Efficienza enegetica in ambito industriale: come usare meglio il kwh

ANIE Energia ha recentemente lanciato una nuova iniziativa

Si tratta di una serie di convegni itineranti denominati “Road Show – Industria Efficiente 2014” (#industriaefficiente) con lo scopo di promuovere su tutto il territorio nazionale i benefici delle tecnologie elettriche per l’efficientamento dei processi industriali: motori elettrici ad alta efficienza, trasformatori a basse perdite e condensatori per il rifasamento dei carichi elettrici. Vediamo nel dettaglio quali sono le disposizioni vigenti per tali tecnologie in materia di efficientamento energetico

Motori elettrici ad alta effcienza

L’uso prudente e responsabile dell’energia per risparmiare risorse, per ridurre la quantità di emissioni di CO2 e per diminuire i costi energetici, è all’ordine del giorno. Il sistema di azionamento elettrico svolge un ruolo chiave in questo processo. Gli azionamenti elettrici costituiscono il legame tra la fornitura di energia elettrica e la maggioranza dei processi meccanici che richiedono una grande quantità di energia. Macchine azionate da motori elettrici consumano i due terzi di tutta l’energia elettrica utilizzata nell’industria. Se i vecchi sistemi nell’industria europea, nel commercio e nei servizi pubblici, che hanno funzionato per decenni venissero tutti sostituiti da moderni sistemi di azionamento, questo si tradurrebbe in un risparmio energetico annuo di 135 miliardi di chilowattora. Utilizzando il controllo elettronico della velocità e motori ad alta efficienza energetica, in Europa le emissioni di CO2 potrebbero essere ridotte di 69 milioni di tonnellate.

La nuova Norma internazionale IEC 60034-30:2008 definisce le classi di rendimento IE1 (efficienza standard), IE2 (efficienza elevata) e IE3 (efficienza premium) per i motori trifase. Questo assicura una base comune internazionale per la progettazione e la classificazione dei motori, nonché per le attività legislative nazionali. Il Regolamento della Commissione (CE) 640/2009, adottato il 22 luglio 2009, specifica i requisiti in materia di progettazione ecocompatibile per i motori elettrici e l’uso del controllo elettronico della velocità. Tali requisiti si applicano anche quando questi dispositivi sono integrati in altri prodotti (ad esempio in macchine):

Dal 16 Giugno 2011: i motori immessi sul mercato devono essere in classe di efficienza IE2;
Dal 1 Gennaio 2015: i motori con potenza tra 7,5 e 375 kW devono essere in classe di efficienza IE3 oppure IE2 se accoppiati ad inverter;
Dal 1 Gennaio 2017: i motori con potenza tra 0,75 e 375 kW devono essere in classe di efficienza IE3 oppure IE2 se accoppiati ad inverter.

Cosa rende un motore efficiente? La qualità dei materiali utilizzati (ad esempio i lamierini a bassa perdita); la quantità, e quindi il peso, dei materiali utilizzati; l’ottimizzazione del design del circuito elettromagnetico e lo spessore del lamierino magnetico; l’accuratezza nelle lavorazioni meccaniche; la scelta accurata dei componenti utilizzati.

Trasformatori a basse perdite

La Delibera ARG/elt 348/07 dell’Autorità per l’Energia Elettrica e il Gas, “Testo integrato delle disposizioni dell’Autorità per l’Energia Elettrica e il Gas per l’erogazione dei servizi di trasmissione, distribuzione e misura dell’energia elettrica – TIT”, del 29 dicembre 2007, definisce la regolazione per la remunerazione degli investimenti per il servizio di distribuzione di energia elettrica. Il tasso di remunerazione del capitale investito netto è stato fissato nel 7% all’anno. Per alcune tipologie di investimenti specifici previsti dall’art. 11.4 del TIT è riconosciuta una maggiorazione (in termini assoluti) del tasso di remunerazione del capitale investito. In questo ambito sono compresi gli “ Investimenti di sostituzione dei trasformatori esistenti nelle cabine di trasformazione MT/BT con nuovi trasformatori a basse perdite: la maggiorazione riconosciuta è il 2% all’anno per 8 anni ”.

La Norma europea armonizzata CEI EN 50464-1 prevede per i trasformatori di media/bassa tensione 4 classi di perdite dovute al carico e 5 classi di perdite a vuoto. Le classi (perdite massime dei trasformatori di distribuzione MT/BT) per le quali è previsto l’incentivo dell’Autorità sono: la classe Ak, per quanto riguarda le perdite dovute al carico, e la classe B0, per quanto riguarda le perdite a vuoto.

La classe Ak della Norma europea armonizzata CEI EN 50464-1 prevede una riduzione delle perdite dovute al carico, in funzione delle diverse taglie dei trasformatori, mediamente del 11% rispetto ai valori prescritti da Enel prima del 2008. Tale riduzione di perdite può essere realizzata dimensionando gli avvolgimenti in modo che la massa complessiva degli stessi risulti mediamente dell’ordine del 20% superiore rispetto alla massa degli avvolgimenti dei trasformatori della vecchia serie Enel.

La classe B0 della Norma europea armonizzata CEI EN 50464-1 prevede una riduzione delle perdite a vuoto, in funzione delle diverse taglie dei trasformatori, mediamente del 28% rispetto ai valori prescritti da Enel prima del 2008. Tale riduzione di perdite può essere realizzata utilizzando tipologie di lamierino ad alta permeabilità magnetica. Basta infatti considerare che la cifra di perdita di lamierini ordinari può raggiungere valori dell’ordine del 20-30% superiori rispetto alla cifra di perdita di lamierini ad alta permeabilità magnetica. Tali tipologie di lamierino consentono dunque di ottenere i valori richiesti dalla classe B0 con masse di materiale ferromagnetico sostanzialmente equivalenti a quelle utilizzate nelle macchine della vecchia serie Enel.

Rifasamento dei carichi elettrici

In tutti i circuiti elettrici la corrente risulta in fase con la tensione solamente nel caso di carichi puramente resistivi, risulta invece in ritardo quando i carichi sono induttivi (motori, trasformatori a vuoto) e in anticipo quando il carico è capacitivo (condensatori). La Potenza Reattiva (Q) non trasmette una potenza realmente utilizzabile, ma è legato ad una reale corrente addizionale che forza il fornitore dell’energia a sovradimensionare le proprie infrastrutture. Per questa ragione una potenza reattiva eccessiva viene pesantemente conteggiata nella bolletta. Il parametro che definisce l’assorbimento di potenza reattiva è il Fattore di Potenza.

Il fattore di potenza è dunque un indice della qualità dell’impianto, poiché tanto più è basso il fattore di potenza, tanto più elevata è la componente reattiva induttiva in rapporto a quella attiva. Un sistema di rifasamento, connesso in parallelo ai carichi, riduce il valore della potenza reattiva induttiva che deve essere fornita dal gestore del servizio elettrico locale, portando così alla riduzione o al totale abbattimento degli addebiti per eccessivo assorbimento di potenza reattiva.

In aggiunta agli immediati effetti di risparmio, il rifasamento offre ulteriori importanti vantaggi tecnici. Un aumento del cos φ (ovvero il coseno dell’angolo di sfasamento tra la corrente e la tensione in un sistema elettrico in corrente alternata) riduce considerevolmente le perdite per potenza dissipata sulle linee di trasmissione, con la seguente riduzione del processo di invecchiamento.

Aumentare il cos φ da 0,7 a 1 significa:

ridurre del 50% i costi legati alle perdite ohmiche sulla rete
aumentare del 50% la corrente disponibile sulla rete
risparmiare centinaia di migliaia di tonnellate di combustibile e rendere disponibili alcune centrali e centinaia di cabine di trasformazione.

ridurre le cadute di tensione in linea, assicurando così un migliore funzionamento generale