Risparmio di energia con convertitori di frequenza PowerFlex Presentazione (AUP 07) Diego Marazzini Automation University, Parma Marzo 2015 PUBLIC INFORMATION Rev 5058-CO900E
Obiettivi 2
Obiettivi Target 20-20-20 Pacchetto di direttive per Clima e Energia Misure istituite dall Unione Europea (EU) nel 2007 emanate nel 2009 Obiettivi chiave per il 2020 20% di riduzione delle emissioni di gas effetto serra rispetto al 2005 20% 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
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
Obiettivi Consumo di energia I motori elettrici nei settori industriali e nei servizi Aria compressa 15% Climatizzazione 3% Altre applicazioni 32% Ventilazione 17% 881.370 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
Obiettivi Potenziale risparmio I motori elettrici nei settori industriali e nei servizi Aria compressa 21% Climatizzazione 2% Altre applicazioni 29% 135.250 GWh Fonte: Organizzazione dello sviluppo industriale delle Nazioni Unite, 2011 Ventilazione 24% Pompe 14% Movimentazione 2% Refrigerazione 8% 6
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
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
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
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
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 5000 11
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
Motori elettrici Classi di Efficienza IEC 60034-30:2008 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
Motori elettrici Curve di efficienza Misurazioni in accordo alla IEC 60034-2-1:2007 100 95 90 85 80 IE3 IE2 IE1 4 poli, 50 Hz 75 70 0.75 7.5 75 375 kw 14
Motori elettrici Requisiti ed evoluzione nel tempo Giugno 2011 Classe di efficienza obbligatoria: IE2 0,75 375 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) 0,75 375 kw 15
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. 2009 16
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
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
Metodi di controllo Variazione di Flusso Ventilatori Serrande di uscita Pompe Valvola Palette ad orientamento variabile Azionamento a frequenza variabile Azionamento a frequenza variabile
Metodi di controllo Analogia con automobile Ventilatori Serrande di uscita Pompe Valvola Palette ad orientamento variabile Azionamento a frequenza variabile Azionamento a frequenza variabile
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!?
Pompe e ventilatori Tecniche di controllo Controllo del flusso mediante valvola 22
Pompe e ventilatori Tecniche di controllo Controllo del flusso con variazione della velocità 23
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
Pompe e Ventilatori Controllo del Flusso Flusso e Prevalenza 121 H max 101 H N 81 61 H dyn 41 21 H st 1 Pompa Sistema 0 20 40 60 80 100 Q [%] Q N 25
Pompe e Ventilatori Controllo del Flusso Velocità e Potenza P [%] Soluzione convenzionale 100 80 60 40 20 0 Controllo di Velocità 0 20 40 60 80 100 N [%] 26
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: 3 1 2 1 2 2 1 2 1 2 1 2 1 2 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 1 2 1 2 N N Q Q 3 1 2 1 2 N N KW KW 2 1 2 1 2 N N P P
Pompe e Ventilatori Flusso - Pressione - Potenza Flow Pressure Power Q Q 2 1 N N 2 1 P P 2 1 N N 2 1 2 KW KW 2 1 N N 2 1 3 100 Dove: 90 N = Velocità Q = Flusso 80 P = Pressione 70 KW = Potenza % Flow, % Pressure, % Power 60 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % Speed
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
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
Convertitori di frequenza PowerFlex Hardware E veramente necessario un climatizzatore? 31
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
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
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
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 750 35
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
Calcolatori del risparmio energetico http://www.rockwellenergycalc.com 37
Calcolatori del risparmio energetico Selezione della modalità http://www.rockwellenergycalc.com 38
Calcolatori del risparmio energetico Dati dei ventilatori http://www.rockwellenergycalc.com 39
Calcolatori del risparmio energetico Dati dei ventilatori http://www.rockwellenergycalc.com 40
Calcolatori del risparmio energetico Profilo di carico http://www.rockwellenergycalc.com 41
Calcolatori del risparmio energetico Profilo di carico http://www.rockwellenergycalc.com 42
Calcolatori del risparmio energetico Risultati http://www.rockwellenergycalc.com 43
Calcolatori del risparmio energetico Risultati http://www.rockwellenergycalc.com Copyright 2015 Rockwell Automation, Inc. Inc. Tutti All i rights diritti reserved riservati. 44
Calcolatori del risparmio energetico Dispositivi mobili Applicazioni disponibili 45
Esempi applicativi 46
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
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 67.000 USD Ritorno dell investimento in meno di un anno Riduzione del consumo di gas 48
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
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 70.000 GBP Ammortamento in meno di 14 mesi 50
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
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 35.000 di costi di manutenzione Ulteriori risparmi nel consumo di energia 52
Esempi applicativi Risorse informative http://literature.rockwellautomation.com Energia 53
Esempi applicativi Risorse informative http://literature.rockwellautomation.com 54
Le vostre domande 55
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
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
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