Risparmio energetico

VERIFICA TECNICA PER L’INCREMENTO DELL’ EFFICIENZA ENERGETICA NEGLI USI FINALI

PREMESSA

Il servizio di verifica tecnica nasce dalla pluriennale esperienza della sezione tecnico-impiantistica di ENERGIKA, nel settore del risparmio energetico. La crescente necessità di limitare gli sprechi di energia che inevitabilmente si verificano durante la fase del trasporto, e la conseguente esigenza di limitare le cadute di tensione sulle linee di trasporto al fine di ripristinare i valori nominali della tensione ai capi degli utilizzatori, hanno da sempre indotto ENERGIKA a prestare la massima attenzione al fenomeno delle “perdite per il trasporto”. Nel seguito l’attenzione verso la massima efficienza energetica è diventato un concetto che si è esteso ad altre aree impiantistiche che presentano margini di miglioramento. Solo in questo modo si possono valutare le tecnologie adatte ad ogni singola esigenza in modo personalizzato e mirato al contenimento energetico. Un ulteriore scopo che la verifica tecnica si prefigge è quello di individuare metodi e sistemi di monitoraggio adeguati alla realizzazione dei centri di costo e la verifica della qualità dell’energia.

In fine un successivo sviluppo è stato rivolto allo studio e alla valutazione del rendimento degli impianti termici nonché all’analisi per lo sviluppo di tecnologie alternative per la produzione di energia da fonti rinnovabili quali impianti fotovoltaici oltre alla valutazione di produzione di energia elettrica e termica (cogenerazione) e produzione di energia elettrica, termica e frigorifera (trigenerazione).

VERIFICA TECNICA
I servizi proposti nella verifica tecnica:

1. SEZIONE ENERGIA ELETTRICA
Il rendimento di un impianto elettrico industriale, (η) è il rapporto fra il valore dell’energia elettrica effettivamente trasformata in lavoro e quella assorbita nel punto di consegna e misurazione:

η = Energia trasformata in lavoro utile / Energia consumata e pagata

Questo valore dipende da molti fattori e al contrario di quello che si può pensare, solo il 70 – 75 % dell’energia elettrica consumata si trasforma in lavoro utile. Il restante 25 % della stessa è perduto nella trasformazione, nel trasporto, e nelle perdite meccaniche ed elettriche dei motori e macchine elettriche.

PERDITE DI ENERGIA = P1 + P2 + P3 = 25 %

P1 = Perdite per la trasformazione
P2 = Perdite per il trasporto
P3 = Perdite elettriche e meccaniche dei motori elettrici per la trasformazione dell’energia elettrica in lavoro utile

La somma di questi tre fattori fa sì che il 25 % dell’energia elettrica acquistata dalle industrie non sia trasformata in lavoro utile, ma sia perduta pur essendo ugualmente pagata.
La verifica tecnica nella parte relativa all’energia elettrica è volta quindi proprio ad individuare sprechi ed eventuali soluzioni tecnologiche in grado di agire su questa percentuale abbassandola e di conseguenza aumento il rendimento dell’impianto.

1.1. Analisi dei consumi degli utilizzatori
Il sopraluogo viene effettuato dai tecnici specializzati nel quale viene verificata la possibilità di effettuare interventi di risparmio energetico.
In questa fase saranno presi in considerazione tutti i dati di targa e i dati di consumo ricavati mediante misura strumentale, degli utilizzatori di potenza non trascurabile presenti in azienda.
L’analisi strumentale sugli utilizzatori sarà effettuata con sofisticate apparecchiature di analisi dell’energia che permetteranno la verifica dei seguenti parametri principali:

• Potenza istantanea assorbita (KW)
• Corrente istantanea assorbita (A)
• Tensione istantanea (V)
• Fattore di potenza istantaneo (cosφ)
• Energia reattiva richiesta dall’utilizzatore (KVAR)
• Distorsione armonica (in funzione dei casi)

A richiesta sono possibili anche la realizzazione di campagne di misura per tempi prolungati e personalizzati per la verifica dell’andamento quantitativo e qualitativo dei prelievi di singoli utilizzatori. Tale analisi permetterà il rilievo di tutte le grandezze elettriche caratteristiche della fornitura.

1.2. Analisi degli impianti di trasformazione MT-BT
Verifica delle CABINE DI TRASFORMAZIONE MT/BT aziendali ed in particolare analisi a vista dello stato generale della cabina e dello stato delle apparecchiature di trasformazione, con analisi visiva dei dispositivi di comando e protezione, volta a rilevare eventuali condizioni di funzionamento anomale o pericolose.
In questa fase sarà analizzato il rendimento del complesso di trasformazione MT/BT al fine di verificare la possibilità di migliorarlo.
Tale analisi comporterà la verifica del dimensionamento del complesso di trasformazione in funzione dei reali consumi aziendali. Inoltre sarà analizzata la possibilità di fare lavorare le apparecchiature di Media Tensione al rendimento massimo, riducendo il più possibile gli auto consumi e le perdite di trasformazione.
Nell’analisi saranno esaminati anche i sistemi di raffreddamento dei trasformatori, al fine di evidenziare eventuali funzionamenti con sovratemperature pericolose di questi componenti.

1.3. Analisi del sistema di distribuzione energia elettrica
Verifica visiva sul sistema di distribuzione principale con particolare attenzione al tipo di distribuzione e allo schema a blocchi generale comprensiva di analisi dei punti di controllo e delle protezione principali.
Analisi del rendimento della distribuzione volta ad evidenziare situazioni in cui la distribuzione sia caratterizzata da condizioni impiantistiche con rilevanti perdite dovute a sottodimensionamenti o a configurazioni impiantistiche non ottimali.

1.4. Analisi impianti di monitoraggio
Verifica degli impianti esistenti di analisi dei consumi. Analisi volta ad appurare, nel caso di strumentazioni di controllo esistenti presso la fornitura, lo stato di funzionamento e la possibilità di sviluppo di una rete di monitoraggio.
Verifica sulla necessità d’installazione di dispositivi di monitoraggio dei consumi energetici per la verifica della qualità dell’energia e per la realizzazione di centri di costo o studi sull’andamento degli assorbimenti per eventuali interventi di ottimizzazione dei prelievi.
Analisi preliminare sulla possibilità di installazione di impianti di gestione delle potenze massime prelevate in funzione del tempo, volti alla limitazione dei prelievi massimi e al controllo dei prelievi incontrollati di potenza.

1.5. Analisi dei centri di costo
Analisi, secondo quanto rilevato sugli utilizzatori e in base ai dati di funzionamento, della loro incidenza energetica sul complesso dei consumi. In questa fase per ogni utilizzatore di potenza non trascurabile sarà eseguito un prospetto riportante una proiezione dei consumi giornalieri e annuali nonché percentuale di ogni singolo utilizzatore sul totale dell’energia consumata. Questa attività consente di realizzare una “fotografia istantanea” delle performance degli impianti utilizzatori e di distribuzione dell’energia, per poi fare una serie di considerazioni future e di proiezione su base mese o anno.

1.6. Analisi impianti di rifasamento
Viene rilevato l’impianto di rifasamento esistente la dove presente con verifica strumentale dell’energia reattiva fornita agli utilizzatori e stima del rendimento di ciascuna unità di rifasamento. In questa fase sono eseguite anche valutazioni tecniche sulle modalità di installazione utilizzate, sullo stato dei vari componenti e sul rispetto della normativa vigente per quanto concerne l’installazione e il dimensionamento termico delle apparecchiature. Verifica del dimensionamento del rifasamento alle reali necessità impiantistiche, con resoconto sull’effettivo contributo all’incremento dell’efficienza energetica. Verrà eseguita una analisi sulla possibilità di realizzare, ampliare, o migliorare l’impianto di rifasamento, valutando i fabbisogni di energia reattiva dei singoli utilizzatori, in funzione di fattori quali:

e analizzando la possibilità di installazione di rifasamenti centralizzati per aree con numerosi utilizzatori o a supporto del rifasamento distribuito al fine di eliminare eventuali penali addebitate dall’ente distributore per basso fattore di potenza.

Il rifasamento distribuito o misto viene valutato in quanto, oltre a ridurre le dispersioni per effetto Joule sulla distribuzione, permette riducendo la caduta di tensione sulle linee di fare lavorare l’utilizzatore finale ad una tensione più prossima a quella nominale aumentandone di conseguenza il rendimento. Al fine di rendere ancora più evidente l’effetto del rifasamento per ogni intervento proposto viene calcolato il fattore di potenza terminale che si raggiungerà su ogni utilizzatore e la relativa riduzione di corrente assorbita, proporzionale in modo quadratico alla riduzione della corrente recuperata.

1.7. Analisi impianti di illuminazione
Verifica dell’impianto di illuminazione con relativa misura sull’assorbimento e con esame impiantistico sulla possibilità di intervenire con dispositivi di risparmio energetico.
In questa fase verrà analizzata l’incidenza del consumo dell’illuminazione rispetto ai consumi totali, e saranno proposte, la dove ritenute convenienti e compatibili con il tipo di lampade installate e con la morfologia dell’impianto, proposte per l’installazione di dispositivi per la regolazione e stabilizzazione della tensione di alimentazione delle lampade, che oltre a consentire risparmi energetici, permettono di allungare la vita di ogni singola lampada, incidendo quindi notevolmente anche sulle spese di manutenzione dell’impianto.
Tali dispositivi sono in grado, oltre che di regolare la tensione di alimentazione con valori programmati per ciascuna ora del giorno, anche di gestire autonomamente i valori di tensione di alimentazione in funzione della luminosità degli ambienti variabile nelle varie fasi della giornata, raggiungendo quindi benefici ancora più rilevanti in quegli ambienti dove l’apporto gratuito dell’illuminazione naturale può essere sfruttata.

1.8. Analisi impianti per funzionamento con Inverter o Softstarter
Questa fase comporta l’analisi sulla possibilità di utilizzo di componenti quali Inverter e Softstarter per poter ottenere risparmi energetici ottimizzando il consumo dei motori degli utilizzatori o limitandone gli spunti e i picchi di prelievo.
Infatti, questi dispositivi in apparenza simili, in realtà sono profondamente diversi e dedicati a funzioni completamente diverse seppur entrambi legati al funzionamento del motore asincrono. Il softstarter (o avviatore elettronico dolce) è un dispositivo utilizzabile esclusivamente nel gestire la fase di avviamento. L’inverter (convertitore di frequenza) invece è un dispositivo più completo che serve non solo e non tanto per l’avviamento, ma soprattutto per il funzionamento del motore. La differenza fondamentale tra le due differenti tecnologie consiste nel fatto che il softstarter è un parzializzatore di tensione, l’inverter un variatore di frequenza.
Il softstarter permette di avere avviamenti (ma anche arresti) dolci e graduali con una limitazione della corrente di avviamento.
L’inverter invece attraverso la variazioni di frequenza di rete varia la coppia motrice del motore, l’effetto che quindi si ottiene, è quello di una coppia motrice costantemente alta al variare della velocità. Tuttavia, in entrambi i casi occorre una ponderata valutazione sull’utilizzo di queste tecnologie in funzione delle esigenze dell’utilizzatore e delle priorità di produzione per ottenere soddisfacenti risultati. Al contrario un utilizzo incontrollato di queste tecnologie, priva di uno studio di fattibilità tecnico ed economico, porterebbe a consumi e a situazioni tecniche e di produzione anche disastrose.

1.9. Analisi impianti di cogenerazione o trigenerazione
Rilievo di eventuali impianti esistenti ed eventuale valutazione, la dove il rapporto dei fabbisogni di energia elettrica e termica sia contemporanea, ed in determinati rapporti, di approfondimenti per la realizzazione progetti di cogenerazione con studi di fattibilità e convenienza.
La produzione combinata di energia elettrica e termica in alcuni casi consente di sfruttare in maniera ottimale il potenziale energetico contenuto nei combustibili, permettendo di conseguire significativi risparmi energetici.

1.10. Analisi impianti fotovoltaici
Analisi preliminare, nel caso di interesse della committente, della possibilità di realizzazione di un impianto di produzione di energia elettrica mediante impianti fotovoltaici. In questa fase in funzione della superficie disponibile della committente e della locazione geografica sarà possibile eseguire un prospetto di energia che potrà essere prodotta, con il conseguente risparmio economico (in considerazione anche di eventuali incentivi statali), e una valutazione preliminare dei costi per la realizzazione dell’impianto utile per il calcolo del rientro economico.

1.11. Analisi per le attività soggetta a defiscalizzazione in base al D.Lgs 504 del 1995
Verifica e rilievo tecnico per la valutazione dei presupposti di ottenimento di defiscalizzazione sulle imposte per l’energia utilizzata come materia prima nei processi produttivi. In una serie di attività produttive, in cui si utilizza energia elettrica per processi di fonderia dei metalli o processi di lavorazione elettrogalvanica, il prezzo unitario dell’energia elettrica può essere ridotto evitando il pagamento di alcune componenti. In questa fase, in base ai rilievi eseguiti, verranno quantificati gli importi che si otterrebbero qualora esistano realmente i requisiti in funzione dell’energia impiegata nei processi esentabili. Successivamente e dietro interesse del cliente si potranno proporre le attività per redigere le pratiche di richiesta da presentare agli Uffici Tecnici di Finanza Competenti.

2. SEZIONE ENERGIA TERMICA
Come per gli impianti elettrici anche gli impianti termici sono fortemente condizionati dal rendimento. Se prendiamo in considerazione i soli “rendimenti di centrale” possiamo verificare che, mentre il rendimento di una centrale elettrica raggiunge anche valori molto alti (97 – 98 %) per una centrale termica gli stessi rendimenti variano mediamente fra valori del 85 – 90 %. Ciò significa che una quota significativa di energia, (10 – 15%) viene pagata dall’utenza ma và perduta solo in centrale termica. Se consideriamo invece i soli “rendimenti di trasporto” le differenze sono ancora più evidenti fra impianti termici ed impianti elettrici. Infatti, le perdite di una linea di distribuzione energia elettrica ben dimensionata possono essere molto contenute (2 – 3%) mentre le perdite energetiche delle linee di distribuzione di fluidi termovettori come vapore, acqua calda olio caldo, aria calda, possono raggiungere valori del 10 – 15% dell’energia totale che vi transita in assenza di coibentazione, le stesse perdite si riducono al 2 – 3 % con una adeguata coibentazione. In conclusione, come per gli impianti elettrici, il rendimento totale dell’intero ciclo di trasformazione è condizionato da altri fattori, ed il rendimento totale degli impianti termici in molti casi non raggiunge neppure il 50%. Nel caso specifico di impianti di riscaldamento degli edifici tale valore è ulteriormente condizionato dall’involucro edilizio oltre che dagli impianti termici nel loro complesso. Prendendo in esame prevalentemente impianti industriali non considereremo le perdite dovute all’involucro, quindi i rendimenti finali di un impianto termico (η), sono ottenuti dal rapporto fra il fabbisogno di calore (Q_out) e l’energia primaria immessa nel sistema per produrlo (E_p) sotto forma di combustibile o energia elettrica:

η = Q_out / E_p

Un qualsiasi impianto termico è caratterizzato da diverse fasi:

Il rendimento di un impianto termico è quindi caratterizzato dalle perdite che si hanno nelle varie fasi che vanno dalla generazione all'immissione.

PERDITE DELL'IMPIANTO = P_G + P_D + P_R + P_E

P_G = Perdite di generazione P_R = Perdite di regolazione
P_D = Perdite di distribuzione P_E = Perdite di emissione e trasformazione in lavoro

La verifica tecnica nella parte relativa alla energia termica è volta ad eseguire una valutazione del rendimento caratteristico delle varie fasi del processo.

2.1. Analisi degli impianti di generazione
Nella fase di analisi dell'impianto di generazione si andrà ad analizzare il rendimento in funzione delle perdite che sono fortemente condizionate da una serie di caratteristiche a seconda dei vari tipi di generatore:

• Tipo di intermittenza del generatore
• Temperature dei fumi
• Perdite al mantello del generatore di calore

Al fine di redigere il bilancio energetico complessivo del sistema verranno in oltre analizzati, qualora presenti, altri tipi di generatori di calore quali:

• Pompe di calore elettriche, a gas, ad assorbimento
• Sistemi di generazione da fonte solare termico
• Impianti di Cogenerazione e Trigenerazione
• Sistemi di teleriscaldamento

2.3. Analisi degli impianti di distribuzione
Nella fase di analisi dell'impianto relativo alla regolazione e controllo si andrà ad analizzare le perdite sulla distribuzione, tenendo conto di fattori quali lunghezza, diametri, tipo di isolamento realizzato, tipi di installazione, temperature interna ed esterna.

2.4. Analisi degli impianti di regolazione e controllo
Nella fase di analisi dell'impianto di regolazione e controllo si andranno ad analizzare tutti quei casi in cui con una idonea regolazione si può andare a controllare ed evitare tutte quelle situazioni in cui il calore non è immesso solo e dove effettivamente serve (evitando quindi surriscaldamenti) ma anche dove questo non è richiesto o non è indispensabile per il sistema.
La regolazione consiste in un sistema automatico che permetta in maniera retroattiva di regolare l'immissione di calore. Il regolatore in questo caso dovrà:

• Verificare lo stato dell'impianto (verifica del disturbo);
• Calcolare l'azione necessaria per compensare l’azione del disturbo in base alle sue regole (on-off, a stadi, proporzionale, con funzione matematica,ecc.) e tarature (soglie di scatto, fattore di proporzionalità, curve di linearizzazione);
• Eseguire, generare il comando per l'attuatore che esegue la correzione;
• Ripetere il ciclo.

2.5. Analisi degli impianti di emissione
Nella fase di analisi dell'impianto di emissione si andranno ad analizzare le maggiori perdite che in questa fase sono principalmente causate da:

• Surriscaldamenti in eccesso rispetto ai fabbisogni, inteso come trasferimento di calore dall'emettitore;
• Tipologia di Emettitori: integrati in strutture disperdenti, emissione diretta all'esterno.

3. RELAZIONE DI VERIFICA TECNICA
Al termine dei sopralluoghi eseguiti ENERGIKA rilascia una relazione contenente tutte le misure ed i rilievi effettuati sugli impianti. Nella relazione saranno riportate tutte le considerazioni emerse a seguito del sopraluogo di verifica, in oltre saranno indicati i potenziali interventi di carattere gestionale degli impianti, come semplici modifiche impiantistiche o di processo, che riguardano singoli macchinari oppure intere linee di produzione. Saranno poi indicati eventuali interventi in campo energetico o proposte tecnologiche giustificate dalla valorizzazione del risparmio conseguibile. In questo caso verrà calcolato il ritorno degli investimenti proposti. Gli eventuali interventi tecnici proposti saranno supportati da considerazioni tecniche ed economiche:
Le considerazioni tecniche conterranno soluzioni che possono essere, successivamente ad una verifica di interesse con il cliente, approfondite con progettazioni mirate e personalizzate.
Le considerazioni economiche consisteranno in una valutazione di puro raffronto del "denaro speso" per le realizzazioni e "denaro generato" dagli investimenti nell'arco della loro vita. In questa fase si procederà in maniera semplificata nel caso di tempi di rientro brevi, ovvero inferiori a due anni. Per gli investimenti che prevedono tempi di rientro superiori a due anni si ricorrerà al metodo del calcolo del flusso di cassa generato dall'investimento nel periodo di vita e relativo calcolo del VAN. (Valorizzazione Attualizzato Netto)

Lo scopo finale di un servizio di verifica tecnica è quello di innescare nella mentalità di ogni consumatore una impostazione tale da consentire il mantenimento ed il consolidamento di procedure di controllo ed ottimizzazione della spesa energetica.