4.2.1 La scheda tecnica n.30E - "Installazione di motori elettrici a più alta efficienza"
L'intervento di installazione di motori elettrici ad alta efficienza, nell'ambito dell'ottenimento di TEE, risulta essere oggetto di una scheda tecnica per la valutazione del risparmio di energia primaria mediante metodo di valutazione standardizzata. La scheda relativa a tale intervento è la numero 30E ("Installazione di motori elettrici a più alta efficienza") che è una delle 18 nuove schede tecniche introdotte dal D.M. 28 dicembre 2012, e che è andata a sostituire la precedente scheda n. 11. La sostituzione della precedente scheda si è resa necessaria al fine di adeguarsi all'elevazione degli standard minimi di efficienza dei motori elettrici introdotta dai già citati Regolamento CE 640/2009 e norma tecnica CEI EN 60034-30:2009. La nuova scheda mantiene il principio, le considerazioni di natura elettrotecnica e le ipotesi di calcolo seguite nella precedente scheda, aggiornando le classi di rendimento e i limiti minimi di efficienza secondo la nuova normativa. La categoria dell'intervento è la "IND-E - Processi industriali: sistemi di azionamento efficienti (motori, inverter, ecc.), automazione e interventi di rifasamento", per cui sono previsti una vita utile di 5 anni, una vita tecnica di 15 anni e un coefficiente "tau" pari a 2,65. In accordo con il Regolamento 640/2009, che impone che dal 16 luglio 2011 tutti i motori immessi sul mercato debbano essere almeno di classe IE2, viene considerata l'installazione di motori di classe IE3 prendendo come baseline di riferimento l'efficienza dei motori IE2. Sempre con riferimento al suddetto Regolamento che impone limiti minimi di rendimento dei nuovi motori crescenti nel tempo (vedi par. 4.1.3) la scheda perderà di validità alla
data del 1/1/2015 per motori di taglia compresa tra 7,5 e 375 kW e dalla data del 1/1/2012 anche per i motori di potenza inferiore ai 7,5 kW.
La procedura di calcolo del risparmio di energia primaria prevista dalla scheda tecnica fornisce direttamente da tabella il valore di Risparmio Specifico Lordo (RSL) inteso come risparmio di energia primaria conseguibile in un anno dall'unità fisica di riferimento (UFR) che è definita come kW di potenza di targa del motore. RSL viene fornito pertanto in [tep/anno*kW] in funzione della sola taglia del motore e del numero di ore di funzionamento, secondo la tabella 4.3. Il numero di ore di funzionamento viene considerato con il parametro "tipologia di attività" che può essere uguale a "1 turno" (attività che si svolgono 8 ore al giorno per 5 o 6 giorni a settimana, corrispondenti a un numero di ore di funzionamento annuali compreso tra 1760 e 2200) , "2 turni" (attività che si svolgono in due turni giornalieri di 8 ore ciascuno per 5 o 6 giorni a settimana, corrispondenti a un numero di ore di funzionamento annuali compreso tra 3520 e 4400), "3 turni" (attività che si svolgono in 3 turni giornalieri per 7 giorni a settimana, corrispondenti a un numero di ore di funzionamento annuali pari a 7680), "stagionale" (attività che si svolgono per 3 mesi di lavoro continuato 24 ore al giorno, corrispondenti a 2160 ore di funzionamento annue).
Tabella 4.3 - Tabella del RSL riportata sulla scheda tecnica n.30E
RSL [tep/anno*kW]
Tipologia attività
Potenza motore
sostituito [kW] 1 turno di lavoro 2 turni di lavoro 3 turni di lavoro stagionale
0,75≤P≤1,1 0,0111 0,0221 0,0425 0,0119 1,1<P≤2,2 0,0092 0,0184 0,0354 0,0099 2,2<P≤4 0,0073 0,0146 0,0281 0,0079 4<P≤7,5 0,0059 0,0119 0,0228 0,0064 7,5<P≤15 0,005 0,0101 0,0194 0,0054 15<P≤30 0,0042 0,0084 0,0162 0,0046 30<P≤55 0,0035 0,007 0,0134 0,0038 55<P≤375 0,0028 0,0055 0,0106 0,003
Come in tutte le schede di valutazione standardizzate, una volta noto RSL, si calcola il Risparmio Netto Contestuale (RNC) moltiplicandolo per il coefficiente di addizionalità e per il numero di Unità fisiche di riferimento (UFR) che in questo caso saranno i kW di targa del motore, secondo la formula 4.2. Il coefficiente di addizionalità (a) è considerato pari a 1. Moltiplicando RNC per il coefficiente di durabilità (τ), che in questo caso è peri a 2,65, si ottiene il Risparmio Netto Integrale (RNI).
(4.2) (4.3) Risulta interessante accennare brevemente ai calcoli e alle ipotesi semplificative che stanno alla base della Scheda tecnica n°30E e che sono descritti nell'Allegato al D.M. 28 dicembre 2012. Il risparmio di energia elettrica annuale R derivante dall'utilizzo di un motore di classe IE3 al posto di un motore di classe IE2 è calcolabile in linea generale con la seguente formula:
dove:
- P = potenza nominale del motore elettrico in kW (la potenza di targa di un motore elettrico è sempre intesa come potenza meccanica massima all'albero);
- fc = coefficiente di carico del motore, cioè il rapporto tra potenza meccanica erogata e potenza nominale;
- h = numero di ore annue di attività produttiva
- Cu = coefficiente di utilizzo, cioè il rapporto tra ore di funzionamento del motore e ore totali di attività produttiva:
- ηIE2 = rendimento (minimo) di un motore di classe IE2 di taglia P;
- ηIE3 = rendimento (minimo) di un motore di classe IE3 di taglia P.
Per passare da risparmio di energia elettrica a energia primaria è sufficiente applicare il coefficiente di conversione 0,187*10-3 tep/kWh , così come indicato nei DD.MM. 20 luglio 2004:
(4.5)
Tabella 4.4 - Tabella dei rendimenti minimi per le classi di efficienza contenuta nella norma IEC 60034-30
Potenza nominale
[kW]
IE1 IE2 IE3
Numero di poli 2 4 6 2 4 6 2 4 6 0,75 0,721 0,721 0,7 0,774 0,796 0,759 0,807 0,825 0,789 1,1 0,75 0,75 0,729 0,796 0,814 0,781 0,827 0,841 0,81 1,5 0,772 0,772 0,752 0,813 0,828 0,798 0,842 0,853 0,825 2,2 0,792 0,792 0,777 0,832 0,843 0,818 0,859 0,867 0,843 3 0,815 0,815 0,797 0,846 0,855 0,833 0,871 0,877 0,856 4 0,831 0,831 0,814 0,858 0,866 0,846 0,881 0,886 0,868 5,5 0,847 0,847 0,831 0,87 0,877 0,86 0,892 0,896 0,88 7,5 0,86 0,86 0,847 0,881 0,887 0,872 0,901 0,904 0,891 11 0,876 0,876 0,864 0,894 0,898 0,887 0,912 0,914 0,903 15 0,887 0,887 0,877 0,903 0,906 0,897 0,919 0,921 0,912 18,5 0,893 0,893 0,886 0,909 0,912 0,904 0,924 0,926 0,917 22 0,899 0,899 0,892 0,913 0,916 0,909 0,927 0,93 0,922 30 0,907 0,907 0,902 0,92 0,923 0,917 0,933 0,936 0,929 37 0,912 0,912 0,908 0,925 0,927 0,922 0,937 0,939 0,933 45 0,917 0,917 0,914 0,929 0,931 0,927 0,94 0,942 0,937 55 0,921 0,921 0,919 0,932 0,935 0,931 0,943 0,946 0,941 75 0,927 0,927 0,926 0,938 0,94 0,937 0,947 0,95 0,946 90 0,93 0,93 0,929 0,941 0,942 0,94 0,95 0,952 0,949 110 0,933 0,933 0,933 0,943 0,945 0,943 0,952 0,954 0,951 132 0,935 0,935 0,935 0,946 0,947 0,946 0,954 0,956 0,954 160 0,938 0,938 0,938 0,948 0,947 0,948 0,956 0,958 0,956 200 0,94 0,94 0,94 0,95 0,951 0,95 0,958 0,96 0,958
Nella norma CEI EN 60034-30 i valori limite di efficienza per le diverse classi di motori sono forniti in funzione della potenza del motore diversificando per 2, 4 o 6 poli (tabella 4.4); al fine di ottenere la scheda standard semplificata per il calcolo del risparmio è stato scelto di considerare unicamente i valori del termine (1/ηIE2- 1/ηIE3) relativi ai motori 4 poli ed applicarlo a tutti i motori in maniera indistinta. Un' altra semplificazione è stata fatta sulle classi di potenza, considerando dei valori di (1/ηIE2- 1/ηIE3) medi per range di potenza nominale più ampi di quelli riportati nella normativa tecnica delle classi di efficienza. Per quanto riguarda il coefficiente da carico, esso risulta essere molto variabile nella pratica da caso a caso, ma considerando che tipicamente i motori elettrici sono sempre leggermente sovradimensionati, è stato scelto un unico valore di coefficiente di carico pari a 0,75. Nonostante nella pratica industriale i motori potrebbero essere impiegati per un numero di ore di funzionamento effettivo minore delle ore di attività produttiva, è stato adottato un coefficiente di utilizzo pari a 1. Per quanto riguarda il numero di ore di attività produttiva h, esso è stato normalizzato ipotizzando solo 4 possibili tipologie di attività (1 turno, 2 turni, 3 turni, stagionale) corrispondenti ad altrettanti range di valori di h secondo quanto specificato in precedenza. La tabella del RSL (tabella 4.3) contenuta nella scheda tecnica è stata costruita calcolando dei valori "mediati" del termine (1/ηIE2- 1/ηIE3) secondo le ipotesi semplificative appena descritte e convertendo in energia primaria così come indicato nella formula 4.5. In questo modo è stato possibile ottenere un metodo di calcolo del risparmio estremamente rapido ed elementare, introducendo inevitabilmente un maggiore errore nella valutazione. Solo sul termine (1/ηIE2- 1/ηIE3) si ha un errore relativo dovuto alla non diversificazione in base al numero di poli che arriva fino al 20%, e un errore relativo dovuto all'accorpamento delle classi di potenza che può raggiungere il 25%. Un'altra fonte di consistenti errori consiste nella discretizzazione delle effettive ore di lavoro del motore in soli quattro intervalli di valori.
4.2.2 Considerazioni riguardo baseline e addizionalità relative a interventi di sostituzione di motori elettrici nel settore industriale
La scheda tecnica n.30E in merito all'installazione di motori elettrici ad alta efficienza si presta a una serie di critiche in particolare per quanto riguarda la baseline adottata nel metodo si calcolo proposto. Nella realtà impiantistica, infatti, considerando la sostituzione di un motore elettrico con uno ad alta efficienza, la media di mercato non è sicuramente rappresentata da un motore di classe IE2. Per definizione, come baseline si intende la situazione impiantistico-gestionale antecedente l'intervento che viene presa come riferimento fondamentale per la valutazione dei risparmi. Il concetto qualificante di baseline è la sua rappresentatività di "pratica corrente" nello specifico settore merceologico di riferimento. In generale, il richiedente dei Titoli di Efficienza Energetica può condurre analisi di mercato o indagini statistiche allo scopo di individuare la "pratica corrente" a cui ricondurre la situazione pre-intervento. In contesti industriali dove i processi sono molto diversificati tra loro è complesso individuare un impianto "standard" da assumere come riferimento per la valutazione dei risparmi. In questi casi la baseline è la condizione impiantistica preesistente, purché ne vengano ben illustrate e criticate le prestazioni in termini di consumo energetico, ai fini dell'eventuale applicazione dell'addizionalità. Secondo la Direttiva EEN 09/11 il Risparmio Netto (RN) è definito come "...il risparmio lordo, depurato dei risparmi energetici non addizionali, cioè di quei risparmi
energetici che si stima si sarebbero comunque verificati, anche in assenza di un intervento o di un progetto, per effetto dell'evoluzione tecnologica, normativa e di mercato". La "pratica corrente" deve
essere quindi rappresentata da quella soluzione che si sarebbe implementata in un contesto in assenza del meccanismo incentivante. Citando i dati riportati al paragrafo 4.1.1 riguardanti alcune valutazioni economiche di interventi di sostituzione di motori elettrici nel settore industriale, si ricorda come in assenza di incentivazioni la sostituzione di un motore elettrico con uno ad alta efficienza sia in grado di raggiungere tempi di Pay-Back inferiori ai tre anni solo per motori di taglia medio-piccola e funzionanti per un numero molto elevato di ore/anno. Considerando che le industrie oggi ragionano su tempi di ritorno degli investimenti massimi di due anni, risulta evidente che senza un adeguato meccanismo di incentivazione la scelta di sostituire un motore elettrico industriale di media potenza con uno ad alta efficienza non è rappresentativa della "pratica corrente" e quindi della baseline di riferimento per l'ottenimento dei TEE. L'obbligo previsto dal Regolamento CE 640/2009 di immettere sul mercato solo motori di classe minima IE2 non assicura un adeguato ricambio del parco macchine
senza l'adozione di obblighi di sostituzione o di adeguati incentivi quali i TEE. Queste considerazioni trovano ampio riscontro nella realtà industriale in cui è largamente diffusa la pratica del riavvolgimento dei motori elettrici guasti. In base alle osservazioni riportate è possibile affermare che, per interventi di sostituzione di motori elettrici di taglia medio-grande, sarebbe più corretto calcolare i risparmi adottando come baseline il rendimento effettivo del motore presente nella situazione ante-intervento e non quello di un motore IE2, considerando un'addizionalità pari al 100%.
4.3 Implementazione nel software per l'audit energetico dell'intervento di installazione di motori