Manuel Leone, Confindustria Udine, 23 Settembre 2010 Efficienza energetica nei sistemi motorizzati September 24, 2010 Slide 1 La collaborazione con Confindustria Udine Avviata a settembre 2009 Audit energetici sui sistemi motorizzati, per identificare i risparmi ottenibili con l impiego di motori ad alto rendimento e inverter Inizialmente circoscritta alle aziende componenti il Consiglio Direttivo, poi estesa alle imprese energivore associate 14 aziende esaminate Risparmi complessivi stimati 3.000 MWh, di cui il 14% attraverso l uso di motori ad alto rendimento e l 86% con l impiego di inverter September 24, 2010 Slide 2 1
Il bando regionale Efficienza Energetica Art.4 Iniziative finanziabili 1. Sono ammissibili a contributo, nei rispettivi ambiti di intervento, le iniziative localizzate sul territorio della regione Friuli Venezia Giulia di seguito elencate: a) Ambito: Risparmio energetico 2. Interventi di sostituzione di macchine ed apparecchiature esistenti con nuove macchine ed apparecchiature ad elevata efficienza energetica 4. Le iniziative di cui al comma 1, lettera a) 2, prevedono esclusivamente le seguenti tipologie di interventi: sostituzione di motori elettrici esistenti con nuovi motori classificati EFF1; Installazione di inverter; September 24, 2010 Slide 3 Il bando regionale Efficienza Energetica Art.16 Valutazione tecnica e criteri di priorità All iniziativa viene applicato un punteggio dato dalla somma di due indicatori: a) energia primaria risparmiata rapportata al costo di investimento b) minimizzazione degli impatti ambientali, riferiti alle emissioni di CO2 Scadenza per la presentazione delle domande: 28 ottobre 2010 September 24, 2010 Slide 4 2
Il bando regionale Efficienza Energetica Intensità di contribuzione pari all 80% dei costi di acquisto e installazione, la MASSIMA concessa dal bando! September 24, 2010 Slide 5 Tecnologie per l efficienza energetica nell industria Motori ad alto rendimento = maggiore efficienza intrinseca Inverter = regolazione ottimale in funzione del carico September 24, 2010 Slide 7 3
Motori ad alto rendimento September 24, 2010 Slide 8 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 September 24, 2010 Slide 9 4
Motori ad alto rendimento Nuove classi di efficienza, nuove regole Classi di Efficienza IE per motori 4-poli a 50Hz September 24, 2010 Slide 10 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 September 24, 2010 Slide 11 5
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 September 24, 2010 Slide 12 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 September 24, 2010 Slide 13 6
Convertitori di frequenza (Inverter Drives) September 24, 2010 Slide 14 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 September 24, 2010 Slide 15 7
Tipologie più comuni di applicazione Pumps Air compressors Fans Cooling Compressors Others Le pompe e i ventilatori t i sono le applicazioni i i più diffuse in EU Oltre il 95% di tutti i motori sono sovradimensionati September 24, 2010 Slide 16 Efficienza energetica: ventilatori Riducendo del 20% la velocità si risparmia il 50% di energia! September 24, 2010 Slide 17 8
Ventilatori: regolazione a serranda September 24, 2010 Slide 18 Inverter Regolazioni a confronto - esempio ventilatori La situazione più comune è rappresentata da serrande in mandata. Molto spesso non si ha alcun tipo di controllo nonostante la potenza necessaria non sia quella massima. Più raramente si trovano le serrande dapò (in aspirazione) September 24, 2010 Slide 19 9
Inverter su un ventilatore: caso reale Applicazione: ventilatore da 200 kw attualmente parzializzato tramite serrande chiuse al 40% funzionante 5.000 h/anno September 24, 2010 Slide 20 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 51.000 /anno Questo grazie a : una parzializzazione del 55% e non del 60% studio realistico ma cautelativo September 24, 2010 Slide 21 10
Inverter su una pompa: caso reale Applicazione: pompa da 75 kw attualmente parzializzata tramite valvole funzionante 7.000 h/anno Parzializzando tramite inverter si è risparmiato il 23,7% ma non solo September 24, 2010 Slide 22 Inverter su una pompa: caso reale In aggiunta, grazie alla sostituzione del vecchio motore con motore IE2 sono stati risparmiati 17.766 kwh/anno in più. Totale risparmio = 28,3% di consumo in meno September 24, 2010 Slide 23 11
Pompe: regolazioni con valvole Situazioni tipiche viste sul campo September 24, 2010 Slide 24 Inverter Risparmi, investimenti e tempi di payback Risparmi con gli inverter Investimenti Limitati Interventi frazionabili nel tempo Tempi di rientro degli investimenti Fino al 60% e oltre 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 September 24, 2010 Slide 25 12
Fattore di potenza (cosφ) Fonte: CESI RICERCA 1 Fattore di potenza Con inverter 095 0,95 Con valvola 0,9 0,85 0,8 0,75 0,7 Cos fi 0,65 0,6 0,55 0,5 20 30 40 50 60 70 80 90 100 105 % portata September 24, 2010 Slide 26 Casi reali September 24, 2010 Slide 27 13
Casi reali Sistema di aspirazione trucioli in una falegnameria Azienda di falegnameria per arredamento September 24, 2010 Slide 28 Casi reali Sistema di aspirazione trucioli in una falegnameria Configurazione iniziale Un ventilatore da 30 kw aspira it trucioli lida 4diverse postazioni i 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 t 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 September 24, 2010 Slide 29 14
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 200 [MWh/anno] 145 [MWh/anno] 55 [MWh/anno] 36.600 [ /anno] 26.100 [ /anno] 10.500 [ /anno] Costo investimento (inverter + installazione) 6.000 [ ] NPV a 5 anni 39.000 [ ] Tempo di payback < 0,6 [anni] Funzionamento annuo: 3.000 ore Costo energia: 0,18 /kwh September 24, 2010 Slide 30 Casi reali Condizionamento in un ospedale Sistema di condizionamento di un ospedale September 24, 2010 Slide 31 15
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 September 24, 2010 Slide 32 Casi reali Condizionamento in un ospedale Riepilogo intervento Consumo vecchia soluzione 1.160 [MWh/anno] Consumo con inverter 715 [MWh/anno] Risparmio energetico 445 [MWh/anno] Costi energetici vecchia soluzione 139.200 [ /anno] Costi energetici con inverter 85.800 [ /anno] Risparmio annuo 53.400 [ /anno] Costo investimento 53.000 [ ] NPV a 5 anni 178.000 [ ] Tempo di payback <1 anno Riduzione emissioni CO2 220 ton/anno Funzionamento annuo: 8.760 ore Costo energia: 0,12 /kwh September 24, 2010 Slide 33 16
Casi reali Impianto di sollevamento acqua Multiutility September 24, 2010 Slide 34 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 September 24, 2010 Slide 35 17
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 675.513 [kwh/anno] 495.607 [kwh/anno] 179.905 [kwh/anno] 74.306 [ /anno] 54.517 [ /anno] 19.789 [ /anno] Costo budgetario investimento 14.466 [ ] NPV a 5 anni (tasso 5%) 71.212 [ ] Tempo di payback 0.7 [anni] Funzionamento annuo: 8.760 ore Costo energia: 0,11 /kwh September 24, 2010 Slide 36 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 418.860 [kwh/anno] 279.529 [kwh/anno] 139.331 [kwh/anno] 46.075 [ [ /anno] 30.748 [ /anno] 15.326 [ /anno] Costo budgetario investimento 15.978 [ ] NPV a 5 anni (tasso 5%) 50.377[ ] Tempo di payback 1.0 [anni] Funzionamento annuo: 8.760 ore Costo energia: 0,11 /kwh September 24, 2010 Slide 37 18
Dubbi e consigli September 24, 2010 Slide 38 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 September 24, 2010 Slide 39 19
Aspetti da evidenziare Motori I maggiori risparmi non sono necessariamente ottenuti dai motori più grossi I vecchi motori di grosse dimensioni possono avere dei buoni rendimenti, a meno che non siano stati riavvolti, una o più volte I motori ad alto rendimento costano più degli altri In fase di acquisto di un nuovo motore ad alto rendimento si consiglia un oculata selezione e di considerare il LCC (Life Cycle Cost) come criterio di selezione dei prodotti Sostituzione di un motore guasto In caso di guasto, la sostituzione di un motore con uno ad alto rendimento rappresenta un investimento molto ridotto (differenza IE2 / IE1) Riavvolgimento Ogni riavvolgimento riduce di almeno un punto percentuale l efficienza del vecchio motore. Come regola generale, se il vecchio motore che si guasta ha più di 5 anni conviene sostituirlo con uno ad alto rendimento September 24, 2010 Slide 40 Aspetti da evidenziare Inverter Disturbi EMC e armoniche Gli inverter introducono disturbi che opportuni filtri EMC e reattanze eliminano o riducono, mantenendo i tempi di rientro dell investimento dello stesso ordine di grandezza Integrazione impiantistica Aggiungere gli inverter significa anche ottimizzare il funzionamento degli impianti. Sono quindi un beneficio anche per i manutentori e non sono più visti come un possibile elemento di disturbo Applicazioni a velocità fissa Molte delle applicazioni a velocità fissa sono sovradimensionate. Ridurre la velocità anche solo al 90% della nominale (motore a 45 Hz anziché 50 Hz) consente risparmi con investimenti che si ripagano in un anno Compressori L utilizzo di inverter per efficienza energetica è conveniente anche nel caso di applicazioni a coppia costante, come ad esempio per i compressori. Si raccomanda particolare attenzione per i compressori frigo, in cui in generale l inverter deve generalmente essere previsto in fase di progetto September 24, 2010 Slide 41 20
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 i in tempo con i fornitori i 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 (5.5 90 kw) e inverter (7.5 90 kw), termineranno il 31 dicembre 2010. September 24, 2010 Slide 42 September 24, 2010 Slide 43 21