| Reti di distribuzione in DC nelle industrie e negli impianti energivori, una innovazione necessaria |  |
| AC, la distribuzione elettrica attuale. DC, il prossimo futuro della distribuzione nelle industrie, già disponibile adesso. | ||
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.... Premessa .... L'elevata efficienza energetica è un must! Consumare più energia di quanta ne serva effettivamente ad un utilizzatore finale non è solo un costo inutile ed una fonte di inquinamento superflua, ma ha anche delle implicazioni politiche che alla fine portano a guerre per l'energia. Dobbiamo quindi limitare al massimo l'acquisto di energia dall'estero e sfruttare il più possibile le fonti energetiche rinnovabili presenti sul nostro territorio. Tecnicamente abbiamo a disposizione altre possibilità di risparmiare alcuni punti percentuali di energia, adottando la distribuzione elettrica a corrente continua (DC) nelle fabbriche.
.... In sintesi .... - Al posto della classica distribuzione di energia elettrica a 400 VAC 50 Hz si potrà eventualmente usare la distribuzione a corrente continua, con soli due cavi anzichè tre per il trasporto dell'energia. - Chi produce macchinari non avrà più il problema dei mercati con frequenza di 50 Hz oppure 60 Hz alle diverse tensioni, un solo alimentatore fornirà la giusta tensione DC necessaria al macchinario, che sarà quindi di un solo tipo unificato. - L'efficienza energetica del sistema (rete di distribuzione più macchinario) risulterà migliorata di molti punti percentuali. - Il costo delle apparecchiature elettroniche di potenza sul macchinario si ridurrà, non essendo più necessari i vari raddrizzatori di corrente distribuiti. - Il costo del cablaggio di potenza in fabbrica e della sua installazione si ridurrà, essendoci meno cavi da installare e di una minor lunghezza totale. - Con gli stessi motori elettrici comandati da inverter si potrà ottenere un aumento di potenza fino al 20%, con una riduzione delle dimensioni, del peso e del prezzo, grazie all'aumento della tensione DC disponibile. - La stragrande maggioranza dei diversi problemi di qualità dell'energia elettrica saranno risolti alla radice, e sarà molto più facile aggiungere piccoli accumuli di energia (condensatori, supercondensatori o batterie) laddove risulti utile averli, o grandi accumuli per sostenere la fabbrica anche per diversi giorni in caso di mancanza totale di energia dalla rete. - Nelle nuove realizzazioni con nuovi macchinari, oppure in rifacimenti totali di qualche reparto con aggiornamento dei macchinari, l'alimentazione in DC è vantaggiosa sia per il prezzo di acquisto che per i minori costi dell'energia utilizzata. - Sarà più facile connettere fonti rinnovabili all'impianto, anche di tipi e potenze diverse, anche in tempi successivi. I pannelli fotovoltaici forniranno energia alla fabbrica senza utilizzare inverter. - Molte importanti aziende nel mondo stanno lavorando a questo grande progetto che richiede di normalizzare tensioni e sistemi di protezione, affinchè ci possa essere la necessaria intercambiabilità dei componenti.
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E' dimostrato che l'eliminazione di convertitori non realmente necessari porta non solo ad una maggior efficienza energetica, ma anche ad una riduzione degli ingombri e dei costi, nonchè ad un aumento dell'affidabilità, essendoci un numero minore di componenti soggetti a possibili guasti. Questa comparazione mostra chiaramente quali e quante siano le possibilità di risparmiare, adottando la filosofia DC:
Al momento solo poche aziende possono convertire la loro rete interna in fabbrica per lavorare solo in DC, ci vorranno ancora diversi anni prima di poter trovare facilmente tutta la componentistica necessaria a prezzi competitivi. Per esempio, i fusibili super-extrarapidi per alte correnti DC alle tensioni necessarie esistono già ma attualmente non sono realizzati in contenitori di tipo industriale (si tratta di fusibili con una piccola carica di esplosivo all'interno, come avviene negli airbag). Quasi tutte le aziende più importanti al mondo nell'elettrotecnica ed elettronica di potenza stanno discutendo in gruppi di lavoro al fine di determinare i livelli di tensione normalizzata e le specifiche per le protezioni, che dovranno essere intercambiabili con prodotti di aziende concorrenti. Alcuni produttori di cavi hanno già a catalogo i cavi studiati per la distribuzione in DC, che comporta la necessità di adottare soluzioni costruttive atte a garantire una lunga durata del cavo sottoposto ad una tensione DC che ha sempre la stessa polarità ed è quindi soggetta a fenomeni che non si verificano nei cavi per AC. Anche sui cavi ci sarà la possibilità di risparmiare, sia per il costo dei cavi data la minor lunghezza complessiva degli stessi, sia per i minori costi di installazione. Questa innovazione porterà necessariamente ad una maggior intercambiabilità tra apparecchiature di diversi produttori, che avranno tutte un funzionamento abbastanza confrontabile, almeno per le applicazioni generiche. Poichè gli attuali motori a 50 Hz potranno erogare circa il 20% di potenza in più, e dato che il prezzo degli inverter semplificati per alimentazione solo in DC sarà sempre più conveniente e l'affidabilità sarà molto maggiore dell'attuale, e considerando che gli inverter sono dimensionati in corrente quindi l'aumento da 50 a 60 Hz non comporta un aumento delle dimensioni nè del prezzo, la stragrande maggioranza dei motori trifase saranno dotati di inverter, con i vantaggi in termini di prestazioni e di efficienza energetica. Nei veicoli elettrici ci sono inverter che hanno raggiunto prestazioni inimmaginabili pochi anni fa, per esempio un inverter per motore da 300 kW ha le dimensioni di una scatola da scarpe. Fatte le dovute proporzioni, per la stragrande maggioranza dei motori usati nell'industria, gli inverter avranno dimensioni davvero ridotte, saranno poco più ingombranti delle attuali scatole con morsettiere, e saranno quindi quasi sempre addossati ai motori, a meno di applicazioni speciali ad alta temperatura o con esigenze particolari.
Suggerisco alle aziende italiane del settore elettrico ed elettronico di cominciare a valutare questo cambiamento sostanziale, prima che sia troppo tardi. Nel settore navale ci sono già esempi di realizzazioni in DC. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Si può trasformare una tensione continua in un'altra tensione, come avviene per un trasformatore a corrente alternata? * Bisogna garantire l'isolamento tra alta e bassa tensione, o usare "l'autotrasformatore" laddove non serva l'isolamento. Il "trasformatore a corrente continua" esiste ed è un prodotto industriale della Epic Power spagnola, proposto da AXU Snc in Italia: https://www.axu.it/ep La nota multinazionale giapponese Yaskawa Electric - che non pubblicizza mai prodotti elettronici di altri - pubblica sul proprio sito un'applicazione speciale citando il nome del produttore di elettronica Epic Power: https://www.yaskawa.it/casi-applicativi/test-delle-batterie-fuori-dal-laboratorio-il-sistema-di-cui-l-industria-sostenibile-ha-bisogno_u14273 , segno che si tratta di un prodotto davvero interessante. Normalmente il "trasformatore a corrente continua" che è un convertitore DC/DC bidirezionale, viene proposto in questa forma, pronto per l'installazione in un quadro elettrico o in un macchinario:
Si possono parallelare molti moduli per realizzare potenze superiori al megawatt in un armadio rack 19" :
Iniziative nel mondo e informazioni da aziende importanti Applicazioni DC microgrid Articoli ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- MOOC - Didattica online gratuita su DC microgrid Su YouTube curato da Current/OS: 2 Tensioni
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