Motori elettrici più efficienti: un'opportunità di risparmio

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Motori elettrici più efficienti: un'opportunità di risparmio

  1. 1. A M B I E N T E E R I S PA R M I O E N E R G E T I C O A M B I E N T E E R I S PA R M I O E N E R G E T I C O IMPRESE X INNOVAZIONE Motori elettrici più efficienti: un’opportunità di risparmio Questa guida è stata realizzata in collaborazione con AIMB - Associazione Industriali Monza e Brianza e ABB Sace. Suggerimenti per migliorare l’utilità di queste guide e per indicare altri argomenti da approfondire sono più che benvenuti: toolkit@confindustria.it www.confindustriaixi.it
  2. 2. A M B I E N T E E R I S PA R M I O E N E R G E T I C OGUADAGNARE RISPARMIANDO ENERGIAÈ noto che, nell’industria, il 70-80% circa Il rimodernamento del parco motori elettrici,dei consumi di energia elettrica è da adde- per quanto riguarda sia le macchinebitarsi ai motori elettrici. Una voce di co- che il loro controllo, è uno degli interventisto indispensabile, per l’attività di molte più efficaci per ridurre i costi aziendali dovutiaziende, ma che grava sui bilanci delle at- ai consumi energetici, con tempi di ritornotività stesse. sugli investimenti generalmente compresiC’è, giustamente, una sensibilità crescente tra uno e due anni. efficiente utilizzo consente di ottenere, in tempi brevi, inatte- si benefici economi- ci, grazie ai risparmi sulle bollette energe- tiche, anche quando ciò debba richiedere delle sostituzioni. Basta considerare un semplice fatto: il co- sto totale legato al ci- clo di vita del motore (tipicamente superio- re a 10 anni) è com- posto per il 98% dal suo consumo di ener- gia elettrica, mentreverso le problematiche di tutela dell’am- solo il 2% è dato dal costo iniziale (acqui-biente e di sviluppo sostenibile; ma, spes- sto più installazione) e dalla manutenzio-so, sfugge il fatto che molti dei provvedi- ne. È evidente che, alla luce di queste con-menti utili e necessari per raggiungere im- siderazioni, nella maggior parte dei casi ri-portanti obiettivi in questi campi compor- sulterà più proficuo adottare motori e si-tano anche significativi vantaggi per le sin- stemi di controllo tecnologicamente evo-gole aziende, oltre che per la collettività. luti piuttosto che concentrarsi unicamenteProprio i motori elettrici sono, in questo sull’incidenza dei costi d’acquisto o di so-senso, un caso emblematico: un loro più stituzione dell’esistente. 1
  3. 3. MOTORI ELETTRICI PIÙ EFFICIENTI A M B I E N T E E R I S PA R M I O E N E R G E T I C O COME RIDURRE I CONSUMI ELETTRICI I MOTORI AD ALTA EFFICIENZA I modi per ridurre i consumi legati ai mo- I motori più moderni, costruiti con ma- finita una classificazione dei motori in L’utilizzo combinato di motori ad alta efficienza tori elettrici sono essenzialmente due: au- teriali tecnologicamente evoluti e secon- tre diverse classi di efficienza: Eff1, Eff2, Eff1 e di convertitori di frequenza mentarne l’efficienza intrinseca e ottimiz- do criteri progettuali che ne ottimizzano Eff3. Come si può notare dalla figura 1, i per regolarne la velocità e controllare zarne il funzionamento. le parti attive, presentano valori di effi- motori a più alta efficienza sono quelli altri parametri dell’impianto, comporta Per quanto riguarda il primo caso, la mag- cienza molto più elevati che in passato. in classe Eff1 (Figura 2), e su questi do- una riduzione dei consumi che può arrivare giore attenzione va rivolta ai motori di bas- In base ad un accordo volontario tra i vrebbe concentrarsi l’attenzione da par- fino al 60% rispetto alle installazioni sa tensione; i motori di media tensione, in- principali produttori europei è stata de- te degli utenti in caso di acquisto, ricor- tradizionali. fatti, hanno normalmente un rendimento dando quanto già precedentemente sot-A M B I E N T E E R I S PA R M I O E N E R G E T I C O intorno al 94-96%, mentre quelli di bassa tolineato che, pur essendo il costo di un tensione hanno un’efficienza media ben motore Eff1 ancora superiore di circa il inferiore, intorno all’80-85%. Con l’utiliz- zo di motori a maggiore efficienza, i ri- FIGURA 1 - CATEGORIE DEI MOTORI IN FUNZIONE DEL LORO RENDIMENTO sparmi ottenibili consentono un ritorno 100% - d’investimento in tempi assolutamente ra- gionevoli e interessanti, variabili tipica- 95% - EFF 1 ALTA EFFICIENZA mente tra 12 e 24 mesi. 90% - Questo vale sia quando si tratta di nuove NZA FICIE installazioni, dove il costo aggiuntivo è EDIA EF 85% - EFF 2 M calcolato in base alla differenza tra il co- sto del motore ad alta efficienza e il costo 80% - del motore tradizionale, sia nella revisione EFF 3 BASSA EFFICIENZA di vecchi impianti, dove il costo aggiunti- 75% - 1,1 1,5 2,2 3 4 5,5 7,5 11 15 18,5 22 30 37 45 55 75 90 vo del nuovo motore, che sostituisce il vecchio, è compensato da un più impor- tante beneficio energetico, considerando FIGURA 2 - MOTORI AD ALTA EFFICIENZA EFF1 20-30% rispetto a un Eff2 che i vecchi motori possono avere rendi- equivalente (gli Eff3 si pos- menti spesso inferiori all’80% e che, ad sono ormai considerare ogni intervento di riavvolgimento effettua- scomparsi dalle nuove for- to durante la vita del motore, si ha un calo portata, mediante sistemi meccanici forte- niture), il costo preponde- di rendimento di almeno un 3% del valore mente dissipativi (valvole, serrande, by- rante nella vita utile di un precedente. pass), può essere sostituita dalla regolazio- motore tradizionale è quel- Un secondo modo per risparmiare energia ne mediante convertitori di frequenza. I ri- lo legato ai consumi di elettrica consiste nell’ottimizzazione del sparmi ottenibili, in questo caso, possono energia, che si attesta intor- funzionamento dei motori, in particolare raggiungere un ordine di grandezza del no a circa il 98%, ed è quando si tratta di pompe e ventilatori. In 50% e oltre, con rientri di investimento Il produttore certifica il rendimento dei propri motori quello che è più importan- e offre sugli stessi una garanzia di 36 mesi. questi casi la tradizionale regolazione di medi spesso inferiori ad un anno. te e vantaggioso abbattere.2 3
  4. 4. MOTORI ELETTRICI PIÙ EFFICIENTI A M B I E N T E E R I S PA R M I O E N E R G E T I C O Negli esempi che seguono si può con- scenderà dal 100% a solo un ottavo di cretamente rilevare, in termini numeri- quello nominale. ci, l’entità dei possibili risparmi che si Nella figura 3 si evidenzia la differenza ottengono con i motori a più alta effi- di energia elettrica necessaria a monte cienza. del trasformatore per fornire pari lavoro utile a una pompa centrifuga, valutando Esempio 1: nuova installazione Esempio 2: sostituzione di un vecchio motore la soluzione con regolazione a valvola (a sinistra) rispetto quella ad inverter (aA M B I E N T E E R I S PA R M I O E N E R G E T I C O VANTAGGI DI UN MOTORE EFF1 VANTAGGI NELLA SOSTITUZIONE IN CONDIZIONI destra). DA 3 KW RISPETTO AD UN MOTORE EFF2 DI CARICO GRAVOSO (7.680 H/ANNO) Tenendo conto delle efficienze di tutti i componenti e delle relative perdite di Prezzo medio motore Eff1 = 280 € Motore esistente: carico, risulta che, fatto 100% il lavoro efficienza (Eff1) = 87,6% efficienza = 81% (stima conservativa) che in entrambi i casi la pompa deve Prezzo medio motore Eff2 = 220 € Motore nuovo: Prezzo medio Eff1 = 280 € erogare, con la soluzione a valvola sarà efficienza (Eff2) = 85% efficienza (Eff1) = 87,6% impiegata un’energia pari al 285% con- Numero annuo di ore di funzionamento = 3.840 Numero annuo tro il 160% necessario nel caso della so- h/anno di ore di funzionamento = 7.680 h/anno Costo medio del kWh = 0,10 €/kWh (valore Costo medio del kWh = 0,10 €/kWh FIGURA 3 - DIFFERENZA DI ENERGIA NECESSARIA, A PARITÀ DI POTENZA UTILE, minimo attuale, previsto in aumento) (valore minimo attuale, previsto in aumento) PER IL FUNZIONAMENTO DI UNA POMPA NELLE DUE SOLUZIONI DI CONTROLLO: MEDIANTE VALVOLA E MEDIANTE CONVERTITORE DI FREQUENZA. Risultato: Risultato: Pompa con controllo a Valvola Pompa con Inverter Potenza Necessaria 285% Potenza Necessaria 160% Risparmio annuo = 40 € Risparmio annuo = 214 € 285% 160% Payback = 1,5 anni Payback = 1,3 anni Perdite Perdite del Trasformatore del Trasformatore 281% 158% I CONVERTITORI DI FREQUENZA quando non è richiesto. In particolare, Perdite ~ Perdite ~ del Motore dell’Inverter Oltre che con l’applicazione di motori si ottengono risparmi energetici molto M 265% 152% ad alta efficienza, notevoli risparmi sui rilevanti quando si utilizzano gli inver- Perdite Perdite costi energetici si ottengono con gli ter per controllare pompe e ventilatori. azionamenti a velocità variabile, in cui Se, per esempio, in alcuni periodi di della Pompa M del Motore 160% 142% il funzionamento dei motori viene con- funzionamento un impianto richiede la Perdite Perdite trollato dai convertitori di frequenza, metà della portata nominale, l’inverter della Valvota della Pompa noti anche come inverter, che ne varia- comanderà al motore di dimezzare la 100% 100% no il numero di giri secondo le reali esi- sua velocità e, siccome la potenza ri- genze di ogni applicazione, evitando il chiesta dal carico varia con il cubo del- Potenza Utile Potenza Utile funzionamento alla massima potenza la velocità, l’assorbimento energetico4 5
  5. 5. MOTORI ELETTRICI PIÙ EFFICIENTI A M B I E N T E E R I S PA R M I O E N E R G E T I C O luzione con inverter; si tratta, quindi, di FIGURA 4 una differenza del 44%, tutt’altro che trascurabile. I convertitori di frequenza permettono di ridurre anche i costi di manutenzio- ne, abbattere la rumorosità dell’impian- to e rifasare il carico ad un valore di cos prossimo a 1 (tipicamente 0,98),A M B I E N T E E R I S PA R M I O E N E R G E T I C O aggiungendo in tal modo un ulteriore fattore di efficienza energetica. Anche per quanto riguarda l’applicazio- ne degli inverter, un esempio numerico può indicare, in concreto, l’entità dei ri- sparmi che si ottengono utilizzando le nuove soluzioni tecnologiche. Le ipotesi su cui si basano i conteggi dell’esempio 3 sono le seguenti: • 6.000 h/annue di funzionamento; • costo dell’energia elettrica 0,10 €/kWh; Per agevolare gli utenti nel rimodernamento degli impianti, è possibile richiedere convertitori di frequenza già completi • ciclo di carico come da Studio della di filtri EMC primo ambiente, induttanze a saturazione Comunità Europea; variabile, pannello di controllo multilingue. Esempio 3: utilizzo di inverter RIASSUMENDO: santi opportunità di risparmio energe- COSA FARE PER RISPARMIARE tico. Applicazione Potenza Riduzione consumi Riduzione emissioni CO2 Tempo di payback SUI CONSUMI DI ELETTRICITÀ (senza valorizzazione • Verificare l’incidenza dei motori sui • Un motore elettrico vecchio presenta della riduzione di CO2) consumi totali di energia elettrica nel- comunque rendimenti scadenti, spes- Ventilatore 7,5 kW -9.997 kWh/anno (-44%) -4.999 kg/anno 0,8 anni l’azienda, ricordando che, in genera- so inferiori all’80%, anche senza esse- le, nelle applicazioni industriali tale re già stato riavvolto: sostituire un mo- Pompa 11 kW -18.974 kWh/anno (-36%) -9.487 kg/anno 0,6 anni incidenza può raggiungere il 70-80% tore obsoleto, benché ancora funzio- di questi consumi. Un censimento del nante, con uno ad alta efficienza tec- parco motori installato, che ne consi- nologicamente più evoluto comporta • confronto con regolazione a serranda I tempi di ritorno sugli investimenti così cal- deri potenza, rendimento, numero risparmi energetici che consentono di per il ventilatore; colati sarebbero ulteriormente ridotti se si va- medio annuo delle ore di funziona- recuperare il costo dell’investimento • confronto con regolazione on/off per lorizzasse anche la riduzione delle emissioni mento, può rivelarsi molto utile: è più in tempi molto brevi, compresi tra uno la pompa. di anidride carbonica nell’ambiente. che probabile che si scoprano interes- e due anni; successivamente si ottiene6 7
  6. 6. un importante risparmio annuo per tut- tengono già dal primo anno di utilizzo. ta la durata di vita utile di ogni moto- re installato (normalmente ben supe- • Fare funzionare i motori a pieno regime riore ai dieci anni). anche quando non sarebbe necessario, co- me nel caso tipico degli impianti in cui la • Le considerazioni sui risparmi ottenibi- portata dei fluidi viene variata con mezziA M B I E N T E E R I S PA R M I O E N E R G E T I C O li, grazie alla maggiore efficienza, so- meccanici quali le valvole e altri compo- no fondamentali anche nell’acquisto di nenti similari, genera elevati consumi di motori per nuove installazioni: il mag- energia che si possono evitare utilizzando gior costo iniziale di un motore di clas- i moderni inverter. Regolando la velocità se Eff1 ad alta efficienza rispetto ad del motore, questi apparecchi permettono uno di efficienza inferiore è irrisorio ri- di controllare efficacemente le altre varia- spetto ai risparmi energetici che si ot- bili d’impianto come, appunto, la portata.8

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