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OrizzontEnergia

Motori elettrici e inverters

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Le principali aree di intervento per il perseguimento del risparmio energeticorisparmio energetico
Con questo termine si intendono tutte le iniziative intraprese per ridurre i consumi di energia, sia in termini di energia primaria sia in termini di energia elettrica, adottando stili di vita e modelli di consumo improntati ad un utilizzo più responsabile delle risorse.
nell'ambito industriale sono state individuate in:

  • Motori ad alta efficienza
  • InverterInverter
    Dispositivi atti a modificare la velocità  di un motore elettrico modulandone la frequenza di alimentazione in base al carico richiesto, ovvero adattando il funzionamento del motore alle necessità  del momento evitando, quindi, sovradimensionamenti e sprechi.
  • Impianti di cogenerazionecogenerazione
    Processo di produzione congiunta di energia elettrica e calore utile, in cascata, che può essere impiegato per scopi industriali (calore di processo) o per il teleriscaldamento. La cogenerazione comporta un sensibile risparmio di energia primaria rispetto alla produzione separata di elettricità a calore.
    /trigenerazione
  • Illuminazione Efficiente
  • Pompe di calore
  • Climatizzazione
  • Rifasamento

 

Il MSE nei suoi decreti e l'ENEA e CESI Ricerca nei loro rapporti sottolineano la centralità degli interventi sui motori elettrici ed inverter per il conseguimento degli obiettivi di risparmio energetico, considerata la prevalenza del consumo dei motori elettrici (74%) sul resto del comparto industriale ed il suo potenziale di risparmio energetico.

Div/1 EN/4 RISP/MOT&INV_Div1_Inverter.jpg

I motori elettrici consumano circa 123 TWh/anno di cui più di 20-25 TWh (ca. il 7.5% dei consumi elettrici nazionali) sono sprecati ovvero evitabili attraverso l'utilizzo di più moderne tecnologie da tempo disponibili e pienamente testate.Tale risparmio condurrebbe ad una riduzione di costi di esercizio e manutenzione pari a 2 mld euro/anno e permetterebbe di evitare l'emissioneemissione
Qualsiasi sostanza solida, liquida o gassosa introdotta nell'atmosfera a seguito di processi naturali o antropogenici, che produce direttamente o indirettamente un impatto sull'ambiente.
di ca. 10-12 Mton CO2CO2
Gas inodore, incolore e non infiammabile, la cui molecola è formato da un atomo di carbonio legato a due atomi di ossigeno. È uno dei gas più abbondanti nell'atmosfera, fondamentale nei processi vitali delle piante e degli animali (fotosintesi e respirazione).

nell'atmosferaatmosfera
Involucro di gas e vapori che circonda la Terra, costituito prevalentemente da ossigeno e da azoto, che svolge un ruolo fondamentale per la vita delle specie, perché fa da schermo alle radiazioni ultraviolette provenienti dal Sole. Essa si estende per oltre 1000 km al di sopra della superficie terrestre ed è suddivisa in diversi strati: troposfera (fino a 15-20 chilometri), stratosfera (fino a 50-60 chilometri), ionosfera (fino a 800 chilometri) ed esosfera.
.

Studi svolti nell'ambito del programma europeo Motor Challenge valutano che il potenziale di risparmio possa essere del 29% comportante una riduzione di 16 mln tons di emissioni di CO2.

In effetti studi europei sottolineano la possibilità di ottenere un risparmio energetico del 8% attraverso l'utilizzo di motori ad alta efficienza e del 40-50% con l'introduzione di regolatori di velocità (inverter).La sostituzione di motori tradizionali con motori ad alta efficienza abbinati a variatori di velocità può condurre a risparmi fino al 60%.

Vengono forniti di seguito alcune informazione più dettagliate relativamente ai due interventi più comunemente applicabili:

MOTORI AD ALTA EFFICIENZA

I motori ad alta efficienza sono motori elettrici che grazie a miglioramenti tecnologici rispetto ai motori standard sono in grado di ottenere rendimenti superiori.

I motori ad alta efficienza (EFF1-EFF2) possono accrescere l'efficienza dei motori di classe inferiore (EFF3) mediamente del 2-3% fino al 10%, particolarmente quando il motore è utilizzato per almeno 4-5,000 ore/anno, grazie ad utilizzo di materiale di superiore qualità e migliore progettazione e componentistica che permettono di ridurre l'energiaenergia
Fisicamente parlando, l'energia è definita come la capacità di un corpo di compiere lavoro e le forme in cui essa può presentarsi sono molteplici a livello macroscopico o a livello atomico. L'unità di misura derivata del Sistema Internazionale è il joule (simbolo J)
dispersa sotto forma di calore invece che per il funzionamento del motore.

Apparentemente l'accrescimento dell'efficienza è marginale. In realtà può condurre a significativi risparmi in quanto il costo dell'investimento ovvero l'esborso per la sostituzione di un motore di classe di efficienza inferiore è pari al 1.3% del costo totale della sua vita, essendone preponderante il costo del funzionamento (costi energetici = 98.4%) rispetto al costo di acquisto (1.3%) e manutenzione (0.3%).

In sostanza il costo d'acquisto è pari al costo di funzionamento per 3 mesi, contro una vita attesa di almeno 10 anni.

Il ritorno dell'investimento avviene infatti generalmente nell'arco di 1-3 anni. Vedi seguente esempio.

Div/1 EN/4 RISP/MOT&INV_Div2_Tab motore alta effic.jpg

ESEMPIO SOSTITUZIONE MOTORE 7.5 KWKW
Unità di misura della potenza equivalente a 1.000 Watt.
EFF2 CON MOTORE EFF1 - 3000 ore/anno

Investimento iniziale

- Motore EFF2 (rendimentorendimento
In termini generali il rendimento è il rapporto tra "quanto ottenuto" in un processo e "quanto speso" per fare avvenire lo stesso processo. In termodinamica rappresenta la capacità di un sistema di convertire l'input di calore in lavoro utile. Il rendimento è un numero puro (cioè non ha unità di misura) ed è sempre compreso tra 0 e 1. A seconda dei termini che vengono messi a confronto è possibile ottenere diverse tipologie di rendimento utili a definire la bontà di un processo o di una macchina (per esempio rendimento elettrico, rendimento termico, ecc..) ma il ragionamento alla base è sempre lo stesso.
85 %): 480 euro

- Motore EFF1 (rendimento 91 %): 650 euro

Consumo energetico

- Motore EFF2: 3000 h x 0.12 euro/kWhkWh
Unità di misura dell'energia elettrica equivalente a 1.000 Wh (wattora), ovvero 1.000 W forniti o richiesti in un'ora.
x 7.5 kW / 0.85 = 3.176 euro

- Motore EFF1: 3000 h x 0.12 euro/kWh x 7.5 kW / 0.91 = 2.967 euro

Bilancio dell'investimento

- Differenza costo motori 170 euro

- Risparmio energetico annuo 209 euro

Ritorno dell'investimento < 10 mesi.

Considerando una vita media di 10 anni, il risparmio energetico di un solo motore ammonterebbe a 2.090 euro contro un costo per l'acquisto di 170 euro!

Purtroppo gli utilizzatori generalmente concentrano la propria attenzione sul costo iniziale del motore, dimenticandosi che il costo del motore è 60-70 volte minore dei costi di esercizio. Ad esempio il costo d'acquisto di un motore di 15 kW è di di ca. 700 euro mentre il costo totale di gestione è stimabile nell'ordine di 40-50.000 euro.

Oltre a condurre a risparmi energetici i motori a più alta efficienza offrono altri vantaggi quali:

  • durata maggiore del motore grazie alla riduzione delle sovratemperature
  • riduzione della ventilazione richiesta e della conseguente rumorosità
  • maggiori benefici in presenza di un inverter
  • migliore comportamento a fronte di carichi ridotti o variazioni di tensionetensione
    Grandezza fisica che rappresenta l'energia necessaria a far fluire una carica elettrica tra due punti, per creare una corrente. Nel Sistema Internazionale si misura in Volt. Le linee elettriche possono essere ad altissima tensione (tensione nominale superiore a 150 kV), alta tensione (compresa fra 35 e 150 kV), media tensione (compresa fra 1 e 35 kV) e a bassa tensione (tensione inferiore a 1 kV).

La penetrazione dei motori ad alta efficienza EFF1 in Europa è di solo 9% contro 80% nei paesi scandinavi. L'Italia è posizionata decisamente peggio ancora rispetto alla media europea: meno del 2%.

Confindustria considera che siano conseguibili dei risparmi di 10-18 TWh/anno pari al 7-13% degli attuali consumi dei motori elettrici.

La convenienza economica è peraltro incrementata dai vantaggi fiscali e dagli incentivi attualmente disponibili.

L'installazione di motori EFF1 e EFF2 tra 5 e 90 kW permette la detrazione del 20% dall'imposta lorda fino a una max di 1,500 euro/motore in base alla legge finanziaria 2007 e decreto MSE 19.2.07.

La detrazione è inoltre cumulabile ai certificati bianchi ed altri incentivi stabiliti da amministrazioni locali a sostegno del risparmio energetico.

INVERTER (VARIATORE DI VELOCITA' O CONVERTITORE DI FREQUENZA)

Gli inverter sono degli dispositivi atti a modificare la velocità di un motore elettrico modulandone la frequenza di alimentazione in base al carico richiesto, ovvero adattano il funzionamento del motore alle necessità del momento evitando sovradimensionamenti e sprechi.Se prive di inverter, macchine come le pompe o ventilatori per adattarsi alle riduzioni di carichi riducono la portata attraverso strozzature (valvole o saracinesche) mantenendo la potenzapotenza
Grandezza data dal rapporto tra il lavoro (sviluppato o assorbito) e il tempo impiegato a compierlo. Indica la rapidità con cui una forza compie lavoro. Nel Sistema Internazionale si misura in watt (W).
di ingresso costante ovvero con un dispendio inutile di energia fornita a monte del processo.

La riduzione della velocità ha effetti significativi sulla potenza assorbita in quanto quest'ultima si manifesta in funzione del cubo della velocità: riducendo del 50% la velocità del meccanismo si riduce la potenza assorbita ad un ottavo. L'inserimento di un inverter permetterà pertanto di rispondere alla richiesta di riduzione del 50% di portata di un impianto riducendone la velocitàdel 50% con un risparmio di potenza assorbita pari al 87.5%.

In media l'inverter può condurre ad un risparmio del 15% su compressori e nastri trasportatori e del 35% su pompe e ventilatori.

Div/1 EN/4 RISP/MOT&INV_Div3_tabella inverter.jpg

ESEMPIO: INSERIMENTO DI INVERTER IN CABINA VERNICIATURA CON VENTILATORE 11 kW

Consumo energetico annuo (0.12 euro/kWh)

- Con portata fissa : 31081 kWh/anno ovvero 3730 euro/anno

- Con portata variabile (inverter) : 21837 kWh/anno ovvero 2620 euro/anno

Bilancio dell'investimento

- Costo inverter 1050 euro

- Risparmio energetico annuo 1110 euro

Ritorno dell'investimento < 12 mesi.

Il semplice inserimento e funzionamento per 5 anni di un solo inverter conduce ad un risparmio complessivo di 5.545 euro contro un investimento di 1.050 euro!

Oltre ai vantaggi economici conseguenti al minore consumo elettrico, l'inverter protegge i componenti meccanici dai sovraccarichi e permette avviamenti più morbidi. In particolare l'inverter contribuisce a:

  • Proteggere i componenti meccanici dai sovraccarichi soprattutto in fase di avvio e arresto (sovrapressioni e colpi d'ariete)
  • Eliminare gli assorbimenti di corrente durante gli avviamenti
  • Evitare le perdite energetiche conseguenti alla presenza di valvole di strozzatura
  • Evitare il sovradimensionamento del motore
  • Diminuire la rumorosità
  • Ridurre i costi di manutenzione.

In Italia gli inverter sono utilizzati solo al 8% contro 80% di paesi del Nord Europa o Nord America.

L'installazione degli inverter su impianti con potenza elettrica tra i 7.5 e 90 kW permette la detrazione del 20% dall'imposta lorda fino a una max di 1,500 euro/intervento in base alla legge finanziaria 2007 e decreto MSE 19.2.07.

La detrazione è inoltre cumulabile ai certificati bianchi ed altri incentivi stabiliti da amministrazioni locali.


 

 

 

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