L

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Lefficienza energetica applicata ai motori
elettrici
Unione Industriali di Como19 marzo 2008
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La situazione energetica nazionale

• Il sistema Paese
• Significativa e critica dipendenza energetica
  dallestero 86 energie primarie (petrolio, gas,
  carbone) 17 energia elettrica, soprattutto da
  Francia e Svizzera
• Concordata con gli altri membri UE la riduzione
  del 20 delle emissioni di CO2 entro il 2020

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Il prezzo dellenergia elettrica in alcuni Paesi
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La situazione energetica nazionale

• Il sistema Paese
• Significativa e critica dipendenza energetica
  dallestero 86 energie primarie (petrolio, gas,
  carbone) 17 energia elettrica, soprattutto da
  Francia e Svizzera
• Concordata con gli altri membri UE la riduzione
  del 20 delle emissioni di CO2 entro il 2020
• quindi
• Intensa politica per le energie rinnovabili e il
  risparmio energetico, con meccanismi di incentivi
  per ciascun ambito (certificati bianchi, verdi,
  legge finanziaria 2007 e rinnovo fino al 2010)
• Campagne di istituzionali di comunicazione in
  corso e/o previste per il 2008

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I consumi elettrici dei motori nellindustria
italiana
Totale energia elettrica utilizzata in Italia
Energia elettrica sciupata con tecnologie
obsolete e altamente dissipative
Energia elettrica nellindustria italiana
Energia elettrica utilizzataper i motori
nellindustria
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Motori ad alto rendimento
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Motori ad alto rendimento e motori EFF1
Motori

• Motori ad alto rendimento
• Rendimenti superiori a quelli comunemente diffusi
• Non cè limite di taglie, tipologie o
  configurazioni

• Motori EFF1
• La parte di motori ad alto rendimento che
  rispondono ai requisiti del CEMEP
• Esistono motori ad alto rendimento che non hanno
  la targhetta EFF1
• Esiston motori che, pur presentando la targa
  EFF1, in realtà non lo sono

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Campo di applicazione dellaccordo CEMEP
Motori

• Accordo CEMEP
• È un accordo volontario, come tale richiede
  impegno e correttezza da parte dei costruttori
• Riguarda solo motori a 400 V, 50 Hz, 2 o 4 poli,
  da 1,1 a 90 kW
• Definisce livelli di efficienza, il maggiore è
  EFF1
• Solo i produttori aderenti al CEMEP hanno diritto
  ad utilizzare il marchio EFF1 e solo per motori
  entro le categorie specificate
• Esistono motori di altre taglie, tensioni e
  numero di poli con efficienze superiori allo
  standard di mercato.Questi non possono essere
  marcati EFF1 ma possono essere indicati come ad
  alto rendimento

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Lefficienza dei motori
Motori

• Linee guida Cemep
• accordo volontario tra i costruttori

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Meno energia dispersa sotto forma di calore
Motori

• Un motore con basso rendimento scalda di più
  perché parte della sua energia è dispersa sotto
  forma di calore anziché essere utilizzata per il
  movimento meccanico

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Differenze in un motore EFF 1
Motori

• Oltre ad un migliore design, la differenza
  principale di un motore ad alto rendimento
  risiede nellutilizzo di più materiale e nella
  sua migliore qualità

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I costi - non un valido pretesto
Motori
Dati ENEA 2007
Il costo di acquisto del motore è solo il 1,3
del costo totale della sua vita! Costi di
manutenzione 0,3 Costi energetici 98,4
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Motori
Risparmio con nuovo motore EFF1
Investimento iniziale
Investimento per la sostituzione di un motore
ancora funzionante 650

• Motore da 11 kW, 4 poli 4.000 h/anno
• Vecchio motore funzionante rendimento 83,0
• Nuovo Motore EFF1 rendimento 90,1

Risparmio energetico dopo 10 anni 5.000 per
aver installato un solo motore !
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Motori
Risparmio con motore EFF1 vs EFF2
Investimento iniziale
Delta costo (EFF1 vs EFF2) per la sostituzione di
un motoreguasto 100

• Motore da 11 kW, 4 poli 4.000 h/anno
• Nuovo motore EFF2 rendimento 88,4
• Nuovo Motore EFF1 rendimento 90,1

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Inverter
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Cosè un inverter
Inverter
Linverter varia frequenza e tensione di
alimentazione di un motore elettrico, adeguandone
la velocità alle effettive esigenze del
dispositivo a cui è collegato
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In questo caso cosa fare
Inverter
1. Tengo il piede fermo sullacceleratore e
regolo la velocità azionando energicamente il
freno !?
2. Scalo la marcia e riduco la velocità!
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Efficienza energetica con inverter
Inverter

• L inverter adatta in tempo reale le performance
  del motore alle necessità dellapplicazione
• erogando solo la reale potenza richiesta
• Il risparmio ottenibile dipende dal tipo di
  applicazione in esame
• e dalla tipologia di controllo con cui ci si
  confronta

Performance con Ventilatori
Performance con compressori
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Inverter
Risparmio in pompe e ventilatori

• Nelle applicazioni con pompe e ventilatori,
  linverter consente la migliore efficienza
  energetica per i sistemi a portata variabile
• Il risparmio effettivo può variare dal 20 al 50
  e oltre, il 35 in media rispetto a sistemi on
  -off, valvole o serrande, by pass
• Alcuni impianti funzionano a pieno regime (senza
  regolazione) anche quando è sovradimensionato
• Nei compressori o altre applicazioni (es. nastri
  trasportatori, mixer, estrusori) linverter
  consente risparmi effettivi dal 10 al 30 e
  oltre, per i compressori il 15 in media
• In Italia
• Le pompe e i ventilatori sotto i 90 kW sono oltre
  2 milioni di cui oggi solo l8 regolati da
  inverter
• Gli inverter sono tecnicamente ed economicamente
  applicabili ad almeno un ulteriore 52

Studi Save VSDs for Electric Motor system e
Improving the penetration of EEM and Drives
20
Inverter
Esempio di inverter per un ventilatore
Risparmio energetico dopo 5 anni 5.545 per
aver installato un solo inverter !
21
Non solo compressori
Inverter

• Lutilizzo dell inverter consente risparmi
  considerevoli anche in applicazioni diverse, ad
  esempio nastri trasportatori, mixer, estrusori e
  compressori
• Il risparmio effettivo può variare da un 10 a un
  30 e oltre, per i compressori il 15 in media

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Esempi di casi reali
Azienda di produzione granulati Motori EFF1
23
Sostituzione vecchi motori ancora funzionanti

• 16 motori di varie potenze (tra 1,5 a 75 kW),
  funzionanti dalle 2000 alle 2800 ore allanno -
  costo energia 0,13 /kWh
• Sostituzione con nuovi motori ad alto rendimento
  (EFF1)

Riepilogo Riepilogo
Consumo vecchia soluzione 725 MWh/anno
Consumo con motore EFF1 670 MWh/anno
Risparmio energetico 55 MWh/anno
Costi energetici vecchia soluzione 94.250 /anno
Costi energetici con motori EFF1 87.100 /anno
Risparmio annuo 7.150 /anno
Costo investimento motori EFF1 14.000
NPV a 5 anni 16.200
Tempo di payback 1,9 anni
Riduzione emissioni CO2 27,5 ton/anno
Con gli incentivi della finanziaria payback 1,5
anni !
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Esempi di casi reali
Azienda di falegmameria per arredamento Motori
EFF1 e Inverter
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La 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 dellaria
• Quando una o più postazioni sono inattive, le
  bocchette corrispondenti vengono chiuse e il
  flusso daria delle postazioni rimaste attive
  viene parzializzato

Il flusso delle diverse postazioni è regolato
dalle serrande sulle bocche daspirazione
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La 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 è rallentato per la minore richiesta
  di aria
• Sostituzione anche del motore con uno nuovo ad
  altorendimento (EFF1)

In caso di richiesta parziale della portata, il
ventilatore rallenta e si chiudono solo le
bocchette delle postazioni inattive
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Bilancio energetico ed economico

• Funzionamento annuo 3.000 ore
• Costo energia 0,18 /kWh

Riepilogo Riepilogo
Consumo vecchia soluzione 200 MWh/anno
Consumo con inverter e motore EFF1 145 MWh/anno
Risparmio energetico 55 MWh/anno
Costi energetici vecchia soluzione 36.600 /anno
Costi energetici con inverter e motore EFF1 26.100 /anno
Risparmio annuo 10.500 /anno
Costo investimento (inverter installazione) 6.000
NPV a 5 anni 39.000
Tempo di payback lt 0,6 anni
Riduzione emissioni CO2 27,5 ton/anno
Con gli incentivi della finanziaria payback lt 6
mesi !
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Esempi di casi reali
ABB Sace di Marostica Produzione componenti in
plastica Inverter
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Lesigenza

• La competizione accentuata comporta lassoluta
  necessità di attuare delle politiche di riduzione
  dei costi di produzione
• Lenergia elettrica costituisce una delle
  componenti di costo più importanti per le aziende
  di trasformazione delle materie plastiche
• Consumi elettrici della fabbrica di Marostica
• 6.700.000 kWh nel 2005
• per una bolletta di 786.000
• Decisione maggio 2006
• Ridurre i consumi elettrici dellimpianto di
  almeno un 10

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La configurazione iniziale

• Le presse ad iniezione sono azionate attraverso
  un circuito idraulico.
• Il circuito idraulico è realizzato attraverso una
  pompa funzionante al massimo della potenza per
  tutta la durata del processo.
• I flussi idraulici vengono modificati attraverso
  lapertura/strozzatura di valvole.

Le presse erano controllate attraverso le valvole
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La soluzione

• Sistema con inverter per regolare le pompe delle
  presse ad iniezione

• Programmando opportunamente linverter in base
  alle effettive necessità del ciclo di lavoro, si
  regola la velocità di rotazione delle pompe che
  azionano la presse.
• Il sistema è composto da
• convertitore di frequenza a controllo vettoriale
• Tastiera e display per monitoraggio funzionamento
  installata sul frontale dellarmadio
• armadio con grado di protezione IP54 con
  ventilazione forzata

Le valvole restano sempre aperte e non si usano
per controllare le presse
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Fase Test

• Pressa BMB MC 270
• Misure effettuate con analizzatore digitale di
  energia microvip3.
• Stato macchina produzione

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Fase Test

• Pressa BMB MC 270
• Misure effettuate con analizzatore digitale di
  energia microvip3.
• Stato macchina produzione

Articolo Descrizione Utilizzo macchina (s) Consumo energia (kWh) Consumo energia con INVERTER (kWh) Saving
1CS1380 Coperchio 1 39 24,23 16,5 -31,9
1CS1131Q Mostrina 35 22,5 12,29 -45,4
1CS10011F Scatola 46 21,19 11,78 -44,4
1CS1502B Coperchio 2 39 22,17 14,82 -33,2
1CS7601GA Cassetta 47 20,24 9,78 -51,7
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Risparmio energetico e altri vantaggi

• Risparmio energetico
• la pompa non funziona più costantemente al
  massimo regime ma la sua velocità varia in
  funzione della effettiva richiesta di ogni
  singola fase di lavoro della pressa
• Risparmio nel raffreddamento olio presse
• riduzione dellenergia sprecata in
  surriscaldamento del fluido idraulico ? riduzione
  della potenza di raffreddamento necessaria
• Riduzione della rumorosità
• in conseguenza del funzionamento delle pompe a
  regimi ridotti o addirittura ferme nelle pause
  del ciclo
• Riduzione dei costi di manutenzione
• il fluido idraulico è meno stressato e pertanto
  si prolungano notevolmente gli intervalli di
  sostituzione
• Riduzione della potenza installata
• a parità di potenza contrattuale fornita si
  potranno installare altre presse senza richiedere
  costosi aumenti della stessa

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Risultato del progetto risparmio energetico
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Risultato del progetto ritorno investimento
prodotti sistema installazione 1,3 anni
Senza incentivi, nel 2006 non erano previsti
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Riassumendo

• 9 inverter hanno permesso
• risparmio di 442.090 kWh di energia elettrica
• riduzione di 317 tonnellate di CO2
• risparmio di 50.840 in bolletta
• A fronte di
• investimento totale di 65.416
• tempo di payback di 1,3 anni
• NPV a 5 anni pari a 168.284

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Aree di intervento nelle industrie
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Unesperienza da cui prendere spunto

• Unazienda chiedeva supporto per efficienza nei
  loro impianti
• Siamo già attivi da anni per rendere efficienti
  i nostri impianti, abbiamo già installato
  inverter su tutti i ventilatori che avevano
  serrande e i nuovi motori sono EFF1 in specifica.
  Cosaltro possiamo fare?
• Alla fine ecco i compiti a casa
• Analizzare vantaggi e ritorni per
• Sostituzione tutto il parco installato motori BT
  (del 1970 !) con EFF1
• Installazione inverter su pompe
• Installazione inverter su compressori
• Installazione inverter su ventilatori velocità
  fissa (riduzione velocità all80)
• Installazione inverter su motori in MT
• Sostituzione trasformatori MT BT vecchi e di
  bassa efficienza

40
Concludendo
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Cosè lefficienza energetica
Efficienza Energetica Produrre di più
consumando di meno
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Benefici per il sistema Paese
Il valore della responsabilità

• Risparmio energetico risparmio economico
• Efficienza energetica produrre di più
  consumando di meno
• Migliore tecnologia maggiore affidabilità dei
  propri impianti
• Minori consumi oggi minore incremento del costo
  dellenergia domani

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In pratica dove iniziare a cercare il risparmio
Il valore per le aziende

• Tutti i motori di bassa tensione (motori EFF1),
  specie se funzionanti molte ore allanno
• Impianti con un installato particolarmente
  vecchio (motori riavvolti e regolazione
  tradizionale)
• Pompe, ventilatori, compressori
• Motori di media tensione dove è possibile
  aggiungere un inverter

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(No Transcript)