M02 Trasformatori ad alta efficienza

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1 M02 Trasformatori ad alta efficienza LPQI is a member of Leonardo Energy LPQI has been co-financed by Franco Bua franco.bua@ecd.it Master Universitario di I livello INGEGNERIA DEI SISTEMI E DEI SERVIZI PER IL TERRITORIO E PER L AMBIENTE A.A. 2006/2007 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI PAVIA - SEDE DI MANTOVA Aprile 2007

2 Sommario Mappa mentale

3 Introduzione I trasformatori di potenza: componenti fondamentali nel sistema di produzione, trasmissione e distribuzione dell energia elettrica. macchine molto efficienti (rendimenti compresi 95% ed il 98%) attraverso le quali transita però gran parte dell energia prodotta od utilizzata da una qualsiasi utenza Un aumento della loro efficienza può costituire quindi un risparmio energetico considerevole

4 Introduzione Perdite nei trasformatori Le perdite di un trasformatore di potenza sono di due tipi: perdite a vuoto perdite dovute al carico

5 Introduzione Perdite a vuoto Le perdite a vuoto si possono considerare costanti in quanto indipendenti dalle condizioni di funzionamento (carico) la tensione è mantenuta, per ragioni di servizio, costante

6 Introduzione Perdite dovute al carico Le perdite dovute al carico sono dovute principalmente alle perdite negli avvolgimenti sono proporzionali al quadrato della corrente o, equivalentemente, al quadrato della potenza apparente del carico Le perdite dovute al carico dipendono quindi fortemente dalle condizioni di funzionamento (carico)

7 Introduzione Potenziale di risparmio energetico L impiego di trasformatori MT/BT ad elevata efficienza energetica (distribuzione pubblica) può determinare un risparmio energetico stimato, a regime, in circa 22 TWh/anno (Ricerca progetto Thermie) Oltre ai trasformatori MT/BT di proprietà dei distributori di energia elettrica, esiste però anche un parco macchine privato di proprietà degli utenti alimentati in MT o AT che, in Italia, con un consumo pari a circa TWh all anno, rappresentano il 65 70% dell energia elettrica totale utilizzata dal settore industriale e terziario

8 Introduzione Livello di efficienza Livelli delle perdite a vuoto per trasformatori MT/BT in olio fissate da Norme nazionali.

9 Introduzione Livello di efficienza Livelli delle perdite a vuoto per trasformatori MT/BT in olio fissate da Norme nazionali

10 Introduzione Livello di efficienza Livelli delle perdite dovute al carico per trasformatori MT/BT in olio fissate da Norme nazionali

11 Introduzione Livello di efficienza Livelli delle perdite dovute al carico per trasformatori MT/BT in olio fissate da Norme nazionali

12 Introduzione Livello di efficienza Valori Po per i trasformatori in olio MT/BT - WG21 del TC14 del CENELEC Potenza nominale (kva) Perdite a vuoto (W) Vcc (%) E 0 D 0 C 0 B 0 A

13 Introduzione Livello di efficienza Valori Pk per i trasformatori in olio MT/BT - WG21 del TC14 del CENELEC Potenza nominale (kva) Perdite dovute al carico (W) Vcc (%) D k C k B K A k

14 Efficienza energetica: criteri di scelta In linea generale esistono due modi per scegliere un trasformatore energeticamente più efficiente: il primo ed ovvio è quello di scegliere, a parità di potenza nominale, una macchina con perdite totali minori il secondo è quello di dimensionare il trasformatore in modo tale che il punto di funzionamento corrisponda con quello caratterizzato dalla massima efficienza Il rendimento di un trasformatore è infatti funzione delle condizioni di funzionamento; il punto di massima efficienza si ha generalmente per fattori di carico pari al 40 50%.

15 Efficienza energetica: criteri di scelta Ottimo tecnico-economico Entrambi i criteri di scelta sono mirati esclusivamente al miglioramento dell efficienza dei trasformatori non tengono conto di altre esigenze tecniche devono essere giustificati economicamente come si vedrà nel seguito

16 Efficienza energetica: criteri di scelta Ottimo tecnico-economico La valutazione della convenienza di una soluzione piuttosto che un altra deve essere condotta determinando il costo attualizzato della macchina che si compone: del costo attualizzato del trasformatore installato (costo della macchina e di tutti gli oneri connessi) del costo attualizzato delle perdite a vuoto e delle perdite a carico

17 Efficienza energetica: criteri di scelta Ottimo tecnico-economico La valutazione della convenienza di una soluzione piuttosto che un altra deve essere condotta determinando il costo attualizzato della macchina che si compone: del costo attualizzato del trasformatore installato (costo della macchina e di tutti gli oneri connessi) del costo attualizzato delle perdite a vuoto e delle perdite a carico

18 Efficienza energetica: criteri di scelta Ottimo tecnico-economico C I = CT + A P0 + B P k dove: CT è il costo di acquisto del trasformatore ( ) A è il costo unitario delle perdite a vuoto nominali del trasformatore ( /kw) B è il costo unitario delle perdite dovute al carico nominali del trasformatore ( /kw)

19 Efficienza energetica: criteri di scelta Ottimo tecnico-economico A ( 12 C ) d + Ce Fc = 8760 B = S S ( ) L Ce h Fc r 2

20 Efficienza energetica: criteri di scelta Ottimo tecnico-economico Utenze industriali standard - Eurostat Codice Consumo annuale (kwh) Massima potenza (kw) Ore annue di utilizzazione Ic Id Ie If Ig Ih Ii

21 Efficienza energetica: criteri di scelta Ottimo tecnico-economico Valori indicativi dei coefficienti A e B per categorie di utenti industriali Codice Eurostat Ic Id Ie If Ig Ih Ii A ( /kw) 9113, , , , , , ,81 B ( /kw) 785, , , , , , ,49

22 Efficienza energetica: criteri di scelta Ottimo tecnico-economico Payback semplice dell opzione relativa all acquisto di un trasformatore MT/BT in olio a perdite ridotte rispetto ad un trasformatore a perdite normali, per utenze industriali standard Utenza industriale standard Ic Id Ie If Ig Ih Ii Payback semplice (anni) 5,4 3,1 2,7 2,8 1,6 2,0 1,7

23 Bibliografia The scope for energy saving in the EU through the use of energy-efficient electricity distribution transformers THERMIE B PROJECT Nº STR BE

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