Scritto da: Ing. Francesco D’ANGELO
1 PREMESSA
Dal 1 gennaio 2016 dovrebbe entrare in vigore la Delibera dell’AEEG 180/2013/R/EEL che introdurrà un nuovo sistema di tariffazione dell’energia reattiva e un nuovo valore minimo medio mensile del fattore di potenza da rispettare per non incorrere nelle penali (rifasamento). Il condizionale è d’obbligo in quanto a novembre 2015 è stato presentato dall’AEEG un documento di consultazione, 544/2015/R/EEL, in cui si suggerisce di rimandare l’entrata in vigore della Delibera AEEG 180/2013/R/EEL al 1 gennaio 2017; ma questa è solo una proposta.
Di seguito si riporta l’art. 2 dell’allegato A della Delibera dell’AEEG 180/2013:
…omissis… Articolo 2
Disposizioni generali in materia di prelievi di energia reattiva nei punti di prelievo nella titolarità di clienti finali
2.1 Nei punti di prelievo nella titolarità di clienti finali il livello minimo del fattore di potenza istantaneo in corrispondenza del massimo carico per prelievi nei periodi di alto carico è pari a 0,9.
2.2 Nei punti di prelievo nella titolarità di clienti finali il livello minimo del fattore di potenza medio mensile è 0,7.
2.3 Non è consentita l’immissione in rete di energia reattiva nei punti di prelievo nella titolarità di clienti finali.
2.4 Nei casi in cui non siano rispettate le disposizioni di cui ai precedenti commi 2.1, 2.2 e 2.3, il gestore di rete competente può chiedere l’adeguamento degli impianti, pena la sospensione del servizio. …omissis…
La novità più importante la si evince leggendo il comma 2.4 in quanto dal 01/01/2016 diventa obbligatorio adeguare tutti gli impianti altrimenti si rischia la sospensione della fornitura.
Prima di vedere quali sono le modifiche introdotte dalla nuova Delibera rispetto alla Delibera AEEG 348/2007/R/EEL attualmente in vigore, introduciamo il concetto di rifasamento.
2 RIFASAMENTO
2.1 RICHIAMI TEORICI
Considerando un circuito reale, ad esempio in ambiente industriale, a cui viene impressa una tensione sinusoidale di valore:
nell'utilizzatore, che è caratterizzato da un valore ohmico - induttivo, circolerà una corrente di valore:
dove con φ viene indicato lo sfasamento tra la tensione e la corrente.
Il prodotto tra tensione e corrente fornisce la potenza istantanea del circuito in esame che assume il seguente valore:
Dalla precedente si nota la potenza p(t) è somma di 2 componenti. La prima rappresenta la potenza attiva misurata in W:
e la seconda rappresenta la potenza reattiva misurata in var:
Si definisce potenza apparente (S), misurata in VA, il prodotto dei valori efficaci di tensione e corrente:
Il termine cosφ prende il nome di fattore di potenza.
Il fattore di potenza, definito come il rapporto tra la potenza attiva e la potenza apparente, è un indice della qualità di un impianto, poiché tanto più basso è il fattore di potenza tanto più elevata è la componente reattiva induttiva in rapporto a quella attiva. È possibile, installando dei condensatori di potenza o dei sistemi automatici di rifasamento, produrre, dove è necessario, l’energia reattiva.
rifasamento
I condensatori assorbono una corrente sfasata di 180° rispetto a quella reattiva induttiva; le due correnti si sommano algebricamente, per cui, a monte del punto di installazione del condensatore, circola una corrente reattiva pari alla differenza fra quella induttiva e quella capacitiva. Lo scambio avviene fra condensatore e utilizzatore, per cui si usa dire che il condensatore fornisce energia reattiva all’utilizzatore.
Nel caso di forme d'onda sinusoidali, la potenza reattiva, Qc, necessaria per passare da un fattore di potenza cosφa ad un fattore di potenza cosφf è fornita dalla seguente relazione:
2.2 VANTAGGI TECNICI DEL RIFASAMENTO
I vantaggi tecnici derivanti dal rifasamento si possono così riassumere:
- ottimizzazione dell’utilizzo delle macchine elettriche;
- ottimizzazione dell’utilizzo delle condutture;
- riduzione delle perdite per effetto Joule;
- riduzione della caduta di tensione.
Ad esempio i trasformatori sono dimensionati in base alla potenza apparente S: essa, a parità di potenza attiva P, è tanto più piccola quanto minore è la potenza reattiva Q da erogare. Pertanto, rifasando l'impianto, le macchine possono essere dimensionate per una potenza apparente inferiore, pur fornendo la stessa potenza attiva.
Un ulteriore vantaggio nel ribassare un impianto riguarda il dimensionamento dei cavi. A tal fine consideriamo ad esempio una utenza che assorbe mediamente 200 kW ad una tensione di 400 V e cosφa 0,70. La corrente assorbita sarà:
Volendo scegliere un cavo FG7R 0,6/1 kV unipolare con posa in aria a 30°C occorre utilizzare una sezione pari a 180 mm2.
Rifasando il carico a cosφf 0,90 otteniamo:
Analogamente volendo scegliere un cavo FG7R 0,6/1 kV unipolare con posa in aria a 30°C occorre utilizzare una sezione pari a 150 mm2. Pertanto per effetto del rifasamento otteniamo una riduzione della corrente assorbita pari al 22,3%.
Le perdite per effetto Joule persa su una linea sono espresse dalla seguente espressione:
Volendo rifasare da un cosφa 0,70 a un cosφf 0,90 otteniamo:
Infine possiamo affermare che rifasando otteniamo una un risparmio sulle perdite di circa 39,5%.
La caduta di tensione industriale è fornita dalla seguente relazione:
Si evince quindi che all’aumentare del fattore di potenza diminuisce la caduta di tensione lungo la linea e quindi diminuisce la corrente trasportata.
3 DELIBERA 180/2013/R/EEL
Qualunque carico elettrico, in misura diversa a seconda del tipo di carico, allacciato alla rete dell’Ente Distributore assorbe oltre all'energia attiva anche l’energia reattiva. Tale fenomeno è sede di un triplice effetto negativo per la rete dell’Ente Distributore:
- sovradimensionamento dei cavi;
- sovradimensionamento delle macchine elettriche;
- aumento delle perdite per effetto Joule.
Per tali motivi l’Ente Distributore e quindi l’AEEG pretendono che il ritiro di energia avvenga con la minore componente di energia reattiva altrimenti si può incorrere in penali per ogni kvarh ritirati dall'utente oltre il limite imposto del fattore di potenza.
Per il periodo 2012/2015, e quindi fino 31/12/2015, la tariffazione per i prelevi di energia reattiva dalla rete dell’Ente Distributore e il limite del fattore di potenza, oltre il quale scattano le penali, è regolamentata dalla Delibera AEEG 348/2007/R/EEL la quale prevede un corrispettivo per ogni kvarh ritirati dalla rete nelle ore di punta secondo il seguente meccanismo:
- il ritiro dei kvarh fino al 50% dell’energia attiva non si applica nessuna penale (franchigia);
- i kvarh compresi tra il 50% e il 75% dell’energia attiva ritirata dalla rete si applica il corrispettivo C1;
- i kvarh eccedenti il 75% dell’energia reattiva dalla rete si applica il corrispettivo C2.
Calcolando il fattore di potenza alla soglia del 50% dell’energia reattiva otteniamo:
Calcolando il fattore di potenza alla soglia del 75% dell’energia reattiva otteniamo:
Dal 1 gennaio 2016 entrerà (almeno della proposta544/2015) in vigore la Delibera AEEG 180/2013/R/EEL che regolamenterà la tariffazione dell’energia reattiva in media e bassa tensione da parte dei clienti finali non domestici con potenza disponibile superiore a 16,5 kW nelle fasce F1 e F2 per il periodo 2016/2019. La nuova Delibera prevede il seguente meccanismo per l’applicazione delle penali:
- il ritiro dei kvarh fino al 33% dell’energia attiva non si applica nessuna penale (franchigia);
- i kvarh compresi tra il 33% e il 75% dell’energia attiva ritirata dalla rete si applicava il corrispettivo C1;
- i kvarh eccedenti il 75% dell’energia reattiva dalla rete si applicava il corrispettivo C2.
Calcolando il fattore di potenza alla soglia del 33% dell’energia reattiva otteniamo:
Calcolando il fattore di potenza alla soglia del 75% dell’energia reattiva otteniamo:
Si nota subito che il valore del fattore di potenza sale dal 0,90, relativo alla Delibera AEEG 348/2007/R/EEL, al 0,95 relativo alla nuova Delibera AEEG 180/2013/R/EEL.
Nella seguente figura si riporta graficamente le differenze tra le due De libere AEEG:
4 ESEMPIO PRATICO
Consideriamo ad esempio un impianto che oggi è in regola con la Delibera in vigore, AEEG 348/2007/R/EEL, e quindi ha installato un impianto di rifasamento che riporta il fattore di potenza al valore di 0,90. I consumi medi mensili sono:
- energia attiva: 125000 kWh;
- energia reattiva: 60000 kvarh.
Si nota subito come il valore di energia reattiva assorbita è minore del limite di franchigia (50% dell’energia attiva consumata) pari a 62500 kvarh e quindi l’azienda in questo caso non pagherà alcuna penale.
Dal 1 gennaio 2016 e quindi con l’applicazione della nuova Delibera AEEG 180/2013/R/EEL la stessa azienda e quindi con gli stessi consumi medi mensili andrà invece, se non interviene sul sistema di rifasamento, a pagare le penali, infatti l’energia reattiva consumata è maggiore del limite di franchigia (33% dell’energia attiva 41250 kvarh) e quindi andando a pagare una penale mensile pari a 281,25 € e pari a 3.375,00 €/anno.
NB il costo del kvarh è stato fissato al valore di 0,015 €/kvarh per la fascia compresa tra il 33% e il 75% e pari a 0,0321 €/kvarh per la fascia superiore al 75%. Tali valori sono quelli più comuni a livello Europeo poiché in Italia non è ancora stato ufficializzato tali valori.