Tecnologie innovative per una migliore efficienza energetica negli impianti elettrici

Con l’incessante aumento del consumo di energia e delle emissioni di gas serra, l’Unione Europea ha avviato politiche energetiche con il fine di:

- assicurare fonti di energia all’Europa anche per il futuro, tenendo in considerazione che le scorte di combustibili fossili, di cui l’Unione Europea è il maggior importatore, non sono inesauribili;
- garantire che l’energia disponibile in Europa abbia un prezzo contenuto per una maggiore competitività. Il costo dell’energia continua ad aumentare, una politica di diversificazione delle risorse energetiche e dei canali di fornitura può assicurare un prezzo dell’energia competitivo per sostenere i business economici;
- proteggere l’ambiente e, in particolare, combattere il cambiamento climatico. Più dell’80% dell’energia prodotta deriva da combustibili fossili, i maggiori responsabili delle emissioni di anidride carbonica e dell’esorbitante costo del cambiamento climatico;
- sostenere un adeguamento delle infrastrutture elettriche. Anche le reti elettriche devono essere modernizzate e sviluppate per soddisfare la crescente richiesta di energia e sostenere la diversificazione delle risorse.

La strategia energetica definita dall’Unione Europea è a lungo termine, con crescenti obiettivi dal 2020 al 2050 (tabella 1), per i quali si impongono riduzione di emissione di gas serra, aumento di energia prodotta da fonti rinnovabili e miglioramento dell’efficienza energetica. Sebbene, secondo le ultime rilevazioni, gli obiettivi stabiliti per il 2020 siano in parte già stati raggiunti(1), si osserva come ciò possa essere in parte dovuto alla riduzione del consumo di energia legato alla crisi economica; pertanto, saranno necessarie ulteriori azioni per mantenere i limiti al di sotto dei valori stabiliti per il 2020, mentre molto resta da fare per raggiungere gli obiettivi del 2030 e del 2050.

L’Italia, in quanto membro della Comunità Europea, ha recepito le Direttive per l’efficienza e le prestazioni energetiche nell’ambito dell’edilizia.

Tabella 1 – Obiettivi della strategia energetica definita dall’Unione Europea al 2020, 2030 e 2050(2)

DAGLI OBIETTIVI AMBIZIOSI DELL’UNIONE EUROPEA ALLA SITUAZIONE ATTUALE
Gli obiettivi Europei sono senz’altro ambiziosi, tanto che viene da chiedersi se tali traguardi siano realmente raggiungibili. È stato misurato che circa l’80% dell’energia elettrica prodotta da materie fossili non raggiunge neppure l’utente finale(3), ma è dissipata lungo la catena che va dalla generazione alla trasmissione, alla distribuzione e, infine, all’utente finale. Esistono però tecnologie che, se utilizzate, possono aiutare a ridurre lo spreco di energia, garantendo un aumento della produttività a tutti i livelli.

Nella termogenerazione di energia elettrica, sistemi a ciclo combinato e di cogenerazione possono permettere una riduzione fino al 55% delle perdite di calore durante il processo di combustione. Inverter più efficienti e lo sviluppo di componenti che lavorano fino a 1.500 V in corrente continua hanno reso possibile un aumento di produttività degli impianti fotovoltaici. L’automazione delle reti di distribuzione e lo sviluppo di prodotti per reti intelligenti di piccole dimensioni permettono lo sfruttamento delle fonti di generazione rinnovabili distribuite. In ambiente industriale, i sistemi di automazione garantiscono un aumento della produttività, mentre l’utilizzo di drive applicati a tutte le pompe e ai ventilatori installati al mondo potrebbe generare un risparmio di 3.338 TWh l’anno, pari alla produzione di energia annua dell’Unione Europea. In ambito edilizio e delle infrastrutture, l’impiego di sistemi di gestione intelligenti può arrivare a ridurre i consumi e i costi per l’illuminazione dell’80%, senza intaccare il livello di comfort per gli utenti. Da ultimo, la ricerca si sta concentrando su nuove tecnologie per lo sviluppo di sistemi di trasporto totalmente elettrici o ibridi, tecnologie che applicate, ad esempio, alle navi possono tradursi in un risparmio di carburante del 10%.
In conclusione, è stato calcolato che già con le tecnologie disponibili è possibile un risparmio energetico compreso tra il 20 e il 30%.

L’EFFICIENZA ENERGETICA APPLICATA AGLI IMPIANTI ELETTRICI
Sull’onda delle sfide poste dagli obiettivi dell’Unione Europea, i Governi nazionali e numerose Associazioni hanno sviluppato standard, codici di condotta e linee guida per migliorare l’efficienza energetica, definendo, in particolare, come misurare i risparmi ottenuti.

A questi documenti che contengono prescrizioni relative all’intera catena dell’installazione e, quindi, anche alle opere civili e meccaniche, si vanno ad aggiungere gli standard redatti dai Comitati elettrotecnici, che hanno il fine di definire l’efficienza energetica applicata al solo impianto elettrico.
Il principale standard per l’efficienza energetica applicata agli impianti elettrici è la nuova Norma internazionale IEC 60364-8-1, pubblicata in Italia nell’agosto 2016 come CEI 64-8/8-1(4), in cui vengono introdotti requisiti supplementari a quelli previsti nelle altre parti della Norma per gli impianti, le misure, la progettazione, la realizzazione e la verifica di tutti i tipi di installazioni elettriche di bassa tensione, inclusi i sistemi di produzione e quelli di accumulo di energia, per un uso più efficiente dell’energia. Tale Norma si applica agli edifici residenziali, commerciali, industriali e alle infrastrutture.

La CEI 64-8/8-1 presenta un approccio volto a ottimizzare l’utilizzo dell’energia elettrica considerando l’efficienza in termini sia di riduzione dei consumi, sia di contenimento del costo dell’elettricità, garantendo un più basso e sostenibile impatto ambientale. Al suo interno sono definiti provvedimenti di efficienza energetica (EM) applicabili agli impianti elettrici, distinguendoli tra:

- misure passive, cioè la definizione di paramenti e prestazioni che influenzano la scelta di apparecchi e componenti dell’impianto;
- misure attive, cioè metodi per l’ottimizzazione della produzione, della fornitura, della distribuzione e del consumo di energia.

Le misure attive sono legate al nuovo concetto di ciclo dell’efficienza energetica introdotto dalla normativa, ossia per garantire all’impianto un determinato livello di efficienza energetica non è più sufficiente la sola implementazione di provvedimenti atti a migliorarla, ma è necessaria una verifica costante per assicurare l’efficacia permanente di tutte le misure adottate.
Il ciclo parte con l’analisi energetica dell’impianto, cui seguono la definizione delle misure passive (selezione di dispositivi a basso consumo energetico) e attive (ottimizzazione, controllo e gestione), e la loro implementazione. Quindi, le prestazioni devono essere verificate e il sistema deve essere regolarmente sottoposto a manutenzione. Infine, si ricomincia il ciclo con analisi, identificazione di nuove opportunità di miglioramento, implementazione di nuove misure e verifica.
Chi intende applicare il concetto di efficienza energetica agli impianti elettrici deve seguire un programma come quello indicato per tutto il ciclo di vita dell’impianto stesso.
Assodato che la tecnologia che permette un efficientamento energetico in linea con le Direttive europee esiste già, può essere interessante vedere quale è il prezzo reale dell’efficienza applicata a un impianto elettrico. Per rispondere a questa domanda, vediamo di seguito alcune soluzioni di efficientamento in accordo con le misure definite dalla CEI 64-8/8-1 e i loro costi.

[...]

L'ARTICOLO CONTINUA NEL PDF. 

All'interno dell'articolo soluzioni per partenze motori, trasformatori, ecc.