1
DIPARTIMENTO DI
INGEGNERIA ELETTRICA
DEPARTMENT OF
ELECTRICAL ENGINEERING
Va ferrata, 1 - 27100 Pavia Per informazioni: ++39-0382-505-250 fax ++39-0382-422-276
Seminario a conclusione del corso di Energetica Elettrica Laboratorio
Aria compressa: soluzioni per l’ottimizzazione dei costi energetici
Pavia, Venerdì 11 GIUGNO 2010 – AULA SEMINARI PIANO E 11,00-13,00
ing. Luca BICCHIERINI
Atlas Copco Italia, Cinisello Balsamo
2
Aria compressa: soluzioni per l’ottimizzazione dei costi energetici
PremesseComposizione di una sala compressoriIl prodotto: il compressore d’aria e le sue applicazioniPrincipali aree di intervento per la riduzione dei consumiL’ audit energeticoIl controllo dei compressori a velocità variabile - VSDOttimizzazione dei consumi di energia (Sistemi ES-Airoptimizer)Recupero del calore di raffreddamento dei compressoriMotori ad alta efficienza EFF1 > IE2Ulteriori opportunità con gli EssiccatoriL’impatto dei Titoli di Efficienza Energetica (TEE o certificati bianchi)Case History
3
Il Gruppo Atlas Copco
Un leader mondiale nelle forniture di soluzioni per la produttivita’industriale.
Prodotti e servizi che vanno dai sistemi di compressione di aria e digas, i generatori, alle macchine per le costruzioni e per miniere, agliutensili industriali e ai sistemi di assemblaggio, fino ai relativi servizidi assistenza e noleggio.
In stretta collaborazione con clienti e partner industriali, Atlas Copco e’ innovativa per offrire una produttivita’ superiore.
Con la Direzione in Svezia ,il Gruppo ha una presenza globale in piu’ di 160 paesi nel mondo.
Nel 2008 Atlas Copco aveva 34 000 impiegati e ricavi per 7,7 miliardi di euro.
4
I Principali Valori
Interazione Impegno Innovazione
Installazione Tradizionalebasata sul concetto di “sala compressori”
Tubazioni di adduzione aria
Recuperatoredi energia
Serbatoio ariacompressa
Scaricatoreelettronico della
condensa
Essiccatore
Separatore Acqua-Olio
Filtri
Compressorid’aria
6
– Il prodotto: compressore di aria
Compressore
8
Tipologie di compressore
9
Compressore a vite lubrificato
10
Compressore a vite non lubrificato
11
– Le applicazioni
IndustriameccaniaIndustriameccania
Industriachimica e petrolchimica
Industriachimica e petrolchimica
Navale& off-shoreNavale& off-shore
IndustriealimentariIndustriealimentari
CostruzioniCostruzioni
Applicazioni
PET – Trasporto pneumatico – Trattamento acque ecc.
ApplicazioniApplicazioni
Settore ferroviario edei trasportiSettore ferroviario edei trasporti
Settore sanitarioSettore sanitario
Cannoni per innevamentoCannoni per innevamento
14
Lavorazioni
Verniciatura
Assemblaggio
Carpenteriametallica
ForaturaGiunzioni
Applicazioni specifiche per la PA e Aziende a partecipazione pubblica
• Strutture ospedaliere, Case di cura• Università• Impianti di trattamento acque• Termovalorizzatori• Acquedotti• Centrali del Latte• Aziende municipalizzate•ecc.
16
Il parco installato in Europa al 1999
Nazione Totale 10-110 kW 110-300 kW
Germania 62.000 43.400 18.600
Italia 43.800 30.660 13.140
Francia 43.765 28.885 14.880
Gran Bretagna
55.000 46.750 8.250
Grecia+ Spagna+ Portogallo
35.660 25.685 9.976
Resto dell’Europa
81.040 56.015 25.024
Totale 321.265 231.395 89.870
17
Compressori a vite con potenza compresa fra 4 - 250 Kw il mercato in Italia
Compressori a vite con potenza compresa Compressori a vite con potenza compresa fra 4 fra 4 -- 250 250 KwKw il mercato in Italiail mercato in Italia
18
Compressori a vite con potenza compresa fra 4 - 250 Kw segmentazione del mercatoCompressori a vite con potenza compresa Compressori a vite con potenza compresa fra 4 fra 4 -- 250 250 KwKw segmentazione del mercatosegmentazione del mercato
Il Parlamento Europeo con una risoluzione del 13 febbraio 2007, si è posto obiettivi ambiziosi:– Nel quadro del Protocollo di Kyoto raggiungere una riduzione delle
emissioni del 20% entro il 2020;– Nel settore delle fonti rinnovabili prevedere un aumento del loro livello nel
mix energetico UE al 20% entro il 2020;– Nell’ambito del risparmio energetico aumentare il livello di efficienza degli
usi finali di energia di almeno il 20% entro il 2020.
19
Obiettivi del 20/20/20 entro il 2020
20
Utilizzo dell’aria compressa nell’industria
L’aria compressa in Italia, assorbe circa l’ 11% di tutta l’energia impiegata per usi industriali
Il 32.9 % potrebbe essere risparmiato.
Enormi potenziali tecnici ed economici di risparmio
Fino al 40% di tutta l’energia elettrica impiegata da una industria
21
Risparmi potenziali per il sistemaFonte: Il Programma Europeo Motor Challenge
33Sistemi ad aria compressa
17.5Sistemi di ventilazione
2-10Trasmissioni più efficienti
10-50Variatori di velocità
1-3Corretto dimensionamento
2-8Motori ad alta efficienza
Risparmio %Motorizzazioni
http://motorchallenge.casaccia.enea.it/
22
Nel 2008 il consumo di energia elettrica in Italia per uso industriale è stato di 151.367 GWh*
* Fonte:http://www.terna.it/default/Home/SISTEMA_ELETTRICO/statistiche/consumi_settore_merceologico.aspx
25%Quota dell’obiettivo ottenibile con il potenziale di risparmio relativo all’aria compressa
21.537Piano di azione italiano per l’efficienza energetica: obiettivo di risparmio entro il 2016 (GWh) per il settore industria
5.495Risparmio potenziale nei sistemi ad aria compressa (33%) – (GWh)
16.650Percentuale media destinata alla produzione di aria compressa (11%) – (GWh)
151.367Consumo italiano di energia elettrica per uso industriale (GWh – mln kWh)
(16.650 - 5.495) x 94% x 30% = stima del calore recuperabile per usi termici, pari a circa 3.145 GWh
Pari all’energia prodotta da una centrale a ciclo combinato (2x380 MW)
Pari a 5 volte l’energia prodotta in Italia nel 2009
da fonte fotovoltaica(1.000 GWh)
23
energiaenergia
manutenzionemanutenzione investimentoinvestimento
>70%>70%
EnergiaIl ciclo di vita (Life Cycle Cost) di un compressore: i costi
33% il potenziale di risparmio
Strumenti di diagnosiMB lite – MB lite Plus -AirscanTecnologie disponibiliCompressori VSDSistemi ES - AirOptimizerAirConnectEnergy recoveryEssiccatori ES – VSDMotori EFF1 > IE2
24
Reducing air leaks
Overall system design
Recovering waste heat
Adjustable speed drives
All other measures
Fonte: SAVE Programme XVII/4.1031/Z/98-266
Airscan – Airnet - Workplace
Compressori VSD
Energy Recovery
Sistemi ES – Airoptimizer
Retrofit MKIV- settaggio di due pressioni
MB lite - Airscan
Aree di intervento vs risposte tecnologiche
25
Scelta del sistema di compressione ideale (quantità, qualità e pressione dell’aria oltre che localizzazione degli utilizzi)
maggiore è la qualità dell’aria e maggiori sono i costi (compressori lubrificati o oil-free)
evitare la produzione di aria compressa a pressioni più alte di quelle richieste
evitare gli usi impropri dell’aria compressa (ad esempio per la produzione di vuoto o per la pulitura. L’utilizzo di compressori in sostituzione di ventilatori).
26
Miglioramento della rete di distribuzione
progettare con perizia i percorsi e le dimensioni delle tubazioni affinché siano ridotte le perdite di trasporto e quindi la potenza e la pressione di funzionamento richiesta per i compressori. Utilizzare componenti per la tubazione che riducono le perdite di carico.
Suddividere la rete in due o più sottoreti esercite a pressioni diverse qualora il processo produttivo lo consenta, invece di produrre tutta la portata richiesta alla massima pressione. (ogni incremento di pressione di 1 bar nella rete di distribuzione, comporta un aumento del 7% dei consumi, con pressioni di lavoro nell’intorno dei 7 bar)
Verificare che non siano presenti perdite dovute a fori o tenute non perfette. (ad un foro di 1 mm è associabile a 6 bar una perdita di portata in volume di circa 1 l/sec, cui corrisponde una maggiore potenza del compressore di 0,3 kW. Nel caso di un foro di 3 mm la portata perduta è pari a 10 l/sec e il conseguente incremento in potenza necessario per produrla è di 2,6 kW)
27
I costi dell’energia elettrica in Europa e in Italia
Fonte:Eurostat
Prezzo dell’energia per utenze industriali con consumi annui compresi fra 2.000 MWh e 20.000 MWh. Prezzi in Euro per kWh IVA non inclusa.
http://epp.eurostat.ec.europa.eu/portal/page/portal/energy/data/database
Prezzo medio 2009 per utenze industriali con consumi > 150.000 MWh (0,089 Euro/kWh)
Euro/kW h 2007 2008 2009European Union (27 countries) 0,0835 0,0905 0,0934Euro area (EA11-2000, EA12-2006, EA 0,0850 0,0926 0,0964Belgium 0,0841 0,0959 0,1009Germany (including ex-GDR from 1991 0,0870 0,0958 0,1005Spain 0,0832 0,0865 0,0944France 0,0529 0,0573 0,0654Italy 0,1335 0,1279Netherlands 0,0890 0,0955 0,1015Poland 0,0693 0,0814 0,0824Portugal 0,0687 0,0812 0,0836Finland 0,0559 0,0626 0,0661Sweden 0,0553 0,0653 0,0596United Kingdom 0,0982 0,0945 0,0959Norway 0,0641 0,0668 0,0680
28
– Il controllo dei compressori a velocità variabile
29
Principi difunzionamento
Principi difunzionamento
2 x f x 602 x f x 60pp
N =N =
N= velocità di sincronismo giri/min (il motore ruota sempre a velocità da 1 al 5%inferiore della velocità di sincronismo del campo magnetico)f = frequenza di rete (Hz)p = numero di poli del motore
30
DomandaDomanda didi ariaaria Aria Aria fornitafornita
FrequenzaFrequenza
VelocitVelocitààmotoremotore
Aria e Aria e velocitvelocitàà
PotenzaPotenza assorbitaassorbita
TempoTempo0 %0 %
TrasduttoreTrasduttore didipressionepressione
FunzionamentoFunzionamento didi un un compressorecompressore VSDVSD
31
Potenze assorbite
Compressore VSD Compressore Carico/Vuoto
32
0 12.5 25 40 50 60 75 80 100
FAD [%]
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
PC [%
]
energy savings
VSD
Load/no load
Perché si risparmia con il VSD
Risparmio energetico
Carico/vuoto
VSD
portata
pote
nza
33
Le varie tipologie di Check-up energetici
34
Obbiettivi
Avere una più chiara consapevolezza dell’energia coinvolta nella produzione di aria compressa;Individuare e quantificare le potenzialità di risparmio
35
Distribuzione
Domanda
Fornitura
Approccio ai sistemi
AIRScanL’indagine
TM
36
GRATUITOPROGRAMMI EXCEL
MEDIOMEASUREMENT BOX Lite e Lite Plus
ALTOAIRSCAN
POSIZION. DI VALORE
PRODOTTO
Strumenti di valutazione quantitativa del risparmio energetico conseguibile
37
Calcolo dell’energia annua utilizzata per la produzione di aria compressa
Cliente: Durata campionamento: 168
inizio campionamento fine campionamento Ore funzionamento Tempi di funzionamento (%) potenze assorbite (kW)
Modello Matr. p L
(bar)p UL
(bar)Ore totali
Ore a carico
Ore a vuoto
Ore totali
Ore a carico
Ore a vuoto
Ore totali
Ore a carico
Ore a vuoto
Ore Fermo
% ore a carico
% ore a vuoto
% ore stop
a carico a vuoto
Energia consumata
(kWh)
Energia a vuoto (kWh)
GA 132 - 10 - FF 18956 5694 13262 19052 5719 13333 96 25 71 72 14,9 42,3 42,9 149 39 6494 2769GA 132 - 10 48112 21030 27082 48112 21030 27082 0 0 0 168 0,0 0,0 100,0 141 33 0 0
GA1210 - Pack 17468 9179 8289 17560 9239 8321 92 60 32 76 35,7 19,0 45,2 182 39 12168 1248
GA1210 - Pack 15911 8207 7704 15961 8240 7721 50 33 17 118 19,6 10,1 70,2 182 39 6669 663Totale sala (kWh 25331 4680
n° Sett.ne lavorative 48Euro/kWh 0,1027
Kwh/anno 1.215.888 224.640 Costo annuo in Euro 124.872 23.071
25
71
72
00
168
60
32
76
33
17
118
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
ore
GA 132 - 10- FF
GA 132 - 10 GA1210 -Pack
GA1210 -Pack
compressori
Sala attuale - ore e stati di funzionamento nel periodo di misura
ore fermoore a vuotoore a carico
38
MB lite1. Misura degli assorbimenti elettrici di tutti i compressori
2. Deduzione della portata dalla misura degli assorbimenti elettrici
3. Stima del risparmio derivante dall’introduzione di compressori funzionanti a velocità variabile
MB lite Plus1. Misura in continuo della portata e della pressione
2. Misura spot parametri elettrici di tutti i compressori (BT 380 - 400 V - Corrente, Cosfi, Voltaggio, Potenza attiva)
3. Stima del risparmio derivante dall’introduzione di compressori funzionanti a velocità variabile
Airscan1. Misura in continuo della portata e della pressione
2. Misura in continuo dei parametri elettrici di tutti i compressori (BT 380 - 400 V - Corrente, Cosfi, Voltaggio, Potenza attiva)
3. Precisa quantificazione dei risparmi derivanti dall’impiego di compressori VSD, essiccatori a risparmio energetico, energy recovery e di ulteriori tecnologie disponibili
Varie tipologie di audit energetici
39
MB lite
Check-up energetico gestionale
TM
40
Uno strumento di rilevazione dei consumi di aria
Consente di ottenere una visione grafica dell’andamento del consumo di aria compressa
Si basa sui cicli di carico/vuoto fino ad un massimo di 8 compressori inclusi on/of – inverter e modulata
Deve essere collegato normalmente per un massimo di 7 giorni e le macchine devono essere sempre alimentate anche a stabilimento fermo (Sabato /Domenica)
Software: è un PC dove saranno riversati i dati registrati per la loro elaborazione
In base alle registrazioni viene creato un profilo del consumo di aria
Consente di simulare differenti condizioni di funzionamento dei compressori esistenti
Prevedere l’inserimento di nuove macchine di tipologia più adatta ON/OFF o VSD
Si possono quantificare i futuri risparmi energetici
Uno strumento di rilevazione dei consumi di aria
Consente di ottenere una visione grafica dell’andamento del consumo di aria compressa
Si basa sui cicli di carico/vuoto fino ad un massimo di 8 compressori inclusi on/of – inverter e modulata
Deve essere collegato normalmente per un massimo di 7 giorni e le macchine devono essere sempre alimentate anche a stabilimento fermo (Sabato /Domenica)
Software: è un PC dove saranno riversati i dati registrati per la loro elaborazione
In base alle registrazioni viene creato un profilo del consumo di aria
Consente di simulare differenti condizioni di funzionamento dei compressori esistenti
Prevedere l’inserimento di nuove macchine di tipologia più adatta ON/OFF o VSD
Si possono quantificare i futuri risparmi energetici
Il Measurement Box: Risparmi quantificabili
41
MB Lite
Misura indottaDalle misure di intensità di corrente di ogni
compressore si ricava la portata dedotta di ciascun compressore
Viene confrontata la misura dei consumi energetici con quella derivante dalla simulazione dell’introduzione di un nuovo compressore a velocità variabile, effettuando il calcolo l'energia risparmiata
42
MB Lite – dalla misurazione alla simulazione
misurazione simulazione report
43
Visualizzazione dei tempi e delle potenze in gioco durante le varie fasi di funzionamento (carico/vuoto/fermo)
44
45
46
47
MB lite Plus
Check-up energetico gestionale
49
1. Con l’introduzione della misura in continuo della portata
2. Con l’introduzione della misura in continuo della pressione
3. Con l’introduzione della misura spot parametri elettrici (BT 380 - 400 V: Corrente, Cosfi, Voltaggio, Potenza attiva)
MB lite Plus
Servizio basato sulla piattaforma MB lite
50
Modalità di effettuazione di un MB lite Plus
Misuratore di portata
Misuratore pressione
AIRScan
Check-up energetico gestionale
TM
52
N°3 tipologie specifiche di servizio, eventualmente integrabili
Airscan: nella sua impostazione tradizionale (misura delle portate -pressioni - consumi elettrici) > simulazioni e proposte migliorative
Le tre possibili tipologie di indagine
Airscan: per le perdite di rete
Airscan: per analizzare la qualità dell’aria
AIRScanTM
53
Perfino una piccola perdita può causare costi rilevanti e tempi di inattività
200,9
50,2
18,1
2
Perdita di aria (l/s) a 12 bar*
77,1
19,3
7
0,7
Perdita di potenza kW del compressore**
78889
19748
7162
716
Costo annuo (Euro)
170,1
42,5
15,3
1,7
Perdita di aria (l/s) a 10 bar*
59,4
14,8
5,3
0,6
Perdita di potenza kW del compressore**
60778
15143
5423
614
Costo annuo (Euro)
123,7
30,9
11,1
1,2
Perdita di aria (l/s) a 7 bar*
35,6
9
3,2
0,3
Perdita di potenza kW del compressore**
36426
9209
3274
307
Costo annuo (Euro)
2926428,610810
72657,1275
26602,6103
3070,311
Costo annuo (Euro)
Perdita di potenza kW del compressore **
Perdita di aria (l/s) a 6 bar*
Diametro del foro: mm
AIRScanTM
Per le perdite di rete
6 bar 7 bar 10 bar 12 bar
28,6 kW X 8000 h/anno X 0,1279 Euro/kWh = 29.260 Euro ogni anno
* Temperatura ambiente 15°C, pressione espressa in valori assoluti e foro con coefficiente di scarico pari a 1.
** Potenza equivalente per la compressione della corrispondente portata in condizioni di trasformazione adiabatica.
54
Le 5 aree di ottimizzazione evidenziate dall’Airscan
Dato misurato
100
Simulazione risparmio(risparmi medi sulla base degli Airscan effettuati)
25%
8%
15%
5%
5%
1
2
3
4
5
Introduzione di un compressore VSD
Introduzione di un ES130 - Airoptimizer
Eliminazione perdite dalla rete
Ottimizzazione settaggi di pressione
Incremento del volume della rete
55
AIRScan
0,8 anno
0,3 anno
30.000
10.000
36.8007.475140.487ES - Airoptimizer147.962Cliente D
0,7 anno1.500 + 3.00031.300
(20% -6.300)
6.360 (perdite)
Valutazione perdite rete
Cliente C
2,3 anni230.00096.60019.60081.800ZR315VSD101.400Cliente B
044.4009.016287.094Settaggi pressioni296.110Cliente A
Tempo ritorno investimento (anni)
Investimento
(Euro)
Risparmio (Euro)(48s e 0,1027 Euro/kWh)
Risparmio (kWh)Settimanali
Consumo Simulato (kWh)Settimana
InterventoConsumo base (kWh)Settimana
Cliente
La simulazione dimostra che i tempi di ritorno degli investimenti sono brevi
TM
56
Modalità di effettuazione di un Airscan
1. Sopralluogo2. Offerta3. Ordine4. Installazione strumenti5. Misurazione6. Disinstallazione strumenti7. Report fotografia situazione attuale8. Simulazione risparmi possibili9. Presentazione Report al cliente (situazione
attuale + simulazioni risparmio)
57
AIRScan – Cosa si misuraTM
Portata aria– Misura della portata richiesta dalla rete aria compressa
Potenza– misura della potenza elettrica impiegata nella produzione di aria
Pressione
Temperatura
Determinazione delle perdite– Identificazione e quantificazione delle perdite che generalmente costituiscono circa
il 20% della richiesta d’aria del sistema
Qualità dell’aria– Punto di rugiada
58
Fotografia della settimana di MisurazioneQuanti kWh ha consumato il cliente
per produrre aria compressaLa fotografia dell’impianto
59
ES 8
ES 130
ES 6
Soluzioni disponibili
ES130
60
Riduzione della banda di pressione (fino ad un minimo di 0,2-0,3 bar)
Scelta del mix ottimale di compressori che a parità di portata richiesta, minimizza i consumi di energia
ES130Due principali modalità di funzionamento per la riduzione dei consumi
61
Pres
sion
e
Tipico settaggio di pressione (1.5 bar)
Grazie ai sistemi ES, la pressione di esercizio può essere drasticamente ridotta
Sistema tradizionale a cascata ES6-ES8-ES130
Compressore
Pressione media
Pressione minimaPressione media
Riducendo la pressione media di funzionamento di 1 bar è possibile risparmiare il 7% di energia
7 % x 0,7 x 120
3 GA 37
-
=
6 kW
120 kW
Potenziale risparmio riducendo la pressione media di funzionamento di 0.7 bar
Totale Potenza per 330 l/s
8.000 h/anno x 6 kW x 0,1027 Euro/kWh = 4.900 €/annoRisparmio annuo
6
ES130
62
3. Eliminazione fughe aria
63
Fughe aria
Misura e quantificazione fughe aria
Analisi
Bonifica
64
Profilo di portataMisura e quantificazione delle fughe di aria
100%
15%
Sabato e Domenica
65
Metodologia utilizzata
Noi abbiamo praticamente monitorato (sotto la vostra supervisione) la quasi totalità della vostra rete di distribuzione grazie ad uno strumento di rilevazione delle fughe d’aria che misura gli ultrasuoni generati da un flusso di aria compressa che fuorisce anche da una piccola fessura presente sull’impianto di distribuzione. Le reti di distribuzione sotterranee o coibentate non possono essere individuate attraverso questa metodologia.
Misura e quantificazione delle fughe di aria
66
Come si presenta una relazione di un AirScan per l’individuazione delle perdite di rete
Analisi Foto: Descrizione:
Descrizione punto di perdita: Tubazione reparto presse Area: Vedi planimetria stabilimento Distanza approssimativa punto di misura [m]: 5
Descrizione punto di perdita: Tubazione banco prove Area: Vedi planimetria stabilimento Distanza approssimativa punto di misura [m]: 5
Descrizione punto di perdita: Tubazione calata montaggio Area: Vedi planimetria stabilimento Distanza approssimativa punto di misura [m]: 1
Descrizione punto di perdita: Tubazione distributore Area: Vedi planimetria stabilimento Distanza approssimativa punto di misura [m]: 1
Giallo = fuga ridottaArancione = fuga mediaRosso = fuga importante
Fuga ridotta Fuga media Fuga importanteFuga ridotta Fuga media Fuga importante
67
Contaminanti rilevabili– CO– CO2
– OLIO
Punto di rugiada
Per la qualità dell’ariaAIRScanTM
68
– Recupero del calore di raffreddamento dei compressori
69
Potenzaassorbita 100%
Perdita per irraggiamento
2%
Calore restantenell’aria compressa
4%
Energia recuperabile94%
Energy RecoveryRecupero del calore di raffreddamento dei compressori
Sistema integratoRecupero energetico della potenza elettrica, fino al 94% per i compressori lubrificati e 100% per gli oil free, sotto forma di acqua calda a 85-90 °C per usi sanitari, riscaldamento ambienti e impiego di processo
70
Recupero di EnergiaRiutilizzare il calore generato nel processo di compressione risparmiandoenergia preziosa sotto forma di acqua calda
Il calore viene prelevato dal circuito dell'olio del compressore, per mezzo di speciali scambiatori di calore olio/acqua e trasmesso all'acqua da riscaldare.
L'olio viene così raffreddato dall'Energy Recovery sfruttando integralmente la sua potenzialità.
71
Riscaldamentoambienti
Docce
Caldaie
ZR Energy recovery
Le tecnologie disponibiliCompressori della serie ZR in versione Energy Recovery – ER)
72
ZR 400 ER
Dal 2000 il calore di recupero viene utilizzato per riscaldare l’acqua a 68 °C inviata poi ad aerotermi che provvedono da ottobre ad aprile al riscaldamento dei magazzini e di alcuni reparti produttivi
Energy Recovery - Sinterama – Sandigliano (BI)
Sala compressori composta da N° 4 ZR400 (compressori oil freeraffreddati ad acqua con potenza nominale di 400 kW) di cui uno
in esecuzione atta al recupero di calore attraverso l’acqua di raffreddamento (versione Energy Recovery – ER)
ZR 400 ZR 400 ZR 400
73
Energy Recovery - Sinterama – Sandigliano (BI)(le motivazioni della scelta e i risparmi realizzati)
ZR 400 ER
40.700*98*287Energia termica
Risparmio Euro/anno stimato
TEP annui risparmiati
Potenza recuperabile (kW)
Tipologia risparmio
* 4000 ore/anno
74
– Motori elettrici ad alta efficienza
75
CEMEP
Comité Européen de Constructeurs de Machines Electriqueset d'Electronique de Puissance
High Efficiency
Energy Efficient
Efficiency
Potenza kW1.1 1.5 2.2 3 4 5.5 7.5 11 15 18.5 22 30 37 45 55 75 90
100%
95%
90%
85%
80%
75%
Low Efficiency
High Efficiency
Energy Efficient
Efficiency
Potenza kW1.1 1.5 2.2 3 4 5.5 7.5 11 15 18.5 22 30 37 45 55 75 901.1 1.5 2.2 3 4 5.5 7.5 11 15 18.5 22 30 37 45 55 75 90
100%
95%
90%
85%
80%
75%
100%
95%
90%
85%
80%
75%
Low Efficiency
Motori ad alta efficienzaFino ad oggi solamente per i motori di potenza inferiore a 90 kW
76
Motori ad alta efficienzaStandards
Standard precedente– Europa: CEMEP (1999):
Definisce n° 3 classi di efficienza Eff3, Eff2, Eff1 dove l’Eff1 è la più efficienteClassi di efficienza disponibili fino a 90kW
Nuovo standard– IEC 60034-30 (10-2008) / EuP directive 2005/32/EC
Definisce n° 3 classi di efficienza IE1, IE2, IE3 dove IE3 è la più efficientePrevede una ulteriore classe IE4 (“Super Premium”) con un 15% di perdite inferiori rispetto alla IE3Classi di efficienza disponibili fino a 375 kW
77
Motori ad alta efficienza Equivalenza fra i diversi standard
IEC 60034-2-1 (2007)IEC 60034-2 (1996)
78
55 kW, motore a 4 poli55 kW, motore a 4 poli
Concorrente A: 94,05% eff.Concorrente A: 94,05% eff.
SIEMENS: 95,2% eff. SIEMENS: 95,2% eff.
Quale scegliere ?
Motori ad alta efficienza – caso di un 55 kWAcquisto di un compressore equipaggiato di motore ad alta efficienza
79
Caso A = 6.000 h x 0,1279 €/kWh x 55/0,9402 = € 44.892
Caso A = 6.000 h x 0,1279 €/kWh x 55/0,9402 = € 44.892
SIEMENS =6.000 h x 0,1279 €/kWh x 55/0,952 = € 44.335
SIEMENS =6.000 h x 0,1279 €/kWh x 55/0,952 = € 44.335
Differenza su base annua = € 556Differenza su base annua = € 556
Acquisto di un compressore equipaggiato di motore ad alta efficienzaMotori ad alta efficienza – caso di un 55 kW
Vita media 10 anni
€5.560Vita media 10 anni
€5.560
80
Programma Motor Challenge (MCP)Il Motor Challenge è un programma volontario promosso dalla Commissione Europea per aiutare le aziende a migliorare l’efficienza energetica nei sistemi motore
Chi può aderire al MCP?→Qualsiasi azienda o organizzazione può aderire
Partecipante: – Aziende che utilizzano Sistemi Motore
Sostenitore:
– Organizzazioni in contatto con gli utilizzatori: produttori, progettisti, installatori, distributori, ESCO, …
Il Programma Europeo Motor ChallengeE’ possibile ottenere ritorni di immagine per l’azienda
81
Aree di interventi nel Motor Challenge
Sistemi di Pompaggio
Apparecchi vari
Sistemi Aria Compressa
Sistemi Ventilazione
Sistemi Sistemi motoremotore
Distribuzione elettricaSistemi di
refrigerazione
82
http://ies.jrc.ec.europa.eu
http://motorchallenge.casaccia.enea.it/
83
LA SCELTA DELSISTEMA DI ESSICCAZIONE
84
Prima di passare a aspetti più specifici dell’essiccazione dell’aria compressa è opportuno dare una definizione di PUNTO DI RUGIADA (anche PDP: pressure dew point ).
Il PUNTO DI RUGIADA indica la temperatura a cui il vapore d’acqua contenuto nell’aria compressa si trasforma in acqua.
Il PUNTO DI RUGIADA può essere riferito, come solitamente fatto, alla pressione di esercizio di riferimento, oppure alla pressione atmosferica
SISTEMI DI ESSICCAZIONE:il PUNTO di RUGIADA
85
Due gli aspetti fondamentali:
evitare che la condensa trascinata possa danneggiare la strumentazione o alterare la qualità del prodotto finito
evitare che si induca la corrosione di tubazioni e serbatoi con il potenziale rischio di perdite nell’impianto e la formazione di sporcizia / ruggine che possa ancora una volta danneggiare la strumentazione o alterare la qualità del prodotto finito
SISTEMI DI ESSICCAZIONE:perchè essiccare l’aria compressa
86
Due i principali principi di essiccazione utilizzati in ambito industriale:
la refrigerazione
l’adsorbimento
SISTEMI DI ESSICCAZIONE:come essiccare l’aria compressa
87
E’ il “principio” più utilizzato in applicazioni in cui non sia richiesta una specifica essiccazione dell’aria compressa.
Il principio è basato su un tipico “ciclo frigorifero” che abbattendo la temperatura dell’aria compressa (poi riscaldata in controcorrente prima di essere resa in rete) riduce il contenuto di umidità nell’aria compressa sino ad un PDP di ca. +3°C nelle condizioni nominali di riferimento.
E’ un sistema dall’investimento contenuto rispetto agli altri garantendo un PDP “peggiore” rispetto ai sistemi ad adsorbimento, e dal punto di vista energetico è gravato dal “solo” costo energetico del compressore frigorifero.
SISTEMI DI ESSICCAZIONE:la refrigerazione
88
E’ il “principio” più utilizzato nelle applicazioni in cui sia richiesto un PDP inferiore per motivi tecnici di processo, o perl’installazioni con tubazioni in ambienti particolarmente freddi.
Il principio è basato sull’ “adsorbimento” delle particelle umide dell’aria compressa per mezzo di specifici materiali essiccanti, con un risultato finale di PDP tipico di -20/-40°C con la possibilitàdi arrivare fino a -70°C nelle condizioni nominali di riferimento.
SISTEMI DI ESSICCAZIONE:l’adsorbimento
89
Due i principi di riferimento per la rigenerazione del materiale essiccante:
rigenerazione “a freddo” HEATLESS tramite aria compressa con un dispendio di aria compressa di circa il 15-20%
rigenerazione “a caldo” tramite scaldiglie elettriche, vapore, ecc.. con un impegno energetico in kWh di non poco conto e da dover seriamente tenere in considerazione nella valutazione globale dei costi di esercizio della produzione e trattamento dell’aria compressa
SISTEMI DI ESSICCAZIONE:l’adsorbimento
Relativamente al principio ad adsorbimento con rigenerazione a caldo, esiste anche la possibilità di poter installare, in esclusivo abbinamento a unità OIL-FREE, specifici essiccatori “a recupero di energia” che sfruttando l’aria calda spillata dal compressore consentono una rigenerazione del materiale a “costo energetico ZERO”, nel nostro caso specifico Essiccatori della Serie MD
90
La tecnologia VSD negli essiccatori FD, consente un risparmio energetico grazie al sistema di regiolazione Elektronikon che varia la velocità del compressore refrigerante, in funzione del livello delcarico sull’essiccatore, mantenendo di conseguenza costante il punto di rugiada.
L’essiccatore MD consente notevoli risparmi energetici in quanto sfrutta il calore generato dalla 2°compressione
Può essere inoltre dotato della tecnologia VSD, che consente di variare la rotazione del tamburo in funzione della reale portata di aria per garantire sempre il punto di rugiada ottimale.
Aria calda non satura utilizzata per la rigenerazione
Aria fredda satura
Aria calda satura
Aria deumidificata
Essiccatori Essiccatori energyenergy savingsavingEssiccatori MD-MD VSD
a recupero di energiaEssiccatori FD-FD VSD
a ciclo frigorifero e a velocità variabile
91
SISTEMI DI ESSICCAZIONE:i costi energetici di esercizio
0 1 2 3
BD type dryerHeatless type dryerFD dryerMD dryer
Years
Costi di esercizio (1000 l/s)
0
20
40
K€
60
140
80
120
100
recupero energetico
refrigerazione
rigenerazione a caldo
rigenerazione a freddo
92
Da segnalare che tutte le attività volte alla riduzione dei consumi energetici in kWh, si traducono oltre che in una significativa riduzione dei costi aziendali e un incremento della produttività, anche in una altrettanto importante riduzione dell’impatto ambientale, in termini di emissioni evitate di CO2, nel rapporto:
Perché risparmiare energia fa bene anche all’ambiente
93
I risparmi individuati grazie al servizio Airscan e conseguiti grazie alle tecnologie efficienti(in particolare i compressori VSD) consentono di ripagare in parte o completamente l’investimento, che diviene quindi accessibile anche in caso di diverse destinazioni/assenza di risorse finanziarie per il loro acquisto
Il risparmio paga l’investimento
1. L’effettuazione di un Airscan presso un nostro importante cliente ha evidenziato che l’introduzione di un compressore ZRVSD, avrebbe comportato un risparmio di circa 70.000 Euro/anno > (5.833 Euro/mese).
2. Al cliente è stato proposto l’utilizzo della macchina attraverso la formula commerciale della LOM (Locazione Operativa con Manutenzione), ad un canone mensile per 5 anni di 5.800 Euro/mese.
Esempio: il compressore che si ripaga da solo
Perché gli investimenti si ripagano da soli
94
Grazie all’Airscan si può accedere ai progetti a consuntivo
Airscan Compressore VSD Progetto a consuntivo(maturazione di TEE/certificati bianchi)
*nell’ipotesi di valore di un certificato bianco pari a 80 Euro
Risparmio annuale = 1.300.000 kWh
(1.300.000 x 0,08) = 104.000 Euro annui stimati con l’Airscan
Risparmio annuale = 1.300.000 kWh
1.300.000 x 0,187/1000 =
243 tep = 243 TEE
19.440 Euro anno per 5 anni*
Proposta di progetto a consuntivoeffettuata all’AEEG dalla
ESCO di fiducia del cliente
Decreti Ministeriali del 20/07/2004 - “per l’incremento dell’efficienza energetica negli usi finali di energia (2° Decreto)”.
Ex-ante
MisurazioniEx-post
ZR 700 VSD
95
1. Significativi risparmi di energia elettrica e di metano
2. Possibilità di accedere ai benefici derivanti dall’ottenimento di Titoli di Efficienza Energetica (o cerificati bianchi) –progetti > 100 TEP se presentati da una ESCO o 200 TEP se presentati da un Energy Manager (nostro supporto in fase di scelta della ESCO e accompagnamento nella definizione del progetto)
3. Di ausilio anche per l'ottenimento delle certificazioni:4 ISO 14001 - Sistema di Gestione ambientale4 EN 16001 - Sistema di Gestione dell’energia
Vantaggi per le aziende
La norma EN 16001 riduce i costi energetici delle aziende che la
implementano
96
http://www.airforwinners.com/
http://www.atlascopco.com/carbonzerocompressors/
http://www.atlascopco.it/itit/News/ProductNews/090630_Atlas_Copco_first_to_offer_certified_net_zero_energy_consumption_compressors_-_the_Carbon_Zero_Range.asp
www.classzero.com
http://www.atlascopco.com/cnus/Aboutus/Energysavingtechnology/Becausewecare/index.asp
Siti Internet di riferimento
97
Il nostro impegno per una produttività sostenibile
98