Motori ad alta efficienza ed azionamenti a velocità variabile nell industria e nel terzario

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Renata Bartoli
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1 Motori ad alta efficienza ed azionamenti a velocità variabile nell industria e nel terzario Analisi di casi reali Antonio Capozza

2 1 USO DI MOTORI ELETTRICI AD ALTA EFFICIENZA (MAE) 1

3 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 2

4 Uso di MAE - Caso di studio M16547.LDL : Amps RMS Logging Period= Sample Interval= M16547.LDL : kw (3ø) Logging Period= Sample Interval= Amps Fri 30 Aug Time ( HH:MM [:SS] ) Time ( HH:MM [:SS] ) M16547.LDL : PF (3ø) Logging Period= Sample Interval= M16547.LDL : Volts RMS Logging Period= Sample Interval= Fri Aug 2002 kw (3ø) PF (3ø) Fri 30 Aug Time ( HH:MM [:SS] Fri Aug 2002 Volts Time ( HH:MM [:SS]

5 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 P m all albero potenza di targa immediatamente superiore a P m 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 4

6 Uso di MAE - Caso di studio - da eff3 a eff2 Prima ID P n (kw) n. poli Rend nom. (%) Carico del motore (%di P n ) Rendimento effettivo Energia attiva (kwh/anno) Energia reattiva (kvar/anno) ,5 0,28 83, ,1 0,18 89, TOTALI 1341,

7 Uso di MAE - Caso di studio - da eff3 a eff2 sostituzione di eff3 con eff2 ID P n (kw) n. poli P n (kw) Carico del motore (%di P n ) Rend (%) Energia attiva (kwh/anno) Energia reattiva (kvar/anno) Risparmio Energia attiva (kwh/anno) Risparmio Energia reattiva (kvar/anno) ,83 90, ,90 90, TOTALI 1341,3 769,

8 7 Uso di MAE - tep riconosciute da AEEG

9 Uso di MAE - Caso di studio - Osservazioni su PBP Potenza elettrica totale considerata = 1341 kw Media annuale ore funzionamento = 4173 ore Ipotesi per il calcolo del PBT: costo dell intervento = sostituzione tutti i motori rispetto al riavvolgimento di tutti i motori tariffa elettrica = 0,1 /kwh 8

10 Uso di MAE - Caso di studio - Osservazioni su PBP da eff3 a eff1 costo riavvolgimento ( ) costo a nuovo ( ) Risparmio energetico (kwh/anno) Risparmio sulla bolletta ( /anno) PBP (anni) 1,57 9

11 Uso di MAE - Caso di studio - Osservazioni finali Potenza elettrica totale considerata = 1341 kw Media annuale ore funzionamento = 4173 ore Risparmio energetico (MWh/anno) cosφ incremento P.B.P. (anni) da eff3 a eff2 57,31 0,25 3,52 da eff3 a eff1 113,56 0,27 2,44 10

12 2 USO DI AZIONAMENTI VARIABILI (VSD) IN IMPIANTI DI POMPAGGIO 11

13 Uso di VSD - CASO DI STUDIO Stazione di pompaggio di acquedotto 12

14 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 =

15 Uso di VSD - CASO DI STUDIO Caratteristiche nominali della pompa: Prevalenza = 50 m Portata = 1269 m 3 /h Velocità = 1490 rpm 14

16 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%) 15

17 Uso di VSD - CASO DI STUDIO - RV test Test con valvola di regolazione Test con valvola di regolazione Potenza attiva (kw) Potenza attiva (kw) 16

18 Uso di VSD - CASO DI STUDIO - RV test % della portata nominale Potenza attiva (kw)

19 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%) 18

20 Uso di VSD - CASO DI STUDIO - VSD test Test con azionamento variabile Potenza attiva (kw) 19

21 Uso di VSD - CASO DI STUDIO - VSD test % della portata nominale Potenza attiva (kw)

22 Uso di VSD - CASO DI STUDIO - confronti Efficienza del VSD Risparmio di potenza attiva in funzione del carico idraulico Potenza - VSD Potenza - RV Risparmio di potenza % di portata 21

23 Uso di VSD - CASO DI STUDIO - confronti Fattore di potenza VSD RV % di portata 22

24 Uso di VSD - CASO DI STUDIO - confronti % della portata nominale durata annua del carico (ore/anno) Consumo annuo di energia attiva (kwh/anno) RV VSD Risparmio annuo di energia (kwh/anno) 17, , , ,4 4315,2 3633, , , , , ,5 5970, , , , , , , , Uso di VDS invece di RV: risparmi di energia elettrica = 26% risparmi di energia primaria = tep/anno 23

25 Uso di VSD - CASO DI STUDIO - confronti Decremento di potenza elettrica con VSD Ore/anno Risparmio di potenza Ore/anno % di portata 24

26 Uso di VSD - CASO DI STUDIO - confronti Domanda annua di energia elettrica Uso di RV - energia annua Uso di VSD - Risparmio annuo Uso di VSD - energia annua % di portata 25

27 Uso di VSD - Osservazioni Tempo di ritorno stimato = anni (P.B.P.) N.B. Si ipotizzano dati per la tariffa elettrica (0.1 /kwh) e dati di costo per i componenti sulla base di valori rilevati attualmente (~ 30 k ) 26

28 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 27

29 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) 28

30 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/ su 29

31 A. Capozza, S. Frigeri: Dimostrazione di tecnologie per il miglioramento dell'efficienza di motori elettrici CESI - A3/ Riferimenti bibliografici su 30

32 GRAZIE Antonio Capozza CESI RICERCA Economia dei Sistemi Elettrici Via Rubattino, Milano ph fax web 31

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