Motori ad alta efficienza ed
azionamenti a velocità variabile
nell’industria e nel terziario
Analisi di casi reali
Antonio Capozza
CESI RICERCA
1
USO DI MOTORI
ELETTRICI AD ALTA
EFFICIENZA (MAE)
2
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):
–
–
–
–
3
potenza attiva (kW)
tensione (V)
corrente (A)
fattore di potenza
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 Pm all’albero
potenza di targa immediatamente superiore a Pm
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
5
Uso di MAE - Caso di studio - Osservazioni su PBP
Potenza elettrica totale considerata = 1.341 kW
Media annuale ore funzionamento = 4.173 ore
Ipotesi per il calcolo del PBT:
• costo dell’intervento = sostituzione tutti i motori rispetto al
riavvolgimento di tutti i motori
• tariffa elettrica = 0,10 €/kWh
9
Uso di MAE - Caso di studio - Osservazioni su PBP
da eff3 a eff1
costo riavvolgimento (€)
19.665
costo a nuovo (€)
37.514
Risparmio energetico (kWh/anno)
113.559
Risparmio sulla bolletta (€/anno)
11.356
PBP (anni)
10
1,57
2
USO DI AZIONAMENTI
VARIABILI (VSD)
IN IMPIANTI DI POMPAGGIO
12
Uso di VSD - CASO DI STUDIO
Stazione di pompaggio di acquedotto
13
Uso di VSD - CASO DI STUDIO
Caratteristiche nominali del motore elettrico:
•
•
•
•
•
•
Frequenza
Tensione
Corrente
Potenza attiva
Velocità
Fattore di potenza
14
=
=
=
=
=
=
50 Hz
500 V
355 A
250 kW
1475 rpm
0.87
Uso di VSD - CASO DI STUDIO
Caratteristiche nominali della pompa:
• Prevalenza
=
50 m
• Portata
=
1269 m3/h
• Velocità
=
1490 rpm
15
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%)
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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%)
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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
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Uso di VSD - CASO DI STUDIO - confronti
Fattore di potenza
VSD
RV
% di portata
23
Uso di VSD - CASO DI STUDIO - confronti
Ore/anno
Decremento di potenza elettrica con
VSD
Risparmio
di potenza
Ore/anno
% di portata
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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
26
Uso di VSD - Osservazioni
Tempo di ritorno stimato = 0,7 0,9 anni
(P.B.P.)
N.B. Si ipotizzano dati per la tariffa elettrica (0,10 €/kWh) e dati di
costo per i componenti sulla base di valori rilevati attualmente
(~ 30 k€)
27
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
•
28
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)
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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 - A3/003935
su http://www.ricercadisistema.it/
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Riferimenti bibliografici
A. Capozza, S. Frigeri:
Dimostrazione di tecnologie per il miglioramento
dell'efficienza di motori elettrici
CESI - A3/014642
su http://www.ricercadisistema.it/
31
GRAZIE
Antonio Capozza
CESI RICERCA
Economia dei Sistemi Elettrici
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