Houston, abbiamo un problema. I consumi di elettricità, passata la parentesi della pandemia, hanno ripreso a crescere: la Iea (international Energy Agency) nel suo Electricity Market Report ipotizza un +3% solo nel 2021. Il problema è che per produrre energia elettrica si libera CO2, tanta o poca secondo la fonte utilizzata, che è un fattore climalterante. Ma come possiamo ridurre i consumi? Spesso trascurati, i motori ad alta efficienza energetica controllati da azionamenti a velocità variabile – drive o inverter – avranno un ruolo chiave nel percorso che porta allo “zero netto” di emissioni. Dati alla mano, se i cosiddetti “Paesi sviluppati” fino a oggi consumavano oltre il 50% dell’elettricità prodotta (con il 15% della popolazione), la crescita dei consumi nei prossimi anni sarà trainata dalle economie emergenti, come Cina e India, che hanno già fatto sapere di non aver nessuna intenzione di ridurre i loro piani di sviluppo, e di voler puntare principalmente su fonti fossili (più economiche e rapide da mettere in linea) rispetto a rinnovabili e nucleare (meno inquinanti, ma più costose e complesse). Quando al trend si unirà anche l’Africa, i volonterosi piani di contenimento delle emissioni messi in piedi a costo di grandi sforzi dall’Europa e pochi altri andranno a gambe all’aria.
Morten Wierod, Presidente di Abb Motion, ha dichiarato durante una recente tavola rotonda sul tema che «la popolazione mondiale aumenta, e il consumo di energia aumenta ancora più rapidamente, anche perché le popolazioni di tutto il mondo vogliono godere degli stessi livelli di comfort di cui godono i Paesi più sviluppati. Inoltre, c’è una tendenza verso l’elettrico in vari settori, non solo nell’ambito dei trasporti. Pensate solo agli azionamenti elettrici che stanno sostituendo quelli idraulici nelle fabbriche. Sono cambiamenti positivi, ma ci fanno capire che in futuro il consumo elettrico sarà sempre maggiore. Per questo motivo, l’efficienza energetica non è più un’opzione: è un vero e proprio must».
Abb Motion ha annunciato che nei prossimi anni rafforzerà il suo impegno alla ricerca di tecnologie che possano migliorare ulteriormente l’efficienza energetica, e di aver dato vita a un movimento dedicato al tema: l’Energy Efficiency Movement. Il Movimento sarà aperto alla collaborazione di tutti, e Abb si aspetta l’adesione di aziende, partner, ma anche delle istituzioni e del mondo accademico. Fra le prime iniziative per promuovere il movimento, oltre alla già citata tavola rotonda, c’è anche la realizzazione di un white paper relativo alla realizzazione concreta degli obiettivi degli Accordi di Parigi. Ma Abb ha voluto mettere in rilievo più i fatti che le intenzioni, e ha quindi approfittato dell’occasione per mostrare una serie di casi di successo in cui l’utilizzo delle sue tecnologie ha permesso un notevole miglioramento nell’efficienza dell’uso dell’energia elettrica.
Con motori ottimizzati ad alta efficienza, il consumo mondiale di elettricità potrebbe essere ridotto fino al 10%
Per incidere in modo significativo sui consumi, bisogna rendere efficienti i processi e le macchine che consumano la maggiore quantità di energia. E secondo Abb, il 45% dell’elettricità consumata in tutto il mondo viene utilizzato per alimentare motori elettrici, nelle applicazioni industriali e negli edifici. Moltissimi di questi motori sono basati su tecnologie obsolete ed inefficienti. D’altronde, il motore elettrico è una delle macchine più semplici e longeve: se correttamente manutenuto, il suo tasso di sostituzione è bassissimo, e quindi non è affatto strano trovare in servizio motori risalenti al secolo scorso. «Se gli oltre 300 milioni di sistemi industriali guidati da motori elettrici attualmente in funzione in tutto il mondo venissero rimpiazzati con apparecchiature ottimizzate ad alta efficienza, il consumo mondiale di elettricità potrebbe essere ridotto fino al 10%» ha affermato Wierod. Se vi sembra poco, considerate che oggi l’intera India consuma il 6% dell’energia mondiale.
Modulare i consumi in base alle necessità: così gli inverter rendono efficienti i motori elettrici
Secondo Abb, si stima che attualmente solo il 23% dei motori elettrici industriali sia connesso alla rete tramite un drive o inverter. Il drive, ricordiamo, è un’apparecchiatura elettronica che riceve l’energia proveniente dalla rete, tipicamente trifase a 380 V o monofase a 220 V, e la converte in un’energia con voltaggio e frequenza variabili in base alle esigenze, ottimizzando la gestione del motore e i suoi consumi. Questo vuol dire che il 77% dei motori è connesso direttamente alla rete di distribuzione dell’energia, ovvero funziona sempre al massimo della potenza, senza possibilità di modulazione se non l’acceso/spento. In pratica, il motore elettrico connesso direttamente consumerà sempre una quantità di energia pari al valore massimo di targa. Chiaramente, quando non ho bisogno della potenza massima del motore, spreco energia. Anteponendo invece un drive al motore, potrei modulare i consumi in base alle effettive necessità di potenza erogata.
Nei prossimi 5 anni, però, si stima che i motori collegati via drive saliranno solo dal 23 al 26%, quando si calcola che circa il 50% dei motori industriali trarrebbe beneficio dall’utilizzo di questa tecnologia. Che, ricordiamolo, può ridurre il consumo di una pompa, di un ventilatore, di un compressore di circa il 25%, senza contare i guadagni di efficienza che conseguono all’ottimizzazione del “carico”, ovvero del complesso di apparecchiature mosse dal motore stesso. Alcuni interessanti esempi si trovano nel white paper “Il ruolo fondamentale di motori e azionamenti ad alta efficienza nella riduzione dei consumi energetici”. E a parte la tecnologia di connessione, anche il motore in sé è migliorabile sotto l’aspetto dei consumi. Le norme International Efficiency (Ie) stabiliscono 4 livelli di efficienza per i motori (simili concettualmente alle varie norme “Euro” per gli autoveicoli), e attualmente molti impianti utilizzano ancora vecchi motori Ie1 e Ie2. Un motore Ie3 raggiunge un’efficienza del 96% circa, ma i più recenti motori Ie4 disperdono il 15% di energia in meno, e alcuni produttori hano già sviluppato motori ancora più efficienti, per il futuro livello Ie5 (“Ultra Premium”). Abb, per esempio, ha in catalogo motori sincroni a riluttanza, che promettono eccellenti risultati rispetto ai motori tradizionali.
Efficienza energetica, i casi d’uso. Italia: Sacmi e Farina Presse. Francia: Peme Gourdin. Spagna: Ikea. Turchia: NavTek Naval Technologies e Bma Technology. Serbia: Bajina Basta
Durante una tavola rotonda sull’Efficienza Energetica, centrata sul Sud Europa, Abb ha presentato una serie di casi di successo atti a dimostrare che l’obiettivo dell’efficienza nei consumi elettrici è non solo possibile, ma conveniente. I casi riguardano 6 storie di successo in 6 settori diversi e in 5 Paesi diversi (dei 12 che compongono la regione Sud Europa di Abb), un vero e proprio “viaggio” con un filo conduttore, il miglioramento dell’efficienza per aiutare il pianeta.
Una prima applicazione arriva dal settore della metallurgia, e precisamente dall’italiana Farina Presse. «Ci siamo impegnati a fondo per creare una nuova linea di presse “green” – dice Marco Gritti, ceo dell’azienda – le abbiamo chiamate Kers (Kinetic Energy Recovery System), e invece di dissipare l’energia sotto forma di calore, la riutilizzano attraverso un motore torque che recupera l’energia tramite un drive rigenerativo Abb. Questo consente di ridurre i consumi di oltre il 40%». Considerando che una normale pressa da 6.000 tonnellate dissipa a 600 colpi/ora quasi 390.000 kWh l’anno, questo si traduce in 300 tonnellate in meno di CO2 l’anno per macchinario.
Sempre dall’Italia arriva un altro esempio nel settore dei macchinari per Food&Beverage. La Sacmi Packaging and Chocolate ha studiato il problema dell’efficienza nel ciclo di concaggio (una serie di operazioni che si svolgono durante la produzione del cioccolato), che presenta consumi elevati perché, secondo Franco Lumini, Responsabile Tecnico Aziendale, «il processo richiede un’elevata potenza elettrica installata, e comprende fasi di riscaldamento e raffreddamento che consumano molta energia». Per ridurre i consumi, l’azienda sta procedendo su due direzioni: da una parte agisce sulla termodinamica, studiando soluzioni per pompare o rigenerare calore ed energia termica; dall’altra, migliora l’efficienza energetica sostituendo i motori di vecchio tipo (che comunque erano di classe Ie3) con nuovi modelli ad alta efficienza, in particolare con modelli Abb sincroni a riluttanza, con caratteristiche di classe Ie5 e pilotati da drive ACS880. Questo consente di risparmiare il 3-4% sul consumo totale di elettricità della macchina, e riduce le emissioni di CO2 di 22 tonnellate l’anno.
In Turchia, nel porto di Istanbul, la NavTek Naval Technologies e la Bma Technology hanno realizzato e messo in mare lo Zeetug30, primo rimorchiatore completamente elettrico a emissioni zero. Il natante è dotato due motori di propulsione a doppio avvolgimento e monta 14 azionamenti mobili HES880, 6 convertitori DC/DC, due inverter per ciascun motore e uno per ciascuna pompa dell’elica prodiera e dell’impianto antincendio. Zeetug30 ogni anno elimina 210 tonnellate di CO2 (e 9 di NOx) rispetto a rimorchiatori analoghi con trazione diesel.
Un’applicazione nel settore dell’idroelettrico arriva invece dalla Serbia, dove la seconda più grande centrale del Paese, Bajina Basta, ha aumentato la disponibilità dell’impianto e l’efficienza totale. La cosa è stata possibile grazie all’impiego di un convertitore di frequenza Abb MegaDrive-Lci da circa 21 Mw e ai trasformatori per l’avviamento statico di due macchine sincrone da 315 MW. In pratica, la centrale può funzionare in due modalità: produzione di elettricità, o utilizzo dell’elettricità in eccesso per pompare acqua in quota, da usare per i periodi di maggiore richiesta. In pratica, si usa il lago Perukat come fosse una batteria. La particolarità è che due degli alternatori che producono energia sono usati anche come motori per ripompare l’acqua in quota, ma l’operazione di stop, cambio di modalità e ripartenza sincrona era lunga e portava a notevoli perdite di energia. Solo con l’installazione delle nuove apparecchiature Abb è stato possibile semplificare il procedimento, ridurre i tempi morti, e – secondo Drusan Trisic, Director of Electric Generation della società che gestisce gli impianti – ottenere un allungamento della vita operativa delle apparecchiature. Senza trascurare che ora la centrale produce circa 5 o 6 Gwh l’anno in più.
Altro caso interessante è quello di due negozi Ikea in Spagna, dove sono stati installati pannelli solari e sono stati equipaggiati gli impianti di condizionamento con gli azionamenti ACH 550, ACH580 e ACH580 a basso contenuto di armoniche. A seguito dell’intervento, il consumo dei sistemi Hvac è sceso del 25% – pari a 425 tonnellate di CO2 l’anno in meno.
Un ultimo esempio ha riguardato il trattamento dell’acqua potabile in Francia da parte della Peme Gourdin, che ha sostituito i motori di un centinaio di sistemi di pompaggio con sistemi ABB classe Ie4 nel quadro di un progetto di manutenzione straordinaria dei suoi impianti, ottenendo risparmi sui consumi compresi fra il 7 e il 10%.
Abb: il cambiamento climatico? Si gestisce investendo nelle tecnologie
Spesso si è portati a pensare che problemi enormi, come il cambiamento climatico, possano essere risolti solo ai massimi livelli delle istituzioni mondiali. Ma gli esempi citati dimostrano che è possibile agire a più livelli, e che tutti possono fare la propria parte. E le aziende possono anche ricavare un beneficio economico dalle loro azioni in questo senso. La creazione del Movimento per l’Efficienza Energetica da parte di Abb va appunto in questa direzione. «In Abb abbiamo le tecnologie per affrontare questi problemi, e dobbiamo affrontarli ora, non possiamo aspettare il 2030 o il 2050. E possiamo fare di più, possiamo spingerci ancora oltre, e questo è il nostro impegno per il futuro, stiamo investendo in tecnologie che ci aiuteranno a gestire meglio i problemi climatici che ci attendono» ha concluso Wierod.
