Efficienza energetica e ruolo dei motori elettrici negli azionamenti industriali: nasce CEMEP

cemepE’ inutile ripetere come la forma più alta e nobile di energia è indubbiamente quella risparmiata, che, nelle sue diverse connotazioni, fa univocamente capo al termine di “efficienza energetica”. Nel settore industriale e della produzione, uno degli ambiti da sempre di enorme rilevanza, come peso sulla bolletta energetica delle aziende industriali, è indubbiamente quello degli azionamenti e dei motori elettrici, che in questi anni, anche grazie a normative comunitarie sempre più stringenti e precise, sta conseguendo grandi risultati in termini di minori consumi di energia. Su questo cruciale tema dell’efficienza, si è tenuta nei giorni scorsi l’assemblea costitutiva del CEMEP (Comitato Europeo Costruttori Macchine Elettriche ed Elettroniche di Potenza) (link sito) , l’Associazione europea dei costruttori di macchine elettriche e dell’elettronica di potenza, che ha avuto per tema proprio “l’efficienza energetica dei motori elettrici a livello industriale”, anche sulla base del Regolamento 640/2009/CE della Commissione Europea (scaricabile in calce al post), che stabilisce i requisiti di progettazione ecocompatibile per l’immissione sul mercato e per la messa in servizio a cui dovranno rispondere i motori elettrici con una potenza nominale compresa tra 7,5 e 375 kW, dal 1° gennaio 2015. Da quella data i motori dovranno soddisfare il livello di efficienza IE3 (Efficienza Premium) o, in alternativa, soddisfare il livello di efficienza IE2 (Alta Efficienza) ed essere dotati di un variatore di velocità. Al riguardo il sistema classificatorio europeo dell’efficinza, è il seguente:

  • IE 1 = Efficienza Standard
  • IE 2 = Alta Efficienza
  • IE 3 = Efficienza Premium
  • IE 4 = Efficienza Super Premium 

Cercando di quantizzare il grande peso che gli azionamenti industriali hanno, possiamo dire che in Italia in base ai dati Anie (Federazione Nazionale imprese elettrotecniche ed elettroniche) , il consumo annuo di energia elettrica, associato all’uso di motori elettrici nell’industria è stimabile in circa 120 TWh, pari a circa il 40% dell’intero fabbisogno elettrico nazionale al 2011. Se si restringe poi l’analisi al comparto indusriale il peso degli consumoie3 azionamenti tramite motori elettrici nel settore industriale arriva ad assorbire quasi i ¾ dei consumi come evidenziato nel grafico a fianco. Un aspetto ulteriore per spingere verso la sostituzione di motori elettrici energivori, è costituita dal fatto che, come evidenziato dal grafico a fianco, il valore di acquisto di un motore elettrico trifase rispetto all’importo complessivo del consumo di energia elettrica incidenzaconsumonel suo intero ciclo di vita, corrisponde ad appena l’ 1,3%, come illustrato nel grafico a sinistra. Se tutti i motori elettrici installati a livello industriale appartenessero alla classe di efficienza IE3 (Efficienza Premium), si conseguirebbe un risparmio annuo di energia elettrica di circa 7 TWh, con la sostituzione di circa 15 milioni di motori corrispondente ad un giro complessivo corrispondente di affari di 67,5 miliardi di euro”. Considerando poi le diverse applicazioni dei motori elettrici e l’attuale tasso di diffusione degli inverter, se tutti i motori elettrici per cui l’inverter risulta tecnicamente applicabile ne fossero effettivamente dotati, si otterrebbe un risparmio annuo di energia elettrica stimabile in circa 10,2 TWh, con l’adozione di circa 7 milioni di inverter e un giro d’affari complessivo corrispondente di circa 27 miliardi di euro”. Durante l’assemblea di CEMEP, sono stati eletti i vertici, con il presidente che sarà Juergen Sander di VEM, e il segretario generale, Andrea Solzi, già segretario di ANIE Energia. Secondo il loro parere, l’industria italiana è da sempre all’avanguardia nella produzione di macchine elettriche, adeguandosi prventivamente alle regole comunitarie che entreranno in vigore nel 2015, con una stretta collaborazione con le istituzioni al fine di armonizzare e monitoraretrifase EFF1 adeguatamente l’immissione nel mercato dei nuovi motori elettrici ad alta efficienza. Tutto ciò anche per tutelare l’industria dalla presenza sul mercato di prodotti non conformi alla normativa vigente, che posso pesantemente danneggiare la propria competitività, con il tema della sorveglianza del mercato e del rispetto delle regole, come priorità assolute per la neonata associazione. Ritornando al riferimento normativo comunitario, il Regolamento Europeo CE 640/2009, recepisce, costituendone il regolamento di attuazione, la direttiva 2005/32/CE includendo questo profilo di macchine:

  • Motori elettrici asincroni trifase 2-4-6 Poli, 50o 60Hz;
  • Potenze comprese da 0,75 Kw a 375 Kw;
  • Tensione nominale di alimentazione 0/1000V;
  • Servizio Continuo S1;
  • Condizioni ambientali standard.

Una nuova normativa che prevede anche la non applicabilità in casi particolari come:

  1. motori progettati per funzionare interamente immersi in un liquido
  2. motori completamente integrati in un prodotto (ad esempio una pompa, un ventilatore o un com pressore) per i quali non è possibile testare le prestazioni energetiche autonomamente/separatamente dal prodotto
  3. motori progettati appositamente per funzionare: – a più di 1.000 metri di altitudine sul livello del mare – a temperature dell’aria ambiente inferiori a -15°C o superiori a 40°C
  4. motori per servizio intermittente (S3) o di durata limitata (S2), per i quali non si applica nemmeno la norma IEC 60034-30
  5. motori per atmosfere potenzialmente esplosive ATEX, quali definite nella direttiva 94/9/CE del Par- lamento Europeo e del Consiglio;
  6. motori autofrenanti
  7. motori a doppia-polarità
  8. motori monofase

Come dicevo precedentemente, la road map verso la piena alta efficienza dei motori elettrici industriali, dopo il primo timelimit del 16 giugno 2011 dal quale i motori IE2 sono stati resi obbligatori per i motori trifase 2/4/6 poli con potenze comprese tra 0,75Kw e 375Kw inclusi, installati in EUROPA, prevede:

  • dal 1 gennaio 2015 saranno obbligatori in Europa, i motori IE3, per i motori trifase 2/4/6 poli con potenze comprese tra 7,5Kw e 375Kw;
  • dal 01 gennaio 2017 sarà obbligatorio in Europa, l’intero range di motori IE3 2/4/6 poli da Kw0,75 a Kw375.

Molti gli accorgimenti costruttivi adottati dai costruttori di motori elettrici ad alta efficienza a cominciare dalla minimizzazione delle perdite essenzialemnte individuabili in:

  • perdite meccaniche: dovute all’attrito (nei cuscinetti e sulle spazzole) ed alla ventilazione;
  • perdite nel ferro a vuoto: proporzionali al quadrato della tensione e dovute principalmente ad isteresi (a causa dell’energia dispersa nei cambi di direzione del flusso) ed a correnti parassite circolanti entro il nucleo, indotte dai cambiamenti del flusso;
  • perdite per effetto Joule: proporzionali al quadrato dell’intensità di corrente ed alla resistenza dei conduttori, negli avvolgimenti di statore e di rotore.

Perdite che nei motori ad alta efficienza vengono ridotte con l’impiego nuovi materiali ed intervendo o modificando alcuni accorgimenti costruttivi come:

  • realizzazione di nucleo ferromagnetico con lamierini in acciaio a basse perdite a vuoto;
  • ampliamento della sezione dei conduttori dello statore e del rotore per ridurre le perdite per effetto Joule;
  • ottimizzando la scelta del numero e della geometria delle cave.

Tutte modifiche che, andando a diminuire la produzione di calore, consentono l’impiego di ventole di raffreddamento più piccole con minori  perdite meccaniche. Motori che, a parità di potenza, conseguono un’efficienza migliore dei motori tradizionali ed una curva di rendimento più piatta al variare del carico, tale da garantire un alta efficienza anche a fronte di variazioni di carico. Un altra grande prateria da esplorare nell’ambito della efficienza energetica, anche e sopratutto per la presenza di grandi costruttori di macchine elettriche italiani qualificati ed una voce in più, fondamentale nella grande orchestra che dovrà suonare una musica nuova nell’uso dell’energia. Da rilevare inoltre, proprio nei giorni scorsi, l’emanazione, da parte della UE, del nuovo regolamento 4/2014, che va a modificare proprio il 640/2009, tenendo conto della evoluzione tecnologica intervenuta nei motori elettrici, che ha reso necessario un adeguamento delle regole per la progettazione in chiave ecocompatibile seguendo gli sviluppi di mercato. Nel nuovo regolamento appena emanato, sono modificati i valori limite applicati ad altitudine, temperature massime e minime dell’aria ambiente e temperature del refrigerante dell’acqua. Tutte modifiche che tengono conto delle condizioni estreme di funzionamento dei motori, richiedendo per questo, particolari criteri di progettazione. Le disposizioni del nuovo regolamento 4/2014, saranno operative a partire dal prossimo 27 luglio 2014, per dare modo al settore industriale di adeguarsi.

Sauro Secci

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