Motori ad alta efficienza ed Motori ad alta efficienza ed azionamenti a velocità variabile azionamenti a velocità variabile

nell’industria e nel terziarionell’industria e nel terziario

Analisi di casi reali Analisi di casi reali

Antonio Capozza

CESI RICERCA

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USO DI MOTORI ELETTRICI AD ALTA EFFICIENZA (MAE)

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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):– potenza attiva (kW)– tensione (V)– corrente (A)– fattore di potenza

Uso di MAE - Caso di studio

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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

Uso di MAE - Caso di studio

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Uso di MAE - Caso di studio - Osservazioni su PBP

Potenza elettrica totale considerata = 1.341 kW Media annuale ore funzionamento = 4.173 oreIpotesi per il calcolo del PBT:• costo dell’intervento = sostituzione tutti i motori rispetto al

riavvolgimento di tutti i motori• tariffa elettrica = 0,10 €/kWh

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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) 1,57

Uso di MAE - Caso di studio - Osservazioni su PBP

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USO DI AZIONAMENTI VARIABILI (VSD)

IN IMPIANTI DI POMPAGGIO

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Uso di VSD - CASO DI STUDIO

Stazione di pompaggio di acquedotto

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Uso di VSD - CASO DI STUDIO

Caratteristiche nominali del motore elettrico:

• Frequenza = 50 Hz• Tensione = 500 V• Corrente = 355 A• Potenza attiva = 250 kW• Velocità = 1475 rpm• Fattore di potenza = 0.87

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Caratteristiche nominali della pompa:• Prevalenza = 50 m• Portata = 1269 m3/h• Velocità = 1490 rpm

Uso di VSD - CASO DI STUDIO

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• 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%)

Uso di VSD - CASO DI STUDIO

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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%)

Uso di VSD - CASO DI STUDIO

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Efficienza del VSD

% di portata

Potenza - VSD

Potenza - RV

Risparmio di potenza

Risparmio di potenza

attiva in funzione del carico idraulico

Uso di VSD - CASO DI STUDIO - confronti

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% di portata

VSD

RV

Fattore di potenza

Uso di VSD - CASO DI STUDIO - confronti

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Ore/anno

Risparmio

di potenzaOre

/an

no

% di portata

Decremento di potenza elettrica con VSD

Uso di VSD - CASO DI STUDIO - confronti

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% di portata

Domanda annua di energia elettrica

Uso di RV -

energia annua

Uso di VSD -

Risparmio annuo

Uso di VSD -

energia annua

Uso di VSD - CASO DI STUDIO - confronti

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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€)

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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

Uso di VSD - Osservazioni

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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)

Uso di VSD - Osservazioni

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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 pompaggioCESI - A3/003935

su http://www.ricercadisistema.it/

31

A. Capozza, S. Frigeri:

Dimostrazione di tecnologie per il miglioramento dell'efficienza di motori elettriciCESI - A3/014642

su http://www.ricercadisistema.it/

Riferimenti bibliografici

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GRAZIE

Antonio Capozza

CESI RICERCAEconomia dei Sistemi Elettrici

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