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Motori elettrici ed inverter

    Le principali aree di intervento per il perseguimento del risparmio energetico nell’ambito industriale sono state individuate in:

    Il MiSE nei suoi decreti, l’ENEA e CESI Ricerca 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.

    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; l’inefficienza potrebbe essere evitata 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’emissione di ca. 10-12 Mton CO2 nell’atmosfera.

    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’energia 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.

    ESEMPIO –  SOSTITUZIONE MOTORE 7.5 KW EFF2 CON MOTORE EFF1 – 3000 ore/anno

    Investimento iniziale

    • Motore EFF2 (rendimento 85 %) – 480 euro;
    • Motore EFF1 (rendimento 91 %) – 650 euro.

    Consumo energetico

    • Motore EFF2 – 3000 h x 0.12 euro/kWh 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.

    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 tensione.

    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 MiSE 19/02/07.

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

    Inverter – Variatore di velocità o convertitore di frequenza

    Gli inverter sono 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 potenza 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 velocità del 50% con un risparmio di potenza assorbita pari all’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.

     

    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 le componenti meccanicihe 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.

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