in accordo alla IEC : IE3 IE IE 70 0,75 7, kw 4 poli, 50 Hz 7 Motori Elettrici Requisiti e Termini Giugno 0 Mandatory efficiency class: IE kw Gennaio 05 Mandatory efficiency class: IE3 or IE with variable speed control (VFD) kw Gennaio 07 Mandatory efficiency class: IE3 or IE with variable speed control (VFD) kw 8

5 Motori Elettrici Applicazioni tipiche L addove è possibile ridurre la portata esiste l opportunità di risparmiare energia attraverso una variazione di velocità del motore piuttosto che utilizzare serrande o valvole di strozzamento 9 Pompe e Ventilatori Metodi di controllo Controllo del Flusso con valvola di strozzamento 0

6 Metodi di controllo Variazione di Flusso Ventilatori Serrande di uscita Pompe Valvola di Controllo a strozzamento Regolazione con palette di aspirazione Azionamento a frequenza variabile Azionamento a frequenza variabile Metodi di controllo Analogia con automobile Ventilatori Serrande di uscita Pompe Valvola di Controllo a strozzamento Regolazione con palette di aspirazione Azionamento a frequenza variabile Azionamento a frequenza variabile

7 Analogia con automobile Controllo motore 90 Tengo.oppure il piede riduco sull acceleratore la velocità e regolo sollevando la velocità il piede azionando dall acceleratore il freno!? Pompe e Ventilatori Metodi di controllo Controllo del Flusso con regolazione della velocità 4

8 Risparmio Energetico Applicazioni a Coppia Variabile Pompe e Ventilatori sono definiti carichi a Coppia Variabile I sistemi di Pompaggio e Ventilazione sono progettati per funzionare al massimo carico, anche se poi, nella maggior parte delle applicazioni lavorano a carico parzializzato In molte applicazioni i motori sono anche sovradimensionati rispetto alla coppia richiesta e funzionano con un rendimento inferiore a quello ottimale Le applicazioni a Coppia Variabile sono le potenziali aree per il risparmio energetico Pompe e Ventilatori Controllo del Flusso Velocità e Potenza P [%] 00 Soluzione convenzionale Controllo di Velocità N [%] 6

9 Pompe e Ventilatori Controllo del Flusso Flusso e Prevalenza H max 0 H N 8 6 H dyn 4 H st Pompa Sistema Q [%] Q N 7 Pompe e Ventilatori Flusso - Pressione - Potenza Leggi di Affinità Q Q = N N P P N = N KW KW N = N 3 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: Q = Il consumo energetico % varia con il cubo della % di velocità Ne consegue un notevole risparmio energetico Q N N KW N = KW N P N = P N 3

10 Pompe e Ventilatori Flusso - Pressione - Potenza % Flow, % Pressure, % Power Flow Pressure Power Q Q = N N P P = N N Dove: N = Velocità Q = Flusso P = Pressione KW = Potenza KW KW N = N % Speed Pompe e Ventilatori Efficienza Controllo di Flusso con strozzamento Feeder power Controllo di Flusso con Inverter Feeder power Transformer losses Transformer losses Motor losses Inverter losses Pump losses Motor losses Throttle losses Pump losses Load power Load power 0

11 Azionamento a frequenza variabile Vantaggi Controlla la velocità del motore per avere la portata richiesta Verrà assorbita solo la potenza necessaria Minori perdite nell impianto cosφ prossimo a Elimino il picco della corrente di avviamento in DOL (6/7 In) I costi energetici vengono drasticamente ridotti Accurato controllo del processo produttivo = aumento produttività Maggiore efficienza dell impianto No penali sulla bolletta elettrica = risparmio aggiuntivo sui costi energetici Azionamento a frequenza variabile Vantaggi Il controllo motore sarà fluido e lineare e saranno ridotte le sollecitazioni meccaniche su pompe, ventilatori, valvole, tubazioni... - maggiore durata e maggiore efficienza - risparmio aggiuntivo sui costi di manutenzione Protezione del motore e dell investimento - non avrò limitazioni sul numero di avviamenti - avviamento lineare e graduato a tutela del motore e della meccanica - maggiore protezione del motore e del sistema dai sovraccarichi e dallo stallo - aumentano le capacità diagnostiche del motore e del sistema Maggior qualità, affidabilità e durata

12 Massima redditività del risparmio Alcuni suggerimenti Sicuramente le macchine in funzione per oltre 8 ore al giorno sono le più interessanti (ROI) Stabilire se l applicazione è a Coppia Variabile (es. Pompe, Ventilatori) Verificare se sull impianto ci sono installati organi di regolazione del flusso: serrande, smorzatori, valvole di strozzamento, ecc. Monitorare il consumo energetico per un periodo di tempo definito e ricorrente (giorno / settimana, ecc.) Valutare i potenziali risparmi energetici, Rockwell Automation mette a disposizione software e apps per fare una stima del risparmio energetico Energy Savings Calculators 4

13 Energy Savings Calculators Mode Selection 5 Energy Savings Calculators Fan Data 6

14 Energy Savings Calculators Fan Data 7 Energy Savings Calculators Load Profile 8

15 Energy Savings Calculators Load Profile 9 Energy Savings Calculators Results 30

16 Energy Savings Calculators Results 3 Energy Savings Calculators Mobile Devices Available applications 3

17 PowerFlex AC Drives Performance/Functionality Simple VHz SVC Advanced FVC Complex FOC Low High kw CIP Energy Iniziativa energetica di sviluppo di interfacce per l energia per reti industriali aperte Optimization of Energy Usage (OEU ) Data objects e servizi di comunicazione Monitoraggio Gestione dell energia Vantaggi Aumento della visibilità e trasparenza dei consumi Diagnostica e manutenzione più consapevole 34

18 CIP Energy Casi di utilizzo Report sulla misura di energia Riduzione dei costi di infrastruttura grazie alla validazione della fatturazione ed alla riduzione di fatturazione in seguito alle iniziative di miglioramento dell efficienza Ottimizzazione dei costi del prodotto grazie alla misura di energia per singolo batch Gestione dell energia Macchine a potenza ridotta in determinate condizioni operative Misura del picco di domanda Riduzione dei costi della struttura grazie al coordinamento delle sequenza operative Misurazione diagnostica Rilevamento di problematiche di produzione dai dati di potenza ed energia Interfaccia rete Compensazione delle utenze per la generazione e/o modulazione del carico 35 CIP Energy Monitoraggio Disponibilità dei dati energetici come valutazione iniziale per aumentare l efficienza energetica Misurati (contatori) Derivati (dispositivi di potenza) Energy Object nei dispositivi di automazione Informazioni coerenti Semplificazione dei piani di azione Energy Object Energy Object Energy Object Energy Object 36

19 CIP Energy Gestione dell energia Controllo del consumo durante il funzionamento I dispositivi sono comandati a consumi inferiori Più livelli supportati Viene monitorato lo stato di energia dei dispositivi I dispositivi vengono comandati affinché tornino nel completo stato operativo Immediatamente Dopo un intervallo specifico Energy Object Energy Object Energy Object Energy Object 37 CIP Energy Convertitori di frequenza PowerFlex PowerFlex 750 Firmware 5.08 (Febbraio 0) PowerFlex 50 Dal lancio iniziale del prodotto (Dicembre 0) Parametri basati sull energia (P, $, CO ) Utilizzo dei dati Acquisizione, analisi e gestione dei consumi energetici con RSEnergyMetrix Implementazione nel software di programmazione Studio

20 Esempi Applicativi 39 Esempio Applicativo Pompa di alimento caldaia Pompa di alimento caldaia, vantaggi ottenuti nell utilizzo di inverter PowerFlex Maggiori informazioni:

21 Esempio Applicativo Produzione di bottiglie di plastica 3 macchine per la produzione di bottiglie Ogni macchina ha una pompa da 40kW Gli inverter lavorano con due preset di velocità una velocità maggiore durante la richiesta massima ed una minore durante i periodi di domanda ridotta Payback dell installazione: 4 mesi Risparmio di energia / anno stimato: ,- Prodotto utilizzato: PowerFlex700 Maggiori informazioni: Domande 4

22 Risparmio Energetico con PowerFlex AC Drives Utilizzare motori elettrici ad alta efficienza Utilizzare Inverter per la regolazione della velocità al posto di valvole e serrande Selezionare l inverter con le caratteristiche e funzionalità adatte alla tipologia di applicazione 43 Risparmio Energetico con PowerFlex AC Drives Utilizzare motori elettrici ad alta efficienza Utilizzare Inverter per la regolazione della velocità al posto di valvole e serrande Selezionare l inverter con le caratteristiche e funzionalità adatte alla tipologia di applicazione 44

23 Grazie per l attenzione Follow ROKAutomation on Facebook & Twitter. Connect with us on LinkedIn.