LPQI is a member of Leonardo Energy

LPQI is a member of Leonardo Energy

LPQI has been co-financed byFranco Bua

[email protected]

M03 – Motori elettrici ad alta efficienza

Master Universitario di I livelloINGEGNERIA DEI SISTEMI E DEI SERVIZIPER IL TERRITORIO E PER L’AMBIENTEA.A. 2006/2007UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PAVIA - SEDE DI MANTOVA

20-21 Aprile 2007

www.leonardo-energy.org

Sommario

Mappa mentale


Introduzione

Il settore industriale impiega il 50% circa dell’energia elettrica totale del sistema paese (Italia)

La quota parte dovuta all’impiego di motori elettrici èstimabile in una percentuale variabile pari a circa il 60-80%

TOC motori: il costo d’acquisto e manutenzione ètrascurabile rispetto al costo di esercizio lungo la vita utile del motore (5% - 95%)


Introduzione

Fonte: MotorChallenge

Consumi dei sistemi motore nel settore industriale e terziario

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80%

Terziario

Industria

0% 10% 20% 30% 40%

Compressori Refr.

Ventilatori

Compressori aria

Pompe

Altro

Suddivisione dei consumi tra i vari sistemi motore nel settore industriale

0,7% 1,3%

98,0%

Energia elettricaManutenzioneAcquisto

TCO di un motore elettrico


Rendimento motore elettrico

Il rendimento di un motore elettrico dipende:– dal tipo di progetto ed in particolare dalla qualità e

dalla quantità del materiale impiegato per la sua costruzione

– è variabile in funzione del tipo di motore, della taglia del motore ma soprattutto del coefficiente di utilizzo

Introduzione


Rendimento motore elettrico

Il rendimento di un motore– decresce al diminuire del coefficiente di utilizzo

(quando questo è inferiore a 0,5-0,6 la diminuzione èparticolarmente drastica)

– con riferimento alla taglia del motore, il rendimento cresce all’aumentare della potenza nominale

– valori tipici di rendimento (riferiti ad un coefficiente di utilizzo pari a 0,75) sono compresi tra 75-95%, per taglie comprese tra 1 e 200 kW

Introduzione


Rendimento motore elettricoIntroduzione


NB Motori e azionamentiIntroduzione

Report on Energy Efficient Motor Driven Systems 2004Fonte JRC Ispra - http://re.jrc.cec.eu.int/energyefficiency/motorchallenge/


Potenziale di risparmio energetico

Report on Energy Efficient Motor Driven Systems 2004Fonte JRC Ispra - http://re.jrc.cec.eu.int/energyefficiency/motorchallenge/

Potenziali di risparmio energetico relativo a motori ed azionamenti elettrici


Potenziali misure di risparmio di energia applicabili a motori ed azionamenti elettrici e la loro valutazione percentuale media

Potenziale di risparmio energetico

Fonte: ENEA - MotorChallenge


Livello di efficienza2000 - Accordo volontario tra CEMEP (Comitato Europeo costruttori Macchine rotanti e Elettronica di Potenza) e la Commissione Europea DG XVII


Livello di efficienza

Sono state stabilite:– tre classi di efficienza EFF1, EFF2 e

EFF3– per ogni classe sono stati stabiliti i

rendimenti minimi– l’incremento di rendimento definito è

compreso tra 1 e 6 punti percentuali rispetto al livello di efficienza EFF3 (mediamente circa 2,5 punti percentuali)

– la classe di efficienza è indicata da un’etichetta posta sulla targa del motore


Limiti minimi di rendimento delle classiLimiti delle classi di efficienza definite dall’accordo volontario tra CEMEP e Commissione Europea DGXVII


70%

75%

80%

85%

90%

95%

100%

1,1 1,5 2,2 3 4 5,5 7,5 11 15 18,5 22 30 37 45 55 75 90

Limite classe EFF3/EFF2 Limite classe EFF2/EFF1

Fonte: CEMEP


Costo medio unitarioCosto unitario indicativo medio (€/kW) di motori elettrici appartenenti alle classi di efficienza EFF3 ed EFF1.


€ 0,00€ 20,00€ 40,00€ 60,00€ 80,00

€ 100,00€ 120,00€ 140,00€ 160,00€ 180,00€ 200,00

1,1 1,5 2,2 3 4 5,5 7,5 11 15 18,5 22 30 37 45 55 75 90

Poli. (EFF3) Poli. (EFF1)


Diffusione in funzione dell’efficienza

Sintesi della penetrazione nel mercato europeo dei motori elettrici BT appartenenti alle 3 classi di efficienza



Diffusione in funzione dell’efficienza

Sintesi della penetrazione nel mercato europeo dei motori elettrici BT appartenenti alle 3 classi di efficienza



Ottimo tecnico-economicoEfficienza energetica: criteri di scelta

La convenienza economica dell’impiego di motori elettrici ad alta efficienza può essere valutata rispetto a 3 possibili scenari:

– acquisto di un nuovo motore– acquisto di un motore ad alta efficienza invece di

riparare un motore guasto– sostituzione di un motore in servizio con un motore

ad alta efficienza


Ottimo tecnico-economicoEfficienza energetica: criteri di scelta

In termini assolutamente generali la valutazione economica di investimenti alternativi di questo tipo dipende principalmente dai seguenti fattori:

– costo dell’energia (€/kWh) (potenza impegnata (€/kW))

– potenza nominale del motore– rendimento nominale del motore– fattore di carico del motore– ore di funzionamento annue del motore


Acquisto nuovo motoreOttimo tecnico-economico

Confronto acquisto un motore ad alta efficienza invece di uno tradizionale.

– Il fattore rilevante nella valutazione economica è la differenza del costo d’acquisto di un motore ad alta efficienza e quello di uno tradizionale (+20-40%)

– La differenza di costo è dovuta alla maggiore qualitàe quantità dei materiali utilizzati (e.g. lamierini a basse perdite, sezione più elevata dei conduttori degli avvolgimenti di statore e di rotore etc.)

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−⋅⋅⋅⋅=

HEMSTDEQNei hCPcFC

ηη11


Acquisto nuovo motoreIn generale

– la convenienza dell’acquisto di un motore ad alto rendimento è maggiore per motori caratterizzati da un numero elevato di ore di funzionamento

– il payback diminuisce linearmente con le ore di funzionamento

Ottimo tecnico-economico

1-2 anni6.0002-3 anni4.000

3-4,5 anni2.000

Payback sempliceOre annue di funzionamento


In questo caso– la differenza di costo imputabile alla soluzione

energeticamente più efficiente è pari alla differenza tra il costo di un motore ad alta efficienza ed il costo del riavvolgimento di quello esistente

– l’operazione di riavvolgimento comporta un peggioramento delle prestazioni energetiche del motore variabile, a seconda della perizia dell’operatore (1-4%)

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

−⋅⋅⋅⋅=

HEMRIAVVSTDEQNei hCPcFC

ηηη11

Sostituzione motore guastoOttimo tecnico-economico


In questo caso la convenienza dell’acquisto di un EEM– è elevata per motori caratterizzati da un numero

elevato di ore di funzionamento (payback compresi tra 0,5 e 2 anni)

– il payback dell’investimento diminuisce linearmente con le ore di funzionamento

Sostituzione motore guastoOttimo tecnico-economico

1-2,5 anni6.0002-4 anni4.0003-7 anni2.000

37,5-100 kW

0,5-1 anni6.0001-1,5 anni4.0001-3 anni2.000

11-37,5 kW

0-1 anni6.0000-1 anni4.000

0-1,5 anni2.0001-11 kW


Potenza nominale del motore


In questo caso– la differenza di costo imputabile alla soluzione

energeticamente più efficiente è pari al costo del motore ad alta efficienza sommato al costo della manodopera necessaria per la rimozione del vecchio e l’installazione del nuovo

In generale non si considera mai nel calcolo economico il valore del motore sostituito perché di fatto non esiste un mercato rilevante di motori usati

Sostituzione motore in servizioOttimo tecnico-economico


La sostituzione di motori in servizio non èparticolarmente interessante per un numero di ore di funzionamento annuo basso (per esempio 2000), a meno che il costo dell’energia non sia particolarmente elevato

Sostituzione motore in servizioOttimo tecnico-economico

4-5 anni6.000

5-7 anni4.000

8-10 anni2.000



Decreto 20 luglio 2004: Nuova individuazione degli obiettivi quantitativi per l'incremento dell'efficienza energetica negli usi finali di energia, ai sensi dell'art. 9, comma 1, del decreto legislativo 16 marzo 1999, n. 79.

Decreto 19 febbraio 2007 - Disposizioni in materia di detrazioni per le spese sostenute per l'acquisto e l'installazione di motori ad elevata efficienza e variatori di velocità (inverter), di cui all'articolo 1, commi 358 e 359, della legge 27 dicembre 2006, n. 296.

Titoli di efficienza & Incentivi


Esempio

Fonte: ENEA - MotorChallenge


Bibliografia

S. Nadel, M. Shepard, S. Greenberg, G. Katz, A.T. de Almeida: Energy Efficient Motor Systems. ACEEnergy Efficient Motor Driven Systems – ECI (www.leonardo-energy.org)


Documents

LPQI is a member of Leonardo Energy