Power Quality: tra costi nascosti ed opportunità nascoste

di Alessandro Manni – EGE SECEM

Il fenomeno della riduzione della qualità dell’energia nelle reti aumenta rapidamente sia con la crescente penetrazione dei sistemi distribuiti di conversione dell’energia rinnovabile sia con la presenza di apparecchiature elettroniche dal lato degli utilizzatori.

L’incidenza totale dei costi imputabili a cattiva Power Quality può arrivare fino al 4% del fatturato annuo dell’azienda.

L’autore dell’articolo pubblicato su Qualenergia.it fornisce una sintesi delle principali opportunità e problematiche legate alla power quality. Gli aspetti tecnici e gli approfondimenti saranno trattati, sempre da Alessandro Manni, nel corso FIRE del 23 marzo p.v.

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Il fenomeno della riduzione della qualità dell’energia nelle reti aumenta rapidamente sia con la crescente penetrazione dei sistemi distribuiti di conversione dell’energia rinnovabile sia con la presenza di apparecchiature elettroniche dal lato degli utilizzatori. Ad oggi, infatti, i clienti sono più orientati (ed aggiungerei giustamente) all’utilizzo di dispositivi sempre più controllabili ed efficienti. Lo scotto da pagare all’efficienza, è che tali devices impiegano in maniera estremamente estensiva convertitori elettronici di potenza ed alimentatori a commutazione. Alcuni di questi tipi di dispositivi sono i personal computer (PC), driver per motori a velocità variabile (VSD), controllori logici programmabili (PLC), ecc.

Queste stesse apparecchiature, se non attentamente progettate scelte e protette, risultano essere molto sensibili a tali condizioni frequentemente presenti nelle reti di alimentazione.

Capita infatti spesso, per non dire spessissimo, di sentire nelle realtà produttive frasi del tipo “è mai possibile che la nuova linea di produzione si fermi ogni volta che si abbassa la luce e invece quella vecchia non si fermi mai?”. La risposta è chiaramente legata a quanto prima detto.

I disturbi della Power Quality (PQ), come buchi di tensione e interruzioni, armoniche, sovratensioni ecc, sono quindi un tema estremamente caldo per coloro che si occupano di produzione e manutenzione, specialmente in un periodo storico in cui la keyword più utilizzata è proprio “l’efficienza” in tutte le sue sfaccettature.

Al fine di quantificare la PQ, molti paesi hanno sviluppato propri standard (es. Norma europea EN 50160) ed altri hanno adottato alcuni codici approvati a livello internazionale forniti da IEEE e IEC.

Tali norme in generale classificano gli eventi sulla base delle caratteristiche misurabili, e propongono degli standard da seguire affinché gli utilizzatori siano meno “suscettibili” a tali nefaste condizioni.

Nei codici nazionali, ovvero nelle nostre delibere ARERA, vengono poi introdotte specifiche ed indici di qualità che individuano le condizioni di normale esercizio a cui mirare in funzione sia della tipologia di aree (suddivise per densità di clienti), sia della tipologia di cliente (in media o bassa tensione).

Un punto però troppo spesso poco chiaro, è che tali disturbi possono essere generati “indifferentemente” dal cliente o dall’operatore di rete.

In generale quindi, entrambi gli attori sono responsabili della qualità del prodotto energia elettrica che entra, e ad oggi frequentemente esce, dall’interno di opifici e contesti residenziali.

Per suffragare tale affermazione, in uno studio condotto negli States [1], si stima che circa il 70% dei disturbi di PQ sia originato dal cliente e che solo il 30% sia causato dagli operatori di rete.

Tutto questo senza considerare i fattori esterni indipendenti, quali quelli ambientali, eventi atmosferici o danni prodotti da terzi.

Un notissimo studio pubblicato da Leonardo Energy per i paesi europei [2], mostra come l’incidenza totale dei costi imputabili a cattiva Power Quality possa arrivare anche a fino al 4% del fatturato annuo dell’azienda. Buona parte di tali costi è attribuibile ad abbassamenti di tensione ed interruzioni, mentre alle armoniche per il 5%. La distribuzione percentuale dei diversi problemi è mostrata in Fig. 1

Figura 1 Distribuzione Problematiche PQ [2]

Nella figura 2 si può invece notare la registrazione di alcuni buchi di tensione misurati in un impianto industriale in un weekend abbastanza “turbolento”.

Figura 2 Esempi di Buchi di Tensione

Un altro studio condotto dall’Electric Power Research Institute (EPRI) in 24 utility degli Stati Uniti d’America [3] ha concluso che i problemi di PQ condivisi dai clienti sono principalmente dovuti al ripristino delle condizioni normali dopo fenomeni di guasto. In tale caso, i problemi legati alle armoniche raggiungono il 22%.

In conseguenza della natura altamente variabile delle cause, una rigorosa conoscenza dei fenomeni per una attenta quantificazione delle perdite diventa quindi imprescindibile.

Così come per le n cause di disturbo, anche le perdite economiche a carico del cliente e dell’operatore di rete cadono in un ampio intervallo.

Tale quantificazione è però difficile proprio perché una bassa PQ può avere o meno un effetto diretto (immediatamente visibile) o indiretto sul sistema (a lungo termine).

Ad esempio, quando l’abbassamento di tensione porta all’interruzione, le macchine elettriche si fermano ed il processo si interrompe. Se viceversa si dovesse verificare una sopraelevazione di tensione (senza arrivare al guasto chiaramente), ciò può portare ad un invecchiamento prematuro delle apparecchiature che ne riduce la vita. Questo ultimo caso non è quindi immediatamente visibile e risulta estremamente difficile da prevedere e quantificare.

Esempi tipici di costi diretti sono quindi:

  • Perdita di produzione durante il funzionamento continuo
  • Perdita di risorse e tempo
  • Scarti di produzione e riavvio (perdita di Qualità)
  • Danni alle apparecchiature
  • Costi associati alla sicurezza e alla salute umana
  • Possibili sanzioni ambientali

Esempi di costi indiretti possono invece essere:

  • costi per l’azienda dovuti a ritardi nella produzione
  • Invecchiamento precoce della componentistica
  • costo finanziario della perdita di quote di mercato in ragione della ridotta competitività

È altresì evidente che, finché si guardano tali esempi con gli occhi del “costo”, essi rappresentano solamente una voce con il segno negativo a bilancio annuale. Guardandoli però in maniera inversa, ci si rende subito conto che possono rappresentare una grandissima opportunità, troppo spesso non colta!

A questo punto è lecito e naturale porsi una domanda. Possiamo agire in qualche modo per proteggerci da queste problematiche? La risposta, dal punto di vista meramente tecnico è un convinto…si, si può fare!

Storia diversa è la realtà dei fatti, in cui la risposta è la più classica che ogni tecnico, in cuor suo, sa bene di dover dare: dipende!

E da cosa dipende? Dipende dalla criticità delle applicazioni ed ovviamente dal rapporto costi benefici che le soluzioni tecniche impiantistiche proposte dall’attuale mercato offrono.

Tali soluzioni vanno dall’installazione di filtri attivi, sistemi di compensazione e regolazione dinamica della tensione, oppure classici UPS. Come prima detto, la soluzione giusta dipenderà dalla specifica applicazione. Non si può pensare di trattare un impianto industriale come un data center. Un po’ come sparare alle formiche con un bazooka!

In conclusione, alla luce di quanto detto, abbiamo organizzato con FIRE un corso on line su tali problematiche, che nella sua prima edizione, sarà erogato online sulla piattaforma della Federazione il 23 marzo. Lo scopo è chiaramente quello di offrire sia un quadro complessivo della natura tecnica dei disturbi, che individuare criteri e suggerimenti impiantistici utili per gli utenti.

Un po’ per dire…adesso che sappiamo della presenza di un problema che produce solo costi, armiamoci di qualche conoscenza tecnica, ed utilizziamo le armi giuste per portare a casa un buon risultato.

BIBLIOGRAFIA

[1] Zejun Ding, Yongqiang Zhu, Yu Xu. Economic loss evaluation and selective treatment of power quality. In: Proceedings of the 5th IEEE international conference on critical infrastructure (CRIS). Beijing; Sept 2010. pp. 1–4.

[2] Targosz R, Manson J. European power quality survey report by Leonardo energy; November 2008. Available: 〈www.leonardo-energy.org〉.

[3] McGranaghan MF, Mueller DR, Samotyj MJ. Voltage sags in industrial systems. IEEE  Trans Ind Appl 1993;29(2):397–402.

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Una risposta a Power Quality: tra costi nascosti ed opportunità nascoste

  1. Silvano Compagnoni dice:

    Buon articolo, interessante.

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