ABB Group October 4, 2010 Slide 1

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1 Manuel Leone, KLIMAENERGY 2010, Bolzano, 24 Settembre 2010 Efficienza energetica nei motori elettrici: risparmio energetico, tempo di ritorno dell investimento ed applicazioni pratiche October 4, 2010 Slide 1

2 Consumi di energia elettrica Italia per settore (2008) Fonte: Terna 21% 2% Industria Terziario Residenziale Agricoltura 48% 29% Nel 2008 il settore industriale ha assorbito il 48% del consumo italiano di energia elettrica pari a circa 151 TWh Secondo un rapporto CESI circa il 75% dei consumi elettrici dell industria è costituito da motori elettrici October 4, 2010 Slide 2

3 Tecnologie per l efficienza energetica nell industria Motori ad alto rendimento = maggiore efficienza intrinseca Inverter = regolazione ottimale in funzione del carico October 4, 2010 Slide 3

4 Motori ad alto rendimento October 4, 2010 Slide 4

5 Cosa rende un motore più efficiente? Meno perdite nel rotore Lamierino a basse perdite Lamine più sottili Meno perdite per ventilazione e frizione Ventole più piccole Cuscinetti più performanti Meno perdite nel rame dello statore Ottimizzazione delle cave statoriche Più rame nello statore Meno perdite addizionali Ottimizzazione della geometria delle cave Meno perdite nel ferro Miglior qualità dell acciaio Lamine più sottili Più materiale e di migliore qualità October 4, 2010 Slide 5

6 Le classi di Efficienza valide oggi in EU La prima classificazione dell efficienza dei motori elettrici in Europa è stata definita tramite un accordo volontario basato sui metodi di prova definiti dalla IEC : 1996 Tali classi di efficienza riguardano solo: Motori asincroni trifase 2- e 4-poli Potenza resa da 1.1 a 90 kw Classi di EFF per motori 4-poli Tensione fino a 400 V ABB produce motori in EFF1 ed EFF2 mentre non produce motori in EFF3 October 4, 2010 Slide 6

7 Motori ad alto rendimento Nuove classi di efficienza, nuove regole Classi di Efficienza IE per motori 4-poli a 50Hz October 4, 2010 Slide 7

8 Motori ad alto rendimento Nuove classi di efficienza, nuove regole EU MEPS European Union Minimum Performance Standard Calendario: 16 Giugno 2011 Fase 1: tutti i motori dovranno avere come livello minimo di efficienza IE2 1 Gennaio 2015 Fase 2: i motori con potenza da 7.5 a 375 kw dovranno avere efficienza IE3 o IE2 nel caso il motore sia alimentato da inverter 1 Gennaio 2017 Fase 3: i motori con potenza da 0,75 a 375 kw dovranno avere efficienza IE3 o IE2 nel caso il motore sia alimentato da inverter October 4, 2010 Slide 8

9 Guardando la grande immagine... 2%1% Costo di utilizzo in Energia Acquisto iniziale Un riavvolgimento 97% bisogna spostare l attenzione ai decenni di ultilizzo e quindi al Life Cycle Cost del motore October 4, 2010 Slide 9

10 Motori ad alto rendimento Risparmi, investimenti e tempi di payback Risparmi con i motori ad alto rendimento Fino al 10% Investimenti Limitati Interventi frazionabili nel tempo Tempi di rientro degli investimenti Da 12 a 36 mesi per sostituzione di motore funzionante, da 2 a 10 mesi per sostituzione di motore guasto, in base a: Potenza Ore di funzionamento Condizioni vecchio motore Altri benefici Rinnovo impianto Motori ad alto rendimento più robusti October 4, 2010 Slide 10

11 Convertitori di frequenza (Inverter Drives) October 4, 2010 Slide 11

12 Inverter Regolazione in funzione della richiesta del carico Performance con pompe e ventilatori Performance con compressori L inverter adatta in tempo reale le performance del motore alle necessità dell applicazione erogando solo la reale potenza richiesta Il risparmio ottenibile dipende dal tipo di applicazione in esame dalla tipologia di controllo con cui ci si confronta October 4, 2010 Slide 12

13 Tipologie più comuni di applicazione Pumps Air compressors Fans Cooling Compressors Others Le pompe e i ventilatori sono le applicazioni più diffuse in EU Oltre il 95% di tutti i motori sono sovradimensionati October 4, 2010 Slide 13

14 Ventilatori: regolazione a serranda October 4, 2010 Slide 15

15 Inverter su un ventilatore: caso reale Applicazione: ventilatore da 200 kw attualmente parzializzato tramite serrande chiuse al 40% funzionante h/anno October 4, 2010 Slide 17

16 Inverter su un ventilatore: caso reale Con le ipotesi fatte, parzializzando con inverter si era stimato un risparmio annuo del 68,7% pari a circa 380 MWh/anno A un anno dall intervento si è andati a verificare il risparmio reale: 76% pari a circa 393 MWh/anno e /anno Questo grazie a : una parzializzazione del 55% e non del 60% studio realistico ma cautelativo October 4, 2010 Slide 18

17 Inverter su una pompa: caso reale Applicazione: pompa da 75 kw attualmente parzializzata tramite valvole funzionante h/anno Parzializzando tramite inverter si è risparmiato il 23,7% ma non solo October 4, 2010 Slide 19

18 Inverter su una pompa: caso reale In aggiunta, grazie alla sostituzione del vecchio motore con motore IE2 sono stati risparmiati kwh/anno in più. Totale risparmio = 28,3% di consumo in meno October 4, 2010 Slide 20

19 Pompe: regolazioni con valvole Situazioni tipiche viste sul campo October 4, 2010 Slide 21

20 Inverter Risparmi, investimenti e tempi di payback Risparmi con gli inverter Fino al 60% e oltre Investimenti Limitati Interventi frazionabili nel tempo Tempi di rientro degli investimenti Dai 6 ai 18 mesi, in base a Potenza Ore di funzionamento Applicazione (pompe e ventilatori con il massimo risparmio) Altri benefici Riduzione costi manutenzione impianto Migliore regolazione e vita dell impianto October 4, 2010 Slide 22

21 Fattore di potenza (cosφ) Fonte: CESI RICERCA 1 Fattore di potenza Con inverter 0,95 Con valvola 0,9 0,85 0,8 0,75 0,7 Cos fi 0,65 0,6 0,55 0, % portata October 4, 2010 Slide 23

22 Casi reali October 4, 2010 Slide 24

23 Casi reali Sistema di aspirazione trucioli in una falegnameria Azienda di falegnameria per arredamento October 4, 2010 Slide 25

24 Casi reali Sistema di aspirazione trucioli in una falegnameria Configurazione iniziale Un ventilatore da 30 kw aspira i trucioli da 4 diverse postazioni di lavoro Il ventilatore funziona a velocità fissa, al 100% della potenza nominale, anche con una necessità parziale di portata dell aria Quando una o più postazioni sono inattive, le bocchette corrispondenti vengono chiuse e il flusso d aria delle postazioni rimaste attive viene parzializzato Soluzione Utilizzo di inverter per regolare la velocità del ventilatore e ridurre la portata Quando una o più postazioni sono inattive, la bocchetta corrispondente viene chiusa e il ventilatore rallenta autonomamente per la minore richiesta di aria Sostituzione anche del motore con uno nuovo ad alto rendimento October 4, 2010 Slide 26

25 Casi reali Sistema di aspirazione trucioli in una falegnameria Riepilogo intervento Consumo vecchia soluzione Consumo con inverter e motore IE2 Risparmio energetico Costi energetici vecchia soluzione Costi energetici con inverter e motore IE2 Risparmio annuo Costo investimento (inverter + installazione) NPV a 5 anni Tempo di payback 200 [MWh/anno] 145 [MWh/anno] 55 [MWh/anno] [ /anno] [ /anno] [ /anno] [ ] [ ] < 0,6 [anni] Funzionamento annuo: ore Costo energia: 0,18 /kwh October 4, 2010 Slide 27

26 Casi reali Condizionamento in un ospedale Sistema di condizionamento di un ospedale October 4, 2010 Slide 28

27 Casi reali Condizionamento in un ospedale Caratteristiche dell impianto Analisi di 29 ventilatori con motori da 0.75 a 11 kw Funzionamento continuo (8760 h/anno) Sistemi di ventilazione per: Reparti (blocco operatorio, radiologia, rianimazione ) Laboratori (nucleare, analisi batteriologica, automazione a isole ) Ambulatori (oculistica, dialisi ) Pronto soccorso Sala convegni, cucina, farmacia, atrio, cappella Intervento Applicazione di inverter per regolazione sistemi di ventilazione October 4, 2010 Slide 29

28 Casi reali Condizionamento in un ospedale Riepilogo intervento Consumo vecchia soluzione Consumo con inverter Risparmio energetico Costi energetici vecchia soluzione Costi energetici con inverter Risparmio annuo Costo investimento NPV a 5 anni Tempo di payback Riduzione emissioni CO [MWh/anno] 715 [MWh/anno] 445 [MWh/anno] [ /anno] [ /anno] [ /anno] [ ] [ ] < 1 anno 220 ton/anno Funzionamento annuo: ore Costo energia: 0,12 /kwh October 4, 2010 Slide 30

29 Casi reali Impianto di sollevamento acqua Multiutility October 4, 2010 Slide 31

30 Casi reali Impianto di sollevamento acqua di una multiutility Configurazione iniziale 4 pompe di superficie da 30 kw che funzionano in modalità ON-OFF mediante controllo di livello 4 pompe sommerse da 15 kw che funzionano in modalità ON-OFF mediante controllo di livello Soluzione Utilizzo di inverter in configurazione multipompa per regolare le pompe in modo continuo in funzione del fabbisogno Sostituzione dei motori delle pompe di superficie con modelli ad alto rendimento October 4, 2010 Slide 32

31 I risultati bilancio energetico e economico Caso 1 Pompe di rilancio Riepilogo intervento Consumo attuale Consumo ottenibile Risparmio Costi energetici vecchia soluzione Costi energetici con adeguamenti Risparmio annuo Costo budgetario investimento NPV a 5 anni (tasso 5%) Tempo di payback [kwh/anno] [kwh/anno] [kwh/anno] [ /anno] [ /anno] [ /anno] [ ] [ ] 0.7 [anni] Funzionamento annuo: ore Costo energia: 0,11 /kwh October 4, 2010 Slide 33

32 I risultati bilancio energetico e economico Caso 2 Pompe sommerse Riepilogo intervento Consumo attuale Consumo ottenibile Risparmio Costi energetici vecchia soluzione Costi energetici con adeguamenti Risparmio annuo Costo budgetario investimento NPV a 5 anni (tasso 5%) Tempo di payback [kwh/anno] [kwh/anno] [kwh/anno] [ [ /anno] [ /anno] [ /anno] [ ] [ ] 1.0 [anni] Funzionamento annuo: ore Costo energia: 0,11 /kwh October 4, 2010 Slide 34

33 Dubbi e consigli October 4, 2010 Slide 35

34 Gli audit energetici dei sistemi motorizzati per step Un valido aiuto per supportare analisi e interventi Identificazione delle applicazioni prioritarie Raccolta dati Valutazione possibili modifiche per massimizzare l efficienza Misurazioni dove necessarie o richieste Calcolo dei tempi di pay back dell investimento sulla base dei risparmi energetici e degli ulteriori benefici impiantistici Report ingegneristico Proposta soluzione tecnica e realizzazione intervento Follow up durante e dopo l intervento October 4, 2010 Slide 36

35 Aspetti da evidenziare In generale Interventi frazionabili e non invasivi Con un adeguata programmazione degli interventi, si può diluire l investimento in 2 o 3 anni senza incidere sensibilmente sul bilancio aziendale, anzi, i risparmi si vedono da subito e consentono ulteriori investimenti anche in altre direzioni Risorse da impiegare L efficienza energetica con motori e inverter è estremamente semplice e può essere considerata parte delle normali attività di manutenzione, non richiede risorse aggiuntive di personale. È anche possibile farsi supportare da operatori o aziende con esperienza Fermo impianto programmato Gli interventi possono essere realizzati durante i fermi impianto programmati. È opportuno organizzarsi in tempo con i fornitori per garantire la realizzazione delle modifiche entro i tempi previsiti Ancora 3 mesi di incentivi del 20% Gli incentivi previsti dalla Legge Finanziaria, nella misura del 20% sui costi di acquisto e installazione di motori ad alto rendimento ( kw) e inverter ( kw), termineranno il 31 dicembre October 4, 2010 Slide 39

36 October 4, 2010 Slide 40