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I motori industriali rappresentano oltre il 60% del consumo elettrico industriale del Paese e la loro efficienza energetica influisce direttamente sui costi operativi delle imprese e sul raggiungimento degli obiettivi nazionali di "doppio carbonio". Attualmente, la maggior parte delle aziende utilizza ancora motori a bassa efficienza e alcuni vecchi motori hanno addirittura un'efficienza energetica inferiore agli standard minimi nazionali, il che non solo causa sprechi energetici, ma aumenta anche i costi di manutenzione delle apparecchiature. I fattori che influenzano l'efficienza energetica dei motori sono multidimensionali e includono non solo le problematiche di progettazione e produzione dei motori stessi, ma anche la selezione, il controllo e i collegamenti tra funzionamento e manutenzione nel processo di utilizzo. Per raggiungere l'efficienza energetica dei motori, le aziende devono formulare soluzioni sistematiche considerando l'intero ciclo di vita.
I fattori chiave che influenzano l'efficienza energetica dei motori industriali includono principalmente quattro aspetti. In primo luogo, il basso livello di efficienza del motore stesso, che è la ragione più importante. L'efficienza dei motori tradizionali della serie JO2 è solo del 75%-85%, mentre l'efficienza dei motori ad alta efficienza conformi allo standard IE3 può superare il 90%. Il divario di efficienza energetica tra i due è del 5%-10% e la differenza di consumo energetico è estremamente significativa nel funzionamento a lungo termine. I motori a bassa efficienza presentano elevate perdite nel nucleo di ferro, perdite di rame e perdite meccaniche. Ad esempio, se il nucleo di ferro utilizza lamiere di acciaio al silicio ordinarie invece di lamiere di acciaio al silicio laminate a freddo di alta qualità, la perdita per isteresi e la perdita per correnti parassite aumenteranno significativamente. In secondo luogo, la selezione non è adeguata al carico e il fenomeno del "cavallo grande che tira un carro piccolo" è comune. Molte aziende scelgono deliberatamente motori con potenza maggiore per evitare sovraccarichi, con il risultato che i motori funzionano a basso carico (inferiore al 50% del carico nominale) per lungo tempo. In questo momento, l'efficienza del motore diminuirà drasticamente e il coefficiente di consumo energetico aumenterà significativamente. Ad esempio, la potenza nominale del motore di una pompa dell'acqua in un impianto chimico è di 55 kW, ma il carico effettivo è di soli 20 kW e l'efficienza energetica è inferiore di oltre il 30% rispetto al valore di progetto. In terzo luogo, il metodo di controllo è arretrato e privo di efficaci sistemi di regolazione della velocità. Le apparecchiature per il trasporto di fluidi, come ventilatori e pompe dell'acqua, rappresentano oltre il 40% del totale dei motori industriali. Tradizionalmente, il flusso di tali apparecchiature è controllato da valvole di regolazione e deflettori e il motore funziona sempre alla velocità nominale, con conseguente notevole spreco di energia in perdite di strozzamento. In quarto luogo, un funzionamento e una manutenzione impropri comportano un calo delle prestazioni del motore. Ad esempio, la mancanza di olio e l'usura dei cuscinetti aumentano le perdite meccaniche, l'accumulo di polvere sugli avvolgimenti porta a una scarsa dissipazione del calore e a una maggiore perdita di rame, e l'invecchiamento dell'isolamento causa cortocircuiti locali, tutti fattori che renderanno l'efficienza energetica effettiva del motore inferiore al valore di progetto.
Il percorso principale che le aziende devono seguire per raggiungere l'efficienza energetica dei motori è promuovere la sostituzione dei motori a bassa efficienza e selezionare motori ad alta efficienza e a risparmio energetico. Durante la sostituzione, è necessario seguire il principio di "abbinamento accurato", anziché perseguire ciecamente specifiche elevate. Innanzitutto, è necessario effettuare un'ispezione completa dei motori esistenti per verificarne il livello di efficienza, il carico operativo e i dati relativi al consumo energetico. La priorità dovrebbe essere data alla sostituzione dei motori a bassa efficienza in funzione da oltre 10 anni e con un carico operativo superiore al 60%. Per le apparecchiature a funzionamento continuo, è necessario selezionare motori asincroni ad alta efficienza o motori sincroni a magneti permanenti conformi agli standard IE3 o superiori; per le apparecchiature a carico variabile, è opportuno preferire i motori sincroni a magneti permanenti, che possono mantenere un'elevata efficienza in un ampio intervallo di carico e risparmiare dall'8% al 15% di energia in più rispetto ai motori IE3 di pari potenza. Dopo che una fabbrica tessile ha sostituito 20 motori della serie JO2 con motori a magneti permanenti ad alta efficienza IE4, ogni motore ha risparmiato 12.000 kWh di elettricità all'anno e il periodo di ammortamento dell'investimento è stato di soli 14 mesi. Durante il processo di sostituzione, è necessario prestare attenzione alla corrispondenza delle dimensioni di installazione del motore con quelle dell'apparecchiatura originale per evitare costi di trasformazione eccessivi che influirebbero sulla fattibilità del progetto.
In secondo luogo, ottimizzare il metodo di controllo del motore e promuovere la tecnologia di regolazione della velocità a conversione di frequenza. La regolazione della velocità a conversione di frequenza regola la velocità modificando la frequenza di alimentazione del motore, in modo che la potenza in uscita del motore corrisponda accuratamente alla richiesta di carico, il che è particolarmente adatto per apparecchiature a carico variabile come ventilatori, pompe idrauliche e compressori. I dati mostrano che, dopo l'adozione della regolazione della velocità a conversione di frequenza, il tasso medio di risparmio energetico di tali apparecchiature può raggiungere il 20%-40% e, in alcuni scenari di fluttuazione del carico elevato, il tasso di risparmio energetico supera persino il 50%. Ad esempio, dopo la conversione di frequenza del motore del ventilatore dell'altoforno in un'acciaieria, la velocità viene regolata in base alla richiesta di pressione dell'aria dell'altoforno, con un risparmio di 8 milioni di kWh di elettricità all'anno. Per i motori ad alta potenza (superiori a 200 kW), è possibile adottare uno schema combinato di "conversione di frequenza + avviamento graduale", che non solo consente la regolazione della velocità e il risparmio energetico, ma evita anche i danni alla rete elettrica e al motore causati dall'impatto della corrente di avviamento. Inoltre, per le linee di produzione con funzionamento coordinato da più motori, è possibile adottare un sistema di controllo centralizzato per realizzare una distribuzione equilibrata del carico tra i motori e migliorare ulteriormente l'efficienza energetica complessiva.
Una gestione scientifica del funzionamento e della manutenzione è la garanzia per il mantenimento dell'efficienza dei motori. È necessario implementare un sistema di monitoraggio dell'efficienza energetica dei motori, raccogliere dati in tempo reale come tensione, corrente, fattore di potenza e temperatura del motore tramite sensori intelligenti e analizzare l'andamento dell'efficienza energetica con l'ausilio della piattaforma Internet industriale per rilevare tempestivamente eventuali anomalie. È necessario eseguire regolarmente una manutenzione mirata: controllare la lubrificazione dei cuscinetti del motore ogni mese, selezionare un grasso adatto alle alte temperature e resistente all'usura per ridurre le perdite meccaniche; pulire la polvere e l'olio dagli avvolgimenti del motore e dai dissipatori di calore ogni trimestre per migliorare l'efficienza di dissipazione del calore e ridurre le perdite di rame; eseguire test di efficienza energetica sui motori ogni anno, valutare l'attenuazione delle prestazioni e formulare piani di manutenzione preventiva. Dopo aver implementato un sistema intelligente di funzionamento e manutenzione, un'azienda di ricambi auto ha aumentato l'efficienza energetica dei motori del 12% rispetto a prima e ridotto i tempi di fermo per guasti del 60%.
Inoltre, le aziende possono adottare il modello di contratto di prestazione energetica (EPC) in base alle proprie condizioni. Le società di servizi professionali per il risparmio energetico si occuperanno dell'investimento, della progettazione, della trasformazione, della gestione e della manutenzione dell'ammodernamento dei motori, realizzando una situazione vantaggiosa per tutti, condividendo i benefici in termini di risparmio energetico e riducendo così la pressione iniziale sul capitale. In sintesi, l'ammodernamento dell'efficienza energetica dei motori non è un singolo progetto di sostituzione delle apparecchiature, ma un progetto sistematico di "sostituzione del motore ad alta efficienza + ottimizzazione del controllo di conversione di frequenza + garanzia di funzionamento e manutenzione intelligenti". Implementando questo progetto, le aziende possono non solo ridurre significativamente i costi energetici e migliorare la stabilità operativa delle apparecchiature, ma anche contribuire al raggiungimento degli obiettivi di "doppio carbonio" e ottenere un vantaggio competitivo nello sviluppo sostenibile.
