Rendere i motori delle pompe elettriche più sostenibili: il verde è un buon affare
Quando si pensa alle pompe utilizzate nell'industria, l'attenzione tende a concentrarsi sui materiali che movimentano, che vanno da acqua e acque reflue, prodotti chimici, petrolio, petrolio, fanghi e fanghi, fino al cibo. C'è anche un focus sui loro costi, efficienza e manutenzione. L'impatto ambientale tende a essere molto più basso nell'elenco delle considerazioni, ma anche pompe più ecologiche ed efficienti fanno bene alle imprese. Ogni pompa ha un motore; quindi non sorprende che le pompe siano responsabili del 21% di tutto il consumo di elettricità del sistema motore del settore industriale. La riduzione di questo numero può rendere le pompe più ecologiche e ridurre i costi operativi.
IMMAGINE 1: Efficienza del ventilatore o della pompa (Fonte: inverterdrivesystems.com)
Il problema energetico
Il problema energetico non è limitato alle pompe. Tutti usano quantità crescenti di energia. Le industrie stanno crescendo, la popolazione sta aumentando e l'industria delle pompe deve stare al passo con la domanda di acqua, elettricità, prodotti e servizi. Le statistiche dell'Agenzia per la protezione ambientale degli Stati Uniti (EPA) mostrano che oltre la metà dell'elettricità utilizzata nella produzione viene utilizzata per alimentare i motori e l'industria statunitense è responsabile di quasi il 25% delle emissioni di gas serra del paese.
La tendenza si gioca anche a livello globale. Secondo l'Agenzia internazionale per l'energia (IEA), i motori e i sistemi elettrici rappresentano oltre il 40% del consumo globale di elettricità. L'uso di motori e sistemi elettrici dovrebbe continuare a crescere. Ciò aumenterà il numero di emissioni nocive rilasciate.
Focus normativo
I motori stanno ricevendo maggiore attenzione dai regolatori e, di conseguenza, i produttori di pompe ne risentiranno. Il 1° luglio 2021 è entrato in vigore il nuovo regolamento sulla progettazione ecocompatibile 2019/1781 dell'Unione Europea per i motori a induzione a bassa tensione e gli azionamenti a velocità variabile (VSD) e richiede un'ampia gamma di motori elettrici per soddisfare lo standard di efficienza premium IE3. La modifica normativa aumenta i livelli di efficienza minimi obbligatori, amplia la gamma di motori coperti e, per la prima volta, include i VSD.
A partire dal 1 luglio 2023, impone standard di efficienza più elevati per alcune categorie di motori, aumentando il livello di base per alcuni motori all'efficienza super premium IE4. Al di fuori dell'UE, il Regno Unito (Regno Unito) post-Brexit adotterà lo stesso regolamento ed è probabile che alcuni altri paesi seguano questi principi. Il livello di efficienza energetica è espresso in classi di efficienza IE, da IE1 (minima) a IE5 (massima). Secondo la normativa vigente, i motori devono raggiungere il livello di efficienza IE2, IE3 o IE4 a seconda della loro potenza nominale e di altre caratteristiche. Ad esempio, i motori trifase con una potenza nominale compresa tra 0,75 kW (kW) e uguale o inferiore a 1.000 kW dovevano raggiungere il livello IE3 entro luglio 2021. I motori tra 75 kW e 200 kW devono soddisfare il livello IE4 entro luglio 2023 .
Negli Stati Uniti, il Dipartimento dell'Energia (DOE) ha recentemente emesso un avviso di pre-pubblicazione del Registro Federale per esaminare gli standard modificati di risparmio energetico per i piccoli motori elettrici. Questo per determinare se modificare gli standard di conservazione dell'energia applicabili per tali apparecchiature. E non dimenticare le nuove modifiche alle regole proposte dalla Securities and Exchange Commission (SEC) che richiederebbero informazioni relative al clima nelle dichiarazioni di registrazione e nelle relazioni annuali fornite dagli investitori, tra cui (per il sito Web della SEC):
“la governance da parte del dichiarante dei rischi legati al clima e dei relativi processi di gestione del rischio
in che modo i rischi legati al clima individuati dal dichiarante hanno avuto o potrebbero avere un impatto materiale sulla sua attività e sul bilancio consolidato, che possono manifestarsi a breve, medio o lungo termine
in che modo i rischi correlati al clima identificati hanno influito o potrebbero influenzare la strategia, il modello di business e le prospettive del dichiarante”
Sarebbe anche necessaria la divulgazione delle emissioni di gas serra di un dichiarante, il che eserciterà pressioni sui fornitori, compresi i produttori di pompe, per ridurre il loro contributo a questo problema globale.
Il messaggio principale è questo: le aziende devono essere preparate ad affrontare il proprio impatto ambientale. L'ambiente non è la prima cosa a cui le aziende pensano quando scelgono i motori delle pompe, ma ci sono vantaggi nell'essere ecologici, tra cui:
I produttori di pompe in grado di soddisfare i requisiti normativi avranno un vantaggio competitivo sul mercato.
Motori più ecologici hanno vantaggi tangibili per gli utenti.
Il risparmio da bollette elettriche più basse è importante. I costi dell'energia elettrica per uso industriale sono aumentati di quasi il 6% da una media nazionale di 6,9 centesimi per kWh di gennaio 2021 a 7,3 centesimi di gennaio 2022.
Quindi, vale la pena considerare che nuovi sistemi più ecologici e più efficienti che utilizzano l'energia in modo più intelligente ridurrebbero i costi e le emissioni nocive, uccidendo due piccioni con una fava.
Competitivo e verde
Gli stessi motori elettrici delle pompe industriali, a causa del numero di essi in uso, potrebbero da soli incidere enormemente sull'uso dell'energia industriale. Secondo i calcoli di ABB, il consumo di elettricità potrebbe essere ridotto di un quinto se si adottassero sistemi di motori ad alta efficienza a livello globale. Potrebbe sembrare un sogno irrealizzabile, ma dai motori ci si aspetta sempre di più. Standard IEC più elevati sono già disponibili.
Secondo Omdia, il 75% dei motori industriali fa funzionare pompe, ventilatori e compressori, che hanno tutti opportunità significative di miglioramento dell'efficienza. Ad esempio, un variatore di velocità (VSD) può in genere ridurre il consumo di energia del 25% se aggiunto al motore esistente di una pompa, ventola o compressore. Tuttavia, meno di un quarto dei motori delle pompe nel mondo è attualmente dotato di un VSD.
Prendi l'esempio della sola gestione dell'acqua. Il pompaggio può consumare fino all'85% dell'energia utilizzata nella gestione dell'acqua. Un documento del 2021 di ABB stimava che il miglioramento dei sistemi con VSD e motori ad alta efficienza potrebbe comportare un risparmio energetico dal 25% al 30%. E sebbene questa stima riguardi l'industria dell'acqua e delle acque reflue, non c'è motivo di credere che ciò che si applica a un motore di pompa non si applicherà a un'altra situazione semplicemente perché sono utilizzati in luoghi e attività diverse.
Tutto sull'efficienza
Per ottenere il miglior livello di efficienza e risparmio energetico associato, ci sono tre considerazioni chiave da ricordare quando si valutano i motori. In primo luogo, l'industria non può raggiungere i suoi obiettivi facendo affidamento sulla vecchia tecnologia. Ad esempio, i motori a induzione sono in genere efficienti al 75% al massimo. La loro efficienza può essere migliorata accoppiandoli con un VSD, ma questa è davvero una soluzione parziale che è meglio lasciare alle situazioni in cui il retrofit è l'unica opzione. I migliori risultati potrebbero provenire dai motori sincroni a magneti permanenti (PMM), che possono raggiungere efficienze superiori al 90%.
In secondo luogo, il motore dovrebbe essere accoppiato con un VSD ben abbinato. Si noti che l'efficienza del sistema viene calcolata moltiplicando il livello di efficienza del motore per il grado di efficienza dell'azionamento. Ad esempio, se un motore con un'efficienza del 90% è accoppiato a un'unità con un'efficienza del 90%, il sistema sarà efficiente solo all'81%. Le prestazioni del sistema sono ciò che conta quando si tratta della quantità di energia utilizzata e sono realizzabili sistemi con un'efficienza superiore al 90%. Va notato che i VSD funzionano su una gamma di velocità. Questo ha due vantaggi.
In primo luogo, un sistema motore può soddisfare diverse gamme di velocità, riducendo la necessità di una linea di prodotti più varia. In secondo luogo, è necessario considerare la relazione tra la velocità e la potenza di una pompa poiché segue una curva di potenza cubica. La portata è proporzionale alla velocità. Se il sistema funziona il 10% più lentamente, fornisce il 90% di flusso.
Inoltre, la coppia è proporzionale alla velocità al quadrato e la potenza è proporzionale alla velocità al cubo. Di conseguenza, rallentando la pompa del 10% si riduce la potenza utilizzata al 73% della piena potenza. Supponendo che ciò sia appropriato per l'applicazione, può fornire risparmi ancora maggiori.
Infine, non è complicato tuffarsi nel design stesso e verificare se il motore utilizza meno materiali o se li utilizza in modo più efficace. Nuovi design e un migliore utilizzo dei materiali disponibili non sono un sogno irrealizzabile per l'industria delle pompe. Sono possibili design più piccoli ma scalabili.
Un sistema ben progettato può utilizzare meno materiale, risultando in motori e azionamenti più piccoli, più leggeri ed economici. Adottando un approccio sistemico nella valutazione dei motori, i produttori di pompe possono ottimizzare i loro prodotti per soddisfare gli obiettivi degli utenti finali ei requisiti normativi.
Le preferenze verdi dei consumatori non sono sempre sufficienti per influenzare le decisioni di acquisto o di produzione. Quindi, il fatto che i motori delle pompe con maggiore efficienza utilizzeranno meno elettricità e risparmieranno sui costi operativi è qualcosa da considerare.
Kehuan ha realizzato pompe a trascinamento magnetico dotate di motore IEC, con un'efficienza molto più elevata rispetto alle pompe a motore fisso.
Sostenibilità ed efficienza sono parole che si sprecano molto. I motori delle pompe elettriche più efficienti dal punto di vista energetico sono adatti per applicazioni industriali e potrebbero influire meno sull'ambiente naturale. Trovare opzioni scalabili, più efficienti e più facili da utilizzare per i consumatori è il modo per rendere il settore più verde, più sostenibile e più redditizio, tutto allo stesso tempo.
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