aria compressa, soluzioni per l'ottimizzazione dei costi ... · 39 luca bicchierini seminario...
TRANSCRIPT
1 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
DIPARTIMENTO DI
INGEGNERIA ELETTRICA
DEPARTMENT OF
ELECTRICAL ENGINEERING
Va ferrata, 1 - 27100 Pavia Per informazioni: ++39-0382-505-250 fax ++39-0382-422-276
"Aria compressa, soluzioni per l'ottimizzazione dei costi energetici"
Pavia, Venerdì 13 GIUGNO 2008 – AULA SEMINARI PIANO E
9,30-11,00
Luca BICCHIERINI Atlas Copco Italia
2 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Premesse
Il prodotto: il compressore d’aria e le sue applicazioni
Quali soluzioni per il risparmio energetico
Componenti e differenze nelle loro applicazioni
Measurement box vs. Air-scan
Principi teorici e pratica
Esempi pratici con costi
"Aria compressa, soluzioni per l'ottimizzazione dei costi energetici"
3 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
The
face
of i
nter
actio
n
Atlas CopcoAtlas Copco
Fondata nel 1873 in SveziaLeader mondiale nel settore dell’aria compressa
Presente in 150 paesi Circa 26 000 dipendenti
5 miliardi di Euro di fatturato
4 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Innovazione
Impegno
Interazione
VALORI
5 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Il Risparmio energetico
Airscan
Comp. VSD
EssiccatoriES - VSD
Retrofit MKIV
Energia
Sistemi ES
Energy Recovery
Motori EFF1
XchangeMotor
6 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
– Il prodotto: compressore di aria
Efficienza energetica negli usi industriali dell’aria compressa
Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Compressore
8 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Tipologie di compressore
9 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Compressore a vite lubrificato
10 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Compressore a vite non lubrificato
11 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
– Le applicazioni
Efficienza energetica negli usi industriali dell’aria compressa
Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
IndustriameccaniaIndustriameccania
Industriachimica e petrolchimica
Industriachimica e petrolchimica
Navale& off-shoreNavale& off-shore
IndustriealimentariIndustriealimentari
CostruzioniCostruzioni
Applicazioni
Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
ApplicazioniApplicazioni
Settore ferroviario edei trasportiSettore ferroviario edei trasporti
Settore sanitarioSettore sanitario
Cannoni per innevamentoCannoni per innevamento
14 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Lavorazioni
Verniciatura
Assemblaggio
Carpenteriametallica
ForaturaGiunzioni
15 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
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
16 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
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
17 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
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
18 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
– Principali aree di intervento per la riduzione dei consumi
Efficienza energetica negli usi industriali dell’aria compressa
19 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
CAS consumption, TWh
France
Germany
Italy
UK
EU other
80 TWh in Europa
Fonte: Compressed Air System in the European Union, Peter Radgen and Edgar Blaustein, final Report October 2000.
Informazioni generaliConsumi di energia elettrica in Europa per la produzione di aria compressa
20 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Nazione Totale consumo di
energia elettrica dei compressori (TWh)
% del totale consumo di energia per uso
industriale Germania 14 7
Italia 12 11
Francia 12 11
Gran Bretagna 10 10
Resto d’Europa 32 11
Informazioni generaliConsumi di energia elettrica in Europa per la produzione di aria compressa
21 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Pompe20%
Compressori aria17%
Compressori ref r.11%
Ventilatori18%
Altro34%
Utilizzo dell’energia elettrica assorbita dai sistemi motoreFonte: Il Programma Europeo Motor Challenge
22 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Risparmio %Motorizzazionimotori ad alta efficienza 2-8corretto dimensionamento 1-3variatori di velocità 10-50trasmissioni più efficienti 2-10
Sistemi aria compressa 33Sistemi ventilazione 17.5
Risparmi potenziali per il sistemaFonte: Il Programma Europeo Motor Challenge
http://motorchallenge.casaccia.enea.it/
23 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
energiaenergia
manutenzionemanutenzione investimentoinvestimento
>70%>70%
EnergiaIl ciclo di vita (Life Cycle Cost) di un compressore: i costi
33% il potenziale di risparmio
Strumento di diagnosiAirscanTecnologie disponibiliCompressori VSDAirOptimizerAirConnectEnergy recoveryEssiccatori ES – VSDMotori EFF1
24 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Reducing air leaks
Overall system design
Recovering waste heat
Adjustable speed drives
All other measures
Fonte: SAVE Programme XVII/4.1031/Z/98-266
Principali aree di intervento per ridurre i consumi
25 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
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
Airscan
Aree di intervento vs risposte tecnologiche
26 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
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)
un errato sovradimensionamento del gruppo compressore-motore, comporta che il motore funzioni a carico parziale per buona parte del tempo di utilizzo
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).
Efficienza energetica negli usi industriali dell’aria compressa
27 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Miglioramento della rete di distribuzione
progettare con perizia i percorsi e le dimensioni delle tubazioni affinchèsiano 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)
Efficienza energetica negli usi industriali dell’aria compressa
28 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
I costi dell’energia elettrica in Italia
0,0626
0,0786
0,1027
0,0541
0,0810
0,0946
0,0880
0,0837
0,08252007
0,05870,0462Svezia
0,06530,0621Austria
0,09340,0843Italia
0,05330,0533Francia
0,07210,0686Spagna
0,08710,0780Germania
0,08300,0695Belgio
0,07660,0682EU (15 paesi)
0,07550,0672EU (25 paesi)20062005Euro/KWh
Fonte:Eurostat
+ 10%
Prezzo dell’energia per utenze industriali con consumi annui di 2 000 MWh, domanda massima di 500 kW. Prezzi in Euro per kWh tasse non incluse.
29 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
– Il controllo dei compressori a velocitàvariabile
Efficienza energetica negli usi industriali dell’aria compressa
30 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
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
31 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
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
32 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Potenze assorbite
Compressore VSD Compressore Carico/Vuoto
33 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
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 risparmiaPerché risparmia
34 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Calcolo del risparmio di un VSD vs. tradizionale
PRODOTTO DI POTENZA DI TARGA KW 75 COSTO STIMATO AL KWH = 0,1 Euro
% CARICO ELETTRICO ORE DI FUNZION. % DELLA POT. MAX KWH CONS. KWH CONS. RISP. ENERGIA RISP. ENERGIAGIORNALIERE ASSORBITA SENZA INVERTER CON INVERTER KWH/GIORNO EURO/GIORNO
100% 6 100 450 450 0 080% 4 85 255 240 -15 -1,560% 4 70 210 180 -30 -350% 6 62,5 281 225 -56 -5,62530% 4 47,5 143 90 -53 -5,25
TOTALE 24 1338,75 1185 -153,75 -15
NELL'IPOTESI DI 200 GIORNI LAVORATIVI ALL'ANNO SI OTTIENE UN RISPARMIO DI 3.075 Euro
ESEMPIO DI CALCOLO DEI RISPARMI DI ENERGIA ELETTRICA CONSEGUIBILI GRAZIE ALL'UTILIZZO DI UN COMPRESSORE VSD
35 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Punti di forza del VSDBENEFICI
Sensibile riduzione della bolletta energetica
Diverse pressioni-stesso compressore
Riduzione della bolletta energetica
Lunga vita alle componenti meccaniche ed elettriche e nessuna penalizzazione causata dalla potenza reattiva
Riduzione della bolletta energetica grazie all’elevato rendimento dei componenti elettrici
Riduzione degli ingombri, delle perdite di carico e dei costi di installazione
Minori consumi di acqua di raffreddamento
CARATTERISTICHE
Risparmio energetico fino al 35%
Flessibilità di pressione 4-13 bar
Stabilità di pressione +/- 0,1 bar
Nessun picco di corrente all’avviamento
Elevato fattore di potenza
Totale integrazione
Valvola termostatica per i modelli raffreddati ad acqua
36 Air Academy -Oil-Free (SOLO PER USO INTERNO)
AIRScan
Check-up energetico gestionale
TM
37 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Obbiettivi
Avere una più chiara consapevolezza dell’energia coinvolta nella produzione di aria compressa;Individuare e quantificare le potenzialità di risparmio
38 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Distribuzione
Domanda
Fornitura
Approccio ai sistemi
AIRScanL’indagine
TM
39 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
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
40 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
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**
63345
15856
5751
575
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**
48803
12150
4354
492
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**
29248
7394
2629
246
Costo annuo (Euro)
2349728,610810
58337,1275
21362,6103
2460,311
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 0,1027 Euro/kWh = 23.500 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.
41 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
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
42 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
AIRScan
0,8 anno
0,3 anno
30.000
10.000
36.8007.475140.487ES - Airoptimizer147.962Cliente D
0,7 anno1.500 + 3.000
31.300
(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
43 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
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)
44 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
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
45 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
AIRSCAN
Portata aria - Misura della portata richiesta dalla rete aria compressa
Potenza- Misura della potenza elettrica impiegata nella produzione di aria
Pressione- Misurata con apposito strumento
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
MBOX lite
Portata aria - Estrapolata dagli assorbimenti
Potenza- Misura della potenza elettrica impiegata nella produzione di aria
Pressione- Inserita sul dato del pressostato della macchina o del serbatoio
Temperatura- No
Determinazione delle perdite- No
Qualità dell’aria- No
AIRScanCosa si misura
TM
46 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Utensili per laforatura delle tubazioni
Misuratore di condizioni aria ambiente
Rilevatore di fughe d’aria di rete
Misuratore di portata Dispositivi di registrazione dati
Spessore tubazioniSensori / misuratoridi potenza elettrica
Analizzatore punto di rugiada Misuratore pressione
AIRScan Gli strumentiTM
47 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
AIRScan – InstallazioneTM
48 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Misure elettriche– Energia assorbita
AIRScanLa tipologia delle misurazioni effettuate
TM
Misure fluidodinamiche– Portata– Pressione– Temperatura
49 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Fotografia della settimana di MisurazioneQuanti kWh ha consumato il cliente
per produrre aria compressa
AIRScanLa fotografia dell’impianto
TM
50 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
La situazione attuale (misurata) è confrontata con 5 possibili aree di miglioramento:
1. Simulazione presenza di un compressore a velocità variabile (VSD)
2. Simulazione dei risparmi indotti dall’eventuale presenza di un sistema Airoptimizer (ES130-130V-130T)
3. Valutazione delle fughe di aria dalla rete
4. Simulazione differenti settaggi di pressione (fine tuning)
5. Incremento volume di rete
AIRScanBenefici per il cliente – la simulazione
TM
51 Air Academy -Oil-Free (SOLO PER USO INTERNO)
1. Simulazione presenza di un compressore a velocità variabile (VSD)
52 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
•Cliente 1 (BG)
•Cliente 2 (BS)
AIRScanRelazioni tipo
TM
53 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
30%9.530Simulazione
Mattei Maxima 75 e GA 90 VSD
-13.615Caso baseMattei Maxima 75
(75kW), Mattei 15 ERR 250 (45 kW), Mattei
ERS 2045 H (45 kW)
Risparmio energetico rispetto
al caso base
kWh consumati (settimana)
Condizione
Risparmio = 4.085 kWh/sett. x 52 sett./anno x 0,1027 €/kWh = 21.800 €/anno
Cliente 1
I vantaggi simulatiAIRScanTM
54 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Cliente 2
AIRScanLa fotografia dell’impianto
TM
55 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
18%38.262
Simulazione
3 x ZR250
ZR250 VSD
-46.888
Caso base
4 x ZR250
Risparmio energetico rispetto al caso base
kWh consumati
(settimana)
Condizione
Cliente 2
Risparmio = 8.626 kWh/sett. x 52 sett./anno x 0,1027 €/kWh = 46.000 €/anno
I vantaggi simulatiAIRScanTM
56 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
115
32
21
134
6
28
13
71
84
13
138
17
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
ore
AIF 058986
AIF 058987
AIF 069168
AIF 069167
ZR 250-10 ZR 250-10 ZR 250-10 ZR 250-10
C1 C2 C3 C4
Ore di funzionamento nei vari stati
Ore Fermo Ore a vuoto Ore a carico
Cliente 2 – Situazione attuale
I vantaggi simulatiAIRScanTM
Compr. Modello
C1 ZR 250-10C2 ZR 250-10C3 ZR 250-10C4 ZR 250-10
Ore totali vuoto e carico
Ore a carico Ore a vuoto Ore
Fermo
53 21 32 11534 28 6 134
155 84 71 13155 17 138 13
57 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Energia consumata = 46.888 kWh/sett. Di cui: 80% a carico20% a vuoto
Cliente 2 – Situazione attuale
Energia consumata = 38.262 kWh/sett.Di cui: 91% a carico9% a vuoto
Energia Totale assorbita
20%
80%
Energia totale a vuoto Energia totale a carico
Con ZR250 VSDRapporto energia consum ata a vuoto/energia consum ata a carico
9%
91%
energia consumata a vuoto energia consumata a carico
I vantaggi simulatiAIRScanTM
58 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Risparmi economiciTab. 9: Risparmi economici
Risparmio Economico Perdite VSD Totale # [€/anno] [€/anno] [€/anno]
1 27.292 13.620 40.9122 0 12.008 12.0083 0 12.003 12.0034 26.000 18.126 44.1265 35.944 10.367 46.3116 0 19.696 19.6967 27.281 28.814 56.0958 0 26.096 26.0969 24.851 17.941 42.79210 0 29.273 29.27311 0 30.238 30.23812 0 49.889 49.88913 0 33.031 33.03114 0 14.919 14.91915 0 20.530 20.53016 14.257 76.004 90.26117 2.237 3.316 5.55318 0 889 88919 27.001 147.655 174.65620 11.169 742.044 753.213
Totale 196.032 1.306.459 1.502.491
59 Air Academy -Oil-Free (SOLO PER USO INTERNO)
2. Simulazione dei risparmi indotti dal sistema ES - Air Optimizer
(ES130-130V-130T)
60 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
AIROptimzer
ES 8
ES 130
ES 6
Soluzioni disponibili
61 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
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
ES130 - AirOptimizerDue principali modalità di funzionamento per la riduzione dei consumi
TM
62 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
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 kWPotenziale 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 - AirOptimizerTM
63 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Air Optimizer
Simulazione del risparmio indotto dall’installazione di un sistema ES in una sala compressori
Risparmio energetico settimanale (ES2000) 7474 kWh
Risparmio percentuale 5 %
INIZIALE ES2000Number Type Air delivered Energy consumed Energy consumed
m3 kWh kWh1 ZR250-10-5 183193 8 213302 ZR250-10-5 88062 38488 105413 ZR457-9.5-5 353026 30521 398504 ZR315V10.4 241390 25479 296635 ZR250-10-5 309079 39644 354026 ZR250-10-5 30447 13822 3702
Total 1205197 147962 140488
64 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Situazione misurata: Consumo energetico attuale
Simulazione ES: 5% risparmio energetico previsto
Impegno con il cliente per un risparmio minimo del 3%
Consuntivo (risparmio annuo misurato dal Cliente):5%
Risparmio di 30.000 Euro/anno
Air Optimizer
65 Air Academy -Oil-Free (SOLO PER USO INTERNO)
3. Eliminazione fughe aria
66 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Fughe aria
Misura e quantificazione fughe aria
Analisi
Bonifica
67 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Misura e quantificazione delle fughe di aria
Le fughe di aria rappresentano un costo fisso (sono presenti tutto l’anno)
Negli impianti monitorati, la portata perduta per fughe di aria è mediamente intorno al 15 % della capacità totale della sala compressori con punte del 30%
68 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
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**
63345
15856
5751
575
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**
48803
12150
4354
492
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**
29248
7394
2629
246
Costo annuo (Euro)
2349728,610810
58337,1275
21362,6103
2460,311
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 0,1027 Euro/kWh = 23.500 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.
69 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Profilo di portata
Misura e quantificazione delle fughe di aria
100%
15%
Sabato e Domenica
70 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Nel caso in esame la portata misurata alla domenica (fabbrica ferma) rappresenta l’aria perduta per fughe nella rete:
120 l/s, pari alla portata erogata da un compressore da 50 kW
50 kW x 8.000 h/anno x 0,1027 €/kWh = 41.000 €/anno perduti
Misura e quantificazione delle fughe di aria
71 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Il sistema di monitoraggio delle perdite si basa sul principio delle emissioni sonore ed è in grado di tracciare una mappatura delle stesse evidenziando quelle (compatibilmente con il rumore di fondo dell’ambiente) di entità maggiore.
Analisi delle fughe di aria
72 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Lo strumento utilizzato per la rilevazione delle perdite della rete di aria compressa misura il valore di rumore espresso in dB. Tale valore, rilevato a spot in corrispondenza dei punti segnalati dal Cliente, è utilizzato per elaborare una classifica dei punti di perdita, catalogati per importanza della fuga.
Analisi delle fughe di aria
73 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Bonifica rete aria compressa
Eliminando anche solo il 20%-30% delle fughe rilevate, si ottengono risparmi energetici apprezzabili
41.000 €/anno x 0,3 = 12.300 €/anno risparmiati
Analisi delle fughe di aria
74 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
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
75 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
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
76 Air Academy -Oil-Free (SOLO PER USO INTERNO)
4. Simulazione differenti settaggi di pressione (fine tuning)
77 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Simulazione differenti settaggi di pressioneSettaggi attuali
78 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Simulazione differenti settaggi di pressioneSettaggi attuali
Attuali bande di pressione di esercizio dei compressori
(si sovrappongono)
79 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Simulazione differenti settaggi di pressioneSettaggi simulati
80 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Simulazione differenti settaggi di pressione
Bande di pressione dei compressori regolati “in cascata”
Settaggi simulati
81 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Risparmi energetici ottenibili dalla regolazione “in cascata”
Simulazione differenti settaggi di pressione
30.358Risparmio
369.774Settaggi modificati
400.131Attuale
Spesa energetica 8000h (€)
Configurazione sala compressori
Risparmio energetico: 7,5 %
82 Air Academy -Oil-Free (SOLO PER USO INTERNO)
5. Incremento volume di rete
83 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Incremento volume di rete
Situazione iniziale : 2 compressori on-off lubrificati da 32 kW
Uno dei compressori (linea verde) va a carico per compensare i picchi di richiesta di aria della rete
84 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Incremento volume di rete
Stati funzionamento compressori
85 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
In seguito all’aumento volume di rete + sostituzione compressore on-off con VSD
Incremento volume di rete
86 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Incremento volume di rete
Risparmio annuale
10.3001.923Risparmio
18.2303.404 •GA 410•GA 45 VSD
Caso simulato
28.5305.327•GA 410•GA 410
Caso attuale
Costo[€/anno]
Consumo di energia
settimanale[kWh/7 gg]
Macchine sala
compressori
87 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Contaminanti rilevabili– CO– CO2
– OLIO
Punto di rugiada
Per la qualità dell’ariaAIRScanTM
88 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
– Recupero del calore di raffreddamento dei compressori
Efficienza energetica negli usi industriali dell’aria compressa
89 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Potenzaassorbita 100%
Perdita per irraggiamento
2%
Calore restantenell’aria compressa
4%
Energia recuperabile94%
Energy RecoveryRecupero del calore di raffreddamento dei compressori
Sistema integrato
Recupero energetico fino al 94% della potenza elettrica sotto forma di acqua calda a 85-90 °C per usi sanitari, riscaldamento ambienti e impieghi di processo
90 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Recupero di energia– Usi sanitari (riscaldamento acqua per docce
o rubinetti)– Riscaldamento locali, con acqua convogliata
nei termosifoni– Impiego di processo
Centrale di compressione “tutto compreso”
Energy RecoveryRecupera fino al 75% dell’energia dissipata in calore
91 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Energy Recovery
92 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
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 efficienzaAd oggi solamente per i motori fino a 90 kW
93 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
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
94 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Caso A = 6.000 h x 0,1027 €/kWh x 55/0,9402 = € 36.035
Caso A = 6.000 h x 0,1027 €/kWh x 55/0,9402 = € 36.035
SIEMENS =6.000 h x 0,1027 €/kWh x 55/0,952 = € 35.600
SIEMENS =6.000 h x 0,1027 €/kWh x 55/0,952 = € 35.600
Differenza su base annua = € 435Differenza su base annua = € 435
Acquisto di un compressore equipaggiato di motore ad alta efficienzaMotori ad alta efficienza – caso di un 55 kW
Vita media 10 anni
€4.350Vita media 10 anni
€4.350
95 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
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
96 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Migliorare la produttivita’ e ridurre l’impatto ambientaleIL VOLUME DELLE NOSTRE VENDITE DI SOLI COMPRESSORI D’ARIA A CLIENTI ITALIANI ESPRESSA IN POTENZA ELETTRICA INSTALLATA E’ PARI A CIRCA 100 MEGAWATT OGNI ANNO…
GRAZIE ALLA TECNOLOGIA VSD IL RISPARMIO ENERGETICOPUO’ ARRIVARE FINO AL 35% DELLA POTENZA ELETTRICA INSTALLATA
100.000 kW x 4.000 h/anno = 400.000.000 kWh
400.000.000 kWh X 35/100 = 140.000.000 kWh
140.000.000 kWh = 70.000 tonn di CO2 evitata
140.000.000 kWh = 30.800 Tep
97 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
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
98 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
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 65 Euro
Risparmio settimanale = 19.600 kWh/sett.
(19.600 x 51 x 0,09) = 89.000 Euro annui
stimati con l’Airscan
Risparmio settimanale 19.600 kWh/sett.
19.600 x 51 x 0,187/1000 =
187 tep = 187 TEE
12.100 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
99 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
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 del carico 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
100 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Elektronikon Mk IV RetrofitI vantaggi di una elettronica dell’ultima generazioneAggiornamento delle elettroniche da …………. a MK IV
Compressore EL.PN Compressore MK I Compressore MK II Compressore MK III
Step 1: Tutti compressori della sala a MK IV
Step 2: RETE CAN
Step 3: REMOTAGGIO E OTTIMIZZAZZIONE ENERGETICA
CANBox Retrofitdedicati
Retrofitdedicati
Retrofitdedicati
VANTAGGI V
ANTAGGI
VANTAGGI
101 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
SIparziale
SI Riduzione dei periodi di funzionamento a vuoto grazie al sistema DSS (Delay Second Stop)
SIProgrammabile a differenti pressioni in differenti turni produttivi
MK IMK IIMK IIIMK IVFunzione
SI
SI
SI
SI
SI
SI
SI
SI
SI
SI
SI
SIparziale
Unico che garantisce l’interconnessione fra vari compressori e impianti
Ogni esigenza manutentiva è indicata così come un maggior numero di allarmi
Possibilità di espansione in MODBUS e PROFIBUS
Con MKIV l’elettronica può essere programmata in modo che se anche l’elettricità ritorna dopo parecchi minuti il compressore si riavvia in automatico
Possibilità di monitorare moduli di misura opzionali come l’ SPM
Gestione della funzionalità di risparmio energetico di più compressori ES4i-ES6-ES8-ES130
Vantaggi aggiornamento delle elettroniche grazie a retrofit dedicati
102 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
= Risparmio di Energia= Riduzione dei Costi
1 GA 22 – 10 bar (Mk IV)
1 GA 22 – 10 bar
=
=
18 kW
25 kW
Potenza assorbita nel turno di lavoro notturno 50 l/s a 4 bar
Potenza assorbita nel turno di lavoro notturno 50 l/s a 10 bar
2.500 h/anno x 7 kW x 0,1027 Euro/kWh
= 1.800 €/anno
Risparmio annuale durante il turno notturno (8 h)
3
Elektronikon Mk IV Dual PressurePossibilità di settaggio di due pressioni
103 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Il Programma EuropeoMotor Challenge
104 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
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 Challenge
E’ possibile ottenere ritorni di immagine per l’azienda
105 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Aree di interventi nel Motor Challenge
Sistemi di Pompaggio
Apparecchi vari
Sistemi Aria Compressa
Sistemi Ventilazione
Sistemi Sistemi motoremotore
Distribuzione elettricaSistemi di
refrigerazione
106 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
Status di Partecipante: Benefici
Affidabilità, Qualità
Costi
Pubblico riconoscimento,
immagine – Uso del logo
– Nome sul sito internet di MCP– Gli interventi più interessanti sul sito di MCP
http://ies.jrc.ec.europa.eu
http://motorchallenge.casaccia.enea.it/
107 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008
http://ies.jrc.ec.europa.eu
http://motorchallenge.casaccia.enea.it/
108 Luca Bicchierini Seminario Università di Pavia – Facoltà di Ingegenria 6 Giugno 2008