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Impatto energetico ed economico dell’utilizzo di motori elettrici ad efficienza migliorata. Analisi sul parco motori di un’acciaieria italiana

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Impatto energetico ed economico dell’utilizzo di motori elettrici ad efficienza migliorata. Analisi sul parco motori di un’acciaieria italiana

Il presente studio si inquadra nelle attività del progetto ELTEC – sottoprogetto DEMOELEC della Ricerca di Sistema, il quale si propone di individuare e valutare i processi industriali innovativi fondati sull’uso dell’energia elettrica che meritino attenzione sia per la loro superiore efficienza, sia per la capacità di contribuire a ridurre l’impatto ambientale. Più in particolare, l’attività in oggetto prende in considerazione studi e valutazioni quantitative energetiche ed economiche di azioni di sostituzione di motori elettrici a bassa efficienza con altri di efficienza migliorata e descrive attività logicamente sequenziali a quelle descritte in un precedente rapporto (Frigeri S., Studio sulle possibilità di risparmio energetico nell’utilizzazione dei motori elettrici. CESI SFR-A1/037014, dic. 2001). In tale precedente rapporto era stato valutato il risparmio annuo nazionale, in termini di riduzione di gas serra, a fronte di interventi di sostituzione che prevedessero, entro la fine dell’anno 2010, la totale sostituzione dei motori attualmente installati con altri a maggior efficienza. Erano stati considerati, in particolare, i motori installati nei settori relativi all’Agricoltura, all’Industria, ad alcuni sottosettori del terziario e per il settore abitativo alcuni ambiti di utilizzo quali ascensori e impianti di riscaldamento centralizzati. Partendo dai dati consolidati relativi all’anno 1991, derivati da precedenti analoghe attività di studio (vedi Fonti dello Studio, al punto 5), e sulla base del censimento intermedio ISTAT del 1996, si sono sviluppate valutazioni sul numero dei motori e i relativi consumi di energia elettrica per gli anni 1996 e 2000 utilizzando questi dati per estendere la stima di tali parametri al 2010. Si era ipotizzato di sostituire, entro il 2010, tutti i motori attualmente installati con altri a maggior efficienza. I motori considerati erano stati quelli asincroni trifase a bassa tensione e di bassa potenza (che sono i più diffusi); questi, sulla base di accordi tra CEMEP e Commissione Europea, erano stati suddivisi in tre categorie con specifiche etichette indicative della classe di efficienza di appartenenza: eff 3 : sono praticamente i motori di tipo standard (quelli che si ritiene attualmente installati); eff 2 : sono motori che presentano un rendimento aumentato rispetto ai precedenti; eff 1 : sono motori ad alta efficienza. Dall’analisi dei risultati è risultato che, nel 2010, già solo con l’adozione di motori in classe di efficienza eff2 si sarebbe ottenuto un sensibile risparmio nell’energia elettrica annua consumata dai motori (dell’ordine di circa 3500 GWh/anno) e, di conseguenza, nelle tonnellate di petrolio equivalente risparmiate (circa 0.8 Mtep/anno) insieme alla riduzione delle emissioni di gas serra (circa 1.7 Mton CO2/anno). Il risparmio sarebbe stato poi ancora maggiore ipotizzando un’incidenza parziale o totale di motori in classe eff1 nella sostituzione. Tali premesse sono state giudicate assai allettanti ed in linea con quanto si va affermando a voce sempre più unanime a livello internazionale (vedasi ad es. (2)), ossia che gli interventi sul macchinario elettrico

rotante (siano essi di recupero di efficienza o di adozione di azionamenti a velocità variabile) sono tra quelli potenzialmente più ricchi di prospettive ai fini del contenimento dei consumi energetici. Ciò è reso ancor più significativo in un momento come questo, nel quale sono in fase di attuazione i due Decreti Ministeriali del 24.4.01, che impongono misure obbligatorie di riduzione dei consumi energetici derivanti da usi finali di elettricità e di gas e che annoverano l’utilizzo di motori più efficienti tra gli interventi efficaci a tal fine. Si è quindi ritenuta opportuna e necessaria una prosecuzione degli studi focalizzata su di una sperimentazione in campo la quale, anche se presumibilmente di validità e di orizzonte più limitati, consentisse di apprezzare maggiormente gli aspetti quantitativi di tale intervento, sia dal punto di vista energetico che economico. A tale proposito, è stato stipulato un accordo con le acciaierie COGNE di Aosta, relativo ad una campagna di monitoraggio avviata sui motori elettrici presenti nella loro industria, al fine di valutare e quantificare possibili contenimenti di consumi derivanti da sostituzione di questi con motori a più elevata efficienza. COGNE ha dato disponibilità di accesso ed assistenza al CESI per raccolta di dati ed effettuazione di misure. I motori considerati sono stati quelli asincroni trifase a bassa tensione e di potenza non superiore ai 90 kW. Una prima parte delle indagini, propedeutica all’attività sperimentale, è consistita nella definizione puntuale della metodologia per il calcolo del decremento dei consumi e dei benefici economici collegati, come anche per il calcolo dei costi. In tale contesto sono state sviluppate delle basi di dati semplificate contenenti informazioni sul comportamento medio di motori elettrici in termini di rendimento e di fattore di potenza in funzione del fattore di utilizzo (ossia del rapporto tra potenza effettiva e potenza di targa). Nella seconda parte dello studio si è affrontata l’attività sperimentale propriamente detta. A valle di un censimento di circa 190 motori elettrici, se ne sono caratterizzati sperimentalmente 54 attraverso misure di potenza elettrica assorbita e di fattore di potenza. Di 45 di questi si è valutato il consumo annuo di energia attiva e reattiva; si è valutato poi il risparmio annuo di energia attiva, reattiva, primaria e di costo sulla bolletta conseguenti dalla loro ipotetica sostituzione, una volta raggiunta la fine vita, con motori di maggiore efficienza (di classe “eff2” – ad efficienza migliorata, di classe “eff1” – ad alta efficienza) e si sono stimati i costi addizionali da affrontare per la loro sostituzione rispetto al semplice riavvolgimento. I risultati sono compendiati nelle successive due tabelle, relative ad una situazione di regime caratterizzata dalla sostituzione di tutti i 45 motori considerati:

* tariffa energia elettrica = 0,1 €/kWh Dati ricapitolativi: adozione di motori eff2 invece che di eff3 riavvolto Risparmio netto di energia primaria 14,24 tep/anno Delta costo a nuovo 18.325 (€) Risparmio sulla bolletta 6.471 (€/anno) tempo di ritorno 2,83 (anni) * tariffa energia elettrica = 0,1 €/kWh Dati ricapitolativi: adozione di motori eff1 invece che di eff3 riavvolto Risparmio netto di energia primaria 26,46 tep/anno Delta costo impianto 25.839 (€) Risparmio sulla bolletta 12.027 (€/anno) tempo di ritorno 2,15 (anni) Da tali elaborazioni si evince che per il particolare campione considerato, il risparmio di energia è tale da ripagare i costi dell’intervento di sostituzione entro un periodo di 2-3 anni. Va osservato che tali valutazioni sono da considerarsi cautelative in quanto ulteriore recuperi economici, sia in termini di penali evitate che di costi evitati per il rifasamento, sono da attendersi in virtù degli ancora più ragguardevoli risparmi annui di energia reattiva che l’intervento di sostituzione consente di conseguire.

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