Ridurre i costi energetici è possibile. Fluke presenta un metodo a tre fasi. Tutto ha inizio con una verifica.
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Fase 1: Identificazione dei consumi energetici
Questa fase è suddivisa in tre parti:
- Verifica delle fatture emesse dal gestore dell’energia elettrica
- Uso di termocamere per la Scansione degli impianti elettrici, meccanici, di produzione e HVAC (ventilazione, riscaldamento, climatizzazione) e dell’isolamento degli edifici (tutto ciò che riguarda la separazione dell’interno di un edificio dall’ambiente esterno)
- Monitoraggio dei consumi, della Power Quality, del fattore di potenza e di altri aspetti inerenti l’uso dell’energia elettrica.
La verifica delle fatture consente di individuare gli importi fatturati dal gestore ma consente anche di far emergere le eventuali penali addebitate per picchi di potenza e/o l’incongruo fattore di potenza. Tutti i costi devono essere monitorati per verificare che i conteggi del gestore siano accurati, che l’azienda abbia pagato l’energia effettivamente consumata e che non siano state addebitate penalità eccessive. È noto che i contatori nel tempo perdono la calibrazione o subiscono dei guasti, quindi il controllo accurato delle bollette deve essere una delle fasi, a scadenze regolari, del processo di verifica dei consumi energetici.
La scansione degli impianti elettrici, meccanici, dei sistemi HVAC e dell’isolamento degli edifici tramite termocamere può rilevare circuiti sovraccarichi o non equilibrati, collegamenti laschi, surriscaldamento dei motori delle apparecchiature HVAC, malfunzionamento degli scaricatori di condensa e altri problemi che potrebbero evidenziare un uso inefficiente dell’energia elettrica. Si può paragonare l’uso di una termocamera ad infrarossi, durante la verifica energetica, all’uso che il medico fa dello stetoscopio: “Se si va dal medico per una visita di controllo, il primo strumento che utilizzerà sarà lo stetoscopio. Sebbene questo strumento non sia sufficiente affinché il medico possa affermare: “Mi dispiace, forse il problema è serio”, può consentire affermazioni come: “Dobbiamo prescrivere ulteriori esami.” La termocamera è un qualcosa di simile allo stetoscopio. È uno strumento estremamente utile ma sicuramente il più potente se utilizzato in combinazione con altri strumenti”. Per questo motivo, si usano numerose apparecchiature durante le verifiche energetiche di un’azienda.
I professionisti del settore arrivano presso il cliente con un carrello che contiene la termocamera, il registratore di rete trifase, l’apparecchiatura per l’analisi delle vibrazioni, apparecchiature acustiche, ad ultrasuoni e un multimetro digitale con scala automatica. Quando in un’area si rileva un problema con la termocamera si hanno a disposizione diverse risorse sulle quali fare affidamento.
Il monitoraggio del consumo di energia, della Power Quality e del fattore di potenza può essere sfruttato per risolvere problemi o anomalie evidenziate con una termocamera.
Un multimetro può identificare armoniche ed interruzioni che hanno origini interne che potrebbero compromettere le prestazioni delle macchine. Inoltre, uno strumento adeguato consente di misurare i picchi ed il fattore di potenza, elementi fondamentali per gli argomenti seguenti. I fornitori di energia elettrica stabiliscono i corrispettivi di potenza. Generalmente sono più elevati in estate e in alcune ore della giornata. Un gestore normalmente stabilisce anche gli intervalli di mediazione che in linea di massima sono di 15 minuti. Basandosi su questo intervallo, il gestore quindi monitora la quantità di energia assorbita dalla vostra azienda più volte nel corso di un’ora, in base al consumo medio rilevato in ciascun intervallo. I picchi di potenza rappresentano il consumo medio più elevato nell’arco di un periodo di fatturazione. Se, ad esempio, il consumo normale della vostra azienda è di circa 500 kW, ma vengono azionate tre grandi pompe di processo contemporaneamente ed il consumo sale a 600 kW alle ore 16:00 di un giorno feriale di luglio, tale episodio potrebbe rivelarsi estremamente costoso. Se il corrispettivo di potenza stabilito dal gestore è di $100 al KW, le penali per i picchi nel mese di luglio dovrebbero essere (600 kW-500 kW) x $100 = $10.000 (U.S.A.). Un registratore di rete trifase come il Fluke 1738 e un analizzatore di rete trifase come il Fluke 435 possono misurare la potenza nel tempo. Sono quindi adatti a monitorare l’assorbimento dei singoli carichi per verificare il loro peso e l’influenza sul consumo totale. Alcuni gestori applicano penali per un fattore di potenza basso (PF), in quanto questo indica che il cliente non utilizza la potenza fornita in modo efficiente. Utilizzando una termocamera in combinazione con altri strumenti di analisi della rete è possibile identificare rapidamente i consumi di energia ed i problemi di inefficienza se uno dei trasformatori o dei conduttori di neutro evidenzia una temperatura superiore a quella ambiente. Questo squilibrio termico potrebbe inoltre essere dovuto a un elevato contenuto di armoniche sul circuito oppure nel caso dei motori, potrebbe indicare avvolgimenti, cuscinetti difettosi sul circuito di un motore. Ecco perché è importante associare la termografia all’analisi di rete per ottenere una chiara prospettiva di ciò che accade durante la distribuzione dell’elettricità.
Il fattore di potenza può essere descritto in questo modo: “Supponiamo che disponiate di un’officina meccanica con numerose macchine utensili, frese, saldatrici ad arco, macchine CNC e macchinari simili che vengono accese e spente continuamente. L’accensione e lo spegnimento regolare con carichi di corrente elevati potrebbe comportare un rilevante problema di fattore di potenza. Il fattore di potenza rappresenta la differenza tra il modo in cui l’energia elettrica viene distribuita e il modo in cui viene utilizzata. Si tratta semplicemente di un rapporto tra la potenza attiva e la potenza apparente (W/VA=PF)”.In figura è riportato un semplice schema vettoriale che mette in evidenza come la potena reattiva (verticale), suppur non generi lavoro, in combinazione con la potenza attiva (orizzontale, quella effettivamente utile) va ad allungare il vettore della potenza apparente (quella che paghiamo se è troppo grande rispetto a quella attiva). Un semplice carico lineare resistivo può avere un fattore di potenza perfetto di 1,00 ma il gestore potrebbe addebitare una penale se questo valore scende al di sotto di un determinato livello, ad esempio 0,90. Quindi il gestore potrebbe addebitare un 1 percento del corrispettivo di potenza per ciascun centesimo (0,01) al di sotto del fattore di potenza di 0,90 assorbito in media dalla vostra azienda. Di conseguenza, se il vostro consumo ha un fattore di potenza medio mensile di 0,88 ed il corrispettivo di potenza è di $6.000, potreste pagare annualmente $5.400 di penale per il fattore di potenza.
Con un buon misuratore di potenza è possibile controllare e confermare il fattore di potenza nel tempo. Durante la prima fase di una verifica energetica si devono raccogliere i dati dalle fatture del gestore, dalle termocamere, dagli analizzatori e dai contatori; successivamente si verificano e si controlla il consumo di tutte le apparecchiature ed i dispositivi elettrici all’interno dell’azienda. L’obiettivo della fase 1 consiste nel creare una tabella dei consumi energetici che consenta di rispondere alla domanda: “Dove va a finire l’energia?”. Anche il personale interno può essere in grado di eseguire una verifica energetica, purché abbia una buona conoscenza sull’uso delle apparecchiature di monitoraggio. È ovviamente fondamentale tenere sempre presente la possibilità di rischi di scariche ad arco e dei potenziali dell’alta tensione. “Non sono necessari diplomi o lauree e generalmente non è necessario essere un elettricista specializzato. È tuttavia sempre opportuno consultare il responsabile della sicurezza dell’azienda se si prevede di eseguire autonomamente questo tipo di operazioni”.
Fase 2: analisi e identificazione dei problemi
Nella seconda fase di una verifica energetica si analizzano i dati raccolti nella Fase 1, chiedendosi: C’è un circuito in sovraccarico? Ci sono collegamenti laschi? C’è squilibrio tra le fasi? A cosa è dovuto il sovraccarico del circuito? Quel motore si surriscalda per un problema di allineamento, di lubrificazione o per un cuscinetto difettoso? Spesso il revisore d’impianto deve avere una visuale più ampia della situazione: quale processo alimenta questo circuito? Che tipo di processo causa problemi di fattori di potenza o di picchi di assorbimento? Inoltre, in questa fase, il revisore stima l’età e l’efficienza degli impianti di illuminazione, dei sistemi HVAC, dei motori, dei dispositivi di azionamento e di altre apparecchiature dell’azienda. “Esaminando la data riportata sulla targhetta della strumentazione, misurando il carico applicato o ricercando punti caldi insoliti con una termocamera, o ancora meglio con una combinazione di queste tre operazioni, è possibile stabilire con un alto livello di precisione lo stato dell’apparecchiatura. A volte la strada più semplice per ottenere i massimi risparmi di energia consiste nella semplice sostituzione di apparecchiature vecchie e inefficienti con versioni nuove e più efficienti”.
Fase 3: proposta di soluzioni prioritarie
La terza fase non è una verifica vera e propria. Consiste nell’offrire soluzioni tecniche a problemi rilevati nelle fasi 1 e 2. Nella fase 3 si cerca di formulare diverse strategie per abbattere i costi delle fatture energetiche. “Affinché questa fase sia efficace è necessario avere una conoscenza tecnica o almeno aver partecipato ad attività economico-energetiche anche per un periodo di tempo limitato. È fondamentale conoscere quali fattori possono influire sui costi energetici.” La Fase 3, quindi, consiste nel proporre soluzioni prioritarie per ridurre i costi. Sono possibili almeno tre operazioni per raggiungere questo scopo:
- regolare i processi
- riparare le apparecchiature guaste
- sostituire impianti e strumentazione inefficienti
Dopo aver identificato le azioni utili per apportare le migliorie, è possibile utilizzare calcoli tradizionali come il ritorno dell’investimento (ROI) per stabilire le priorità. Di seguito troverete alcuni esempi con tempi di ritorno dell’investimento (ROI). La maggior parte delle indicazioni sono il frutto di anni di esperienza.
La regolazione dei processi è spesso il modo più conveniente per eliminare penali per fattore di potenza e costi dovuti a picchi di potenza. È probabile che i controlli di processo possano consigliare di disabilitare l’azionamento contemporaneo delle tre grandi pompe menzionate prima. Oppure potrebbe essere il caso di scaldabagni elettrici che vengono attivati in orari di alta richiesta quando sarebbe sufficiente ritardare l’azionamento dopo le 22:00, orario in cui le tariffe elettriche sono più basse. I calcoli effettuati sulla base delle fatture e la relativa verifica tramite analizzatori di rete forniscono i dati necessari per calcolare il ROI per tali soluzioni.
Con un altro tipo di regolazione del processo, è possibile migliorare immediatamente il fattore di potenza installando condensatori di rifasamento sulla linea elettrica o sul carico in questione. Mentre le macchine grandi si accendono e si spengono, i condensatori agiscono in modo simile a una spugna che assorbe l’acqua; l’unica differenza consiste nel fatto che i condensatori “assorbono” elettricità. Quindi, così come l’acqua fuoriesce dalla spugna quando viene strizzata, un condensatore “eroga” elettricità quando la tensione inizia ad abbassarsi. Quindi mantiene regolata la tensione della vostra rete elettrica. In molti casi di penali per fattori di potenza, il costo dei condensatori si può ammortizzare in 30-60 giorni. “In effetti, alcune aziende manifatturiere hanno subito addebiti di oltre $1.000 al mese a causa di un fattore di potenza basso. In questi casi si installano banchi di condensatori di dimensioni adeguate constatando un immediato miglioramento del fattore di potenza complessivo con un conseguente calo della domanda di kW. In alcuni casi, il costo dell’intera installazione è stato ammortizzato in 60 giorni, semplicemente grazie ai risparmi ottenuti sui consumi di energia elettrica.”
Riparazione delle apparecchiature tramite la termografia
Una volta rilevati i problemi sull’impianto elettrico di distribuzione grazie alla termografia si procede alla riparazione delle apparecchiature guaste o difettose. Si potrebbero rilevare collegamenti laschi o corrosi, squilibrio tra le fasi o isolamenti usurati. Analogamente, il surriscaldamento potrebbe indicare pulegge non correttamente allineate. Le apparecchiature di allineamento laser potrebbero facilitare la correzione del problema. In alcuni casi, un cuscinetto scarsamente lubrificato può causare il surriscaldamento del motore con conseguente utilizzo di una quantità maggiore di energia. In tal caso, la semplice lubrificazione può ridurre notevolmente le temperature e l’assorbimento di corrente a pieno carico. Ovviamente, le riparazioni con maggiore priorità sono quelle che possono causare interruzioni alla produzione, seguite da quelle con minore impatto e/o rapido recupero dei costi. I problemi relativi all’isolamento degli edifici, ad eccezione di alcuni che riguardano i tetti, hanno periodi di recupero degli investimenti relativamente lunghi. In generale, questi avranno una priorità più bassa nella Fase 3 rispetto all’installazione dei condensatori per la riduzione del fattore di potenza. La sostituzione di impianti e apparecchiature inefficienti ha una priorità più bassa rispetto al livellamento dei picchi di assorbimento di corrente. Spesso, in seguito a una verifica, si raccomanda di sostituire un vecchio sistema HID o altri impianti di illuminazione inefficienti con un nuovo sistema fluorescente lineare e compatto a elevata efficienza. Il Dipartimento dell’energia degli Stati Uniti (DOE) ha identificato nei sistemi HVAC e di illuminazione le apparecchiature che maggiormente consumano energia elettrica in un gran numero di aziende. “L’adozione di un impianto di illuminazione a basso consumo energetico può offrire un recupero dei costi più facile e più rapido. Nella maggior parte dei casi l’ammortamento avviene entro un anno, specialmente se il gestore che fornisce l’energia elettrica partecipa all’investimento praticando sconti.” Altre raccomandazioni ai clienti riguardano l’aggiunta di nuovi motori ad elevata efficienza con una potenza nominale NEMA del 94 percento rispetto all’80 percento. Molti motori fabbricati a partire dagli anni ’30 e ‘40 sono costruiti come serbatoi e ancora oggi funzionano. Tuttavia, i nuovi motori con la stessa potenza nominale consumano una quantità di energia nettamente inferiore”. Tutte le aziende dovrebbero preoccuparsi di ottenere gli sconti praticati dai gestori per incoraggiare l’installazione di apparecchiature e sistemi che garantiscano un uso efficiente dell’energia elettrica. Per costruire una nuova centrale elettrica a carbone sono necessari da 12 a 14 anni. Una delle strategie migliori che i gestori hanno a disposizione per continuare a generare utili è quella di abbattere la domanda incoraggiando le aziende a ridurre i consumi di energia mediante l’uso di apparecchiature più efficienti. Non tutti i programmi di sconti sono uguali e raccomanda di verificare con il proprio gestore le opportunità disponibili.
