TECNOLOGIE INNOVATIVE PER LA TUA AZIENDA Da anni si sente parlare di Efficienza Energetica; recentemente l ITALIA ha dato un vero e sistematico impulso alla realizzazione di questo ambizioso progetto. Si tratta di una coppia di provvedimenti che interessano e coinvolgono tanti professionisti che operano nell elettricità quali installatori, manutentori, progettisti, verificatori, nonché tutte le aziende che in un modo o nell altro utilizzano l energia elettrica. Si tratta di vere e proprie opportunità che ognuno di questi operatori non può lasciar cadere nel vuoto. 1 Decreto Legislativo 102/14 per l efficienza Energetica Il decreto chiede, alle Grandi Imprese e alle Aziende Energivore, di svolgere Diagnosi ed Audit Energetici che forniscano gli elementi per determinare i propri consumi (elettrici e termici) ed attuare di conseguenza politiche di efficientamento ed innovazione tecnologica dei propri impianti utilizzatori. Questi Audit Energetici, come prevede il Decreto, devono essere svolti tramite misure strumentali che consentano di registrare nel tempo e continuativamente i principali parametri elettrici indispensabili per una corretta valutazione dei consumi energetici. In particolare, come minima registrazione, lo strumento di audit utilizzato dovrebbe consentire la misura storica di Tensione, Corrente, Potenza Attiva/Reattiva/Apparente, Fattore di Potenza o cosfì e dei valori totalizzati di Energia Attiva/Reattiva/Apparente. Per una migliore e più approfondita analisi sarebbe opportuno inoltre misurare e registrare nel tempo i valori di Distorsione Armonica Totale THD% ed eventualmente anche la scomposizione delle singole componenti Armoniche fino al 25 ordine. Tramite questi dati è possibile conoscere come, quando e quanto si consuma, e quindi valutare le attività di miglioramento previste dal DLgs 102, quali ad esempio: utilizzo di motori elettrici ad Alto Rendimento installazione di trasformatori elettrici a Basse Perdite sostituzione delle fonti illuminanti con altre a Alta Efficienza implementazione o correzione dei Gruppi di Rifasamento inserimento di filtri per l abbattimento delle Armoniche 1
2 Delibera 180 dell Autorità dell Energia per le penali tariffarie sul Rifasamento Dal 01 gennaio 2016 si inaspriscono le penali in bolletta per scarso o non idoneo rifasamento. La Delibera avrà effetto su una vasta quantità di utenti elettrici commerciali, artigianali ed industriali, in quanto si applica per tutte le forniture di energia con contratto di potenza superiore a 16.5kW. Cosa e come cambia? a) la franchigia sul cosfì si riduce, passando dalla finestra 0.90 1.00 alla finestra 0.95 1.00 b) il primo scaglione di penale si estende, per un cosfì medio mensile compreso tra 0.80 e 0.95 c) il secondo scaglione di penale rimane invariato, per cosfì medio mensile inferiore a 0.80 ma sono stati introdotti nuovi vincoli da rispettare: d) il cosfì minimo istantaneo in corrispondenza del momento di picco massimo di potenza richiesta (nelle fascia tariffaria F1) NON PUO essere inferiore a 0.90 e) non si puo MAI avere un cosfì medio mensile inferiore a 0.7. In tal caso scatta l intimazione ad adeguare l impianto o la sospensione del servizio di erogazione elettrica. Gli importi delle penali vengono determinati ogni anno da AEEG sulla base dei reali oneri connessi alla circolazione in rete dell Energia Reattiva superflua. In che modo si adegua la correzione del rifasamento?? Le attività da compiere sono poche e semplici: 1) misura dello sfasamento minimo mensile e medio mensile 2) ritaratura o sostituzione dei gruppi di rifasamento in funzione del nuovo limite 0.95 3) ulteriore misura per accertare che il rifasamento sia ben tarato Per quegli utenti elettrici che hanno anche una produzione interna, ad esempio tramite impianto Fotovoltaico, la questione è ancor più delicata. La misura di cui al punto 1 va fatta con l impianto Fotovoltaico in regola ed in funzione, in caso contrario si potrebbe incorrere in un errato dimensionamento o impostazione dei gruppi di rifasamento con il rischio di peggiorare la situazione. Anche per le azioni volte alla correzione del rifasamento, sarebbe opportuno misurare e registrare nel tempo i valori di Distorsione Armonica Totale THD% ed eventualmente anche la scomposizione delle singole componenti Armoniche fino al 25 ordine. Confronto tra l attuale tariffazione e la nuova. L utente attualmente virtuoso (cosfi = 0,9) si troverà a dover pagare una penale in bolletta, a causa del rifasamento inadeguato. 2
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APPROFONDIMENTI TECNICI A.T.1 - utilizzo di motori elettrici ad Alto Rendimento I motori elettrici ad alta efficienza sono motori elettrici che, grazie a specifici accorgimenti costruttivi, a parità di potenza offrono rendimenti superiori e più costanti, al variare del carico, rispetto a quelli di motori elettrici standard. Una parte dei consumi dei motori elettrici sono dovuti alla presenza di perdite di vario tipo (perdite meccaniche, dispersioni di energia, perdite per correnti parassite, ecc.). Nei motori ad alta efficienza queste perdite sono state ridotte intervenendo sui materiali con cui i motori sono fabbricati o modificando alcuni elementi costruttivi quali: - il nucleo, realizzato con lamierini a basse perdite che diminuiscono le perdite a vuoto; - i conduttori di statore e rotore, realizzati con sezione maggiorata in modo da ridurre l effetto Joule; - le cave, attentamente progettate sia come numero sia come geometria. Tali accorgimenti comportano inoltre un minor sviluppo di calore nel motore e rendono pertanto possibile l impiego di ventole di raffreddamento più piccole (con minori perdite meccaniche e consumi elettrici inferiori). Le Classi di Rendimento dei motori elettrici, definite dalla norma CEI EN 60034-30, per motori trifase fino a 375kW sono: IE1 = rendimento Standard, equiparabile alla precedente classe EFF3 IE2 = rendimento Elevato, equiparabile alla precedente classe EFF2 IE3 = rendimento Premium, equiparabile alla precedente classe EFF1 Le motivazioni inequivocabili che evidenziano il vantaggio di dotarsi di motori ad alta efficienza sono date dal Costo del Ciclo Vita (analisi LCC), riassunto in maniera esplicita da questa tabella Ore operative per anno 2000 ore/anno 4000 ore/anno 6000 ore/anno Prezzo d acquisto 3.8% 1.9% 1.3% Costi di Manutenzione 1.0% 1.0% 1.0% Costi Energetici 95.2% 97.1% 97.7% A.T.2 - installazione di trasformatori elettrici a Basse Perdite Qualsiasi trasformatore elettrico, non essendo una macchina perfetta, è soggetto a perdite, ovvero la potenza fornita dal secondario è sempre inferiore rispetto a quella assorbita dal primario. I fattori che costituiscono ed influenzano queste perdite sono: - Effetto Joule prodotto dalla corrente che scorre negli avvolgimenti (perdite nel rame); - Induzione di correnti parassite nel nucleo che possono a loro volta dissipare energia per effetto Joule (perdite nel ferro); - Perdita di flusso magnetico al di fuori del nucleo che può indurre correnti su oggetti vicini al trasformatore; - Perdite per isteresi magnetica (anch esse presenti nel ferro del trasformatore); - Perdite per movimenti meccanici dovuti a forze magnetiche, solitamente percettibili come il classico ronzio del trasformatore. Esiste una sostanziale differenza di prestazioni e rendimento tra i trasformatori dedicati e progettati per la distribuzione dell'energia elettrica, che normalmente hanno un'efficienza di conversione del 98%, ed i trasformatori di media e piccola taglia utilizzati su apparecchiature e macchine elettriche, che forniscono efficienze dell ordine dell'85%, con perdite notevoli anche quando non alimentano nessun carico. 4
Pertanto, sebbene con valori percentuali decisamente diversi, anche per i trasformatori elettrici valgono le regole di Costo del Ciclo Vita espresse in A.T.1 per i motori elettrici. Un trasformatore elettrico a basse perdite presenta un costo d acquisto superiore, ma nella sua fase di vita funzionale questo costo viene totalmente assorbito e convertito in risparmio in funzione delle minori perdite energetiche di esercizio. A.T.3 - sostituzione delle fonti illuminanti con altre a Alta Efficienza Questa attività di efficientamento energetico è certamente la più comune e, in linea generale, la più semplice da ottenere. Per questo tipo di attività, è opinione comune che l audit energetico preliminare non sia necessario per determinare i consumi elettrici esistenti e per calcolare l ipotetico risparmio ottenibile, ma è sufficiente reperire il valore nominale di targa delle fonti illuminanti in esame e compararle con quelle sostitutive. In realtà, soprattutto quando si tratta di corpi illuminanti obsoleti e lampade di vecchia concezione, il risultato di misura che si ottiene è spesso molto diverso rispetto al dato nominale. Il beneficio economico che si può trarre dall attività di sostituzione delle fonti illuminanti può essere decisamente maggiore rispetto a quello desumibile dai semplici dati nominali. Allo stesso modo è sempre bene accertare, al fine di escludere sorprese, che dopo l azione di efficientamento i nuovi consumi energetici siano in linea con i dati tecnici progettuali e le aspettative di risparmio preventivate. A.T.4 - implementazione o correzione dei Gruppi di Rifasamento La domanda iniziale potrebbe essere: perché rifasare? Cosa significa portare il cosfì da 0.7 a 1.0? a) Ridurre del 50% i costi legati alle perdite sulle linee elettriche b) Aumentare del 50% la corrente disponibile sulle linee elettriche c) Eliminare le penali in bolletta La Potenza Reattiva (Q) non è una potenza realmente utilizzabile, ma si manifesta come una corrente addizionale che dissipa energia e costringe a sovradimensionare le infrastrutture sia da parte dell utilizzatore, sia da parte del fornitore. Per tale ragione i fornitori di energia applicano penali in bolletta quando un utilizzatore consuma potenza reattiva in eccesso. Il Fattore di Potenza, che definisce l assorbimento di Potenza Reattiva, è quindi un indicatore di benessere dell impianto. Se il Fattore di Potenza è basso, la Potenza Reattiva Induttiva è alta (rispetto alla Potenza Attiva) e di conseguenza la bolletta può presentare penali economiche anche elevate. Installare un sistema o gruppo di rifasamento in parallelo ai carichi o a monte dell impianto, riduce le perdite, riduce l invecchiamento elettrico, abbatte sprechi economici. In che modo si implementa o corregge il Rifasamento?? - misura dello sfasamento minimo e medio mensile - ritaratura o sostituzione dei gruppi di rifasamento - ulteriore misura per accertare che il rifasamento sia ben tarato Per quelle utenze elettriche che hanno anche una produzione interna (vedi impianto Fotovoltaico con scambio sul posto), la questione è ancor più delicata, perché si introducono diverse criticità aggiuntive: a) abbassamento del fattore di Potenza lato distributore, a causa della diminuzione della Potenza Attiva erogata (poiché fornita dal fotovoltaico), mantenendo costante la Potenza Reattiva 5
b) l aggiunta di un impianto fotovoltaico in scambio sul posto rende insufficiente il rifasatore esistente, in termini di Potenza Reattiva Capacitiva a bordo c) nelle giornate con nuvole sparse ma cielo terso, l impianto fotovoltaico fornisce un apporto molto variabile in termini di potenza istantanea, con elevato numero di manovre chieste al rifasatore per garantire il corretto Fattore di Potenza. Vi è quindi un forte impatto sui teleruttori, che devono essere adeguatamente dimensionati d) aumento della distorsione armonica dovuta alla presenza degli inverter del sistema fotovoltaico, con conseguente aggravio dello stress per i condensatori A.T.5 - inserimento di filtri per l abbattimento delle Armoniche Il numero sempre crescente di carichi non lineari sulle reti elettriche (inverter, condizionatori di potenza, alimentatori switching, convertitori, ecc ) provoca distorsione armonica, ovvero una alterazione dell aspetto sinusoidale della forma d onda dei segnali di corrente e tensione. Quando le componenti armoniche sono elevate, possono verificarsi svariate anomalie e malfunzionamenti elettrici quali il surriscaldamento di conduttori motori e trasformatori, malfunzionamento di relè di protezione, bruciatura dei sistemi di rifasamento, reset a sistemi/processi automatici, ecc. Le componenti armoniche hanno molto in comune con la Potenza Reattiva ed il basso Fattore di Potenza: - entrambi sono indesiderati in quanto sfruttano parte delle risorse di generatori, cavi e trasformatori e non contribuiscono alla produzione e al trasporto dell energia elettrica - entrambi generano perdite addizionali, perché la corrente circolante sui dispositivi interessati non è produttiva - le armoniche hanno origine soprattutto dai carichi e tendono a propagarsi su tutte le linee elettriche, fino alla fonte di produzione e/o distribuzione dell energia, in senso contrario rispetto al normale flusso della Potenza Attiva.. Si dovrebbe quindi limitare sia la Potenza Reattiva sia le armoniche, utilizzando dispositivi combinati o complementari tra loro. L ideale sarebbe utilizzare dispositivi combinati che contemporaneamente rifasano e filtrano i segnali elettrici. In questo modo si può individuare una frequenza di risonanza del circuito LC lontana dalle frequenze Armoniche, annullando il potenziale sovraccarico dei condensatori di rifasamento. Ciò non sempre è possibile perché il gruppo di rifasamento è già presente ed il costo di sostituzione completa è rilevante; in tali casi si adotta la soluzione del filtro armonico, che può essere di tipo passivo o attivo. Il filtro passivo, che si determina caso per caso accordandolo su una particolare armonica da filtrare, è economico ed è facile da collegare e mettere in funzione. Tale filtro è composto da un condensatore collegato in serie con un induttore in modo che la frequenza di risonanza sia complessivamente pari alla frequenza dell armonica che si desidera eliminare. Il filtro attivo è invece in grado di eliminare in modo automatico le armoniche di corrente presenti in rete entro una vasta gamma di frequenze. Sfruttando la tecnologia elettronica, esso è in grado di immettere un sistema di armoniche in grado di annullare quelle presenti in rete. Il filtro attivo ha il vantaggio di filtrare contemporaneamente decine di armoniche e non comporta costi di progettazione per il dimensionamento. Un audit energetico strumentale, con la registrazione nel tempo del propagarsi delle componenti armoniche, è il modo migliore per identificare quali armoniche e di quale ampiezza sono presenti sull impianto, da quale utenza sorgente vengono prodotte, permettendo di conseguenza di mettere in atto le attività di efficientamento che abbattono la circolazione delle armoniche, portando benefici economici immediati, nonché allungando la vita delle apparecchiature elettriche coinvolte. 6 Rev.00-09/15