Mentre gli Stati Uniti si affannano ad aumentare la capacità di generazione elettrica, gli esperti di efficienza affermano che gli azionamenti a frequenza variabile (variable frequency drives) sui motori elettrici potrebbero ridurre drasticamente la domanda e allentare i vincoli della rete.
La corsa ad aggiungere nuove centrali elettriche negli Stati Uniti sta accelerando, alimentata dai timori di carenze di elettricità e dall’impennata della domanda dovuta all’elettrificazione e a tecnologie voraci di dati. Programmi federali e capitali privati stanno confluendo in un’ampia gamma di progetti di generazione, dalle turbine a gas naturale ad alternative a minori emissioni di carbonio come solare e geotermia. Ma secondo gli analisti dell’energia, una quota significativa di capacità potrebbe essere sbloccata senza costruire neppure un nuovo impianto, riducendo gli sprechi di uno degli “animali da soma” più comuni della rete: i motori elettrici.
Circa 50 milioni di motori alimentano ventilatori, pompe e compressori integrati in fabbriche, edifici commerciali e siti industriali in tutto il Paese. Nel loro insieme consumano quasi un terzo della domanda di elettricità statunitense. Il problema, sostengono gli esperti di efficienza, non è che i motori siano intrinsecamente inefficienti, bensì che molti vengano gestiti in modo grossolano, tutto-o-niente. I sistemi spesso funzionano alla massima velocità anche quando il lavoro svolto—spostare aria, far circolare fluidi, comprimere gas—richiede per lunghi tratti della giornata un output molto inferiore.
Un esempio emblematico è un tipico edificio per uffici fuori orario. Le presenze diminuiscono e si riducono i carichi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell’aria. Spesso gli edifici riducono il flusso d’aria usando serrande e valvole, eppure i motori e i ventilatori dietro le quinte possono continuare a girare quasi alla massima velocità, consumando elettricità mentre erogano prestazioni “strozzate”. Questa discrepanza è diffusa anche nell’industria, dove le esigenze di processo variano in base al turno, alla stagione o alla linea di produzione.
Una tecnologia nota come variable frequency drive (VFD)—chiamata anche adjustable speed drive—prende di mira proprio questa inefficienza. I VFD sono controllori elettronici, in genere dotati di sensori come il monitoraggio della temperatura, che regolano continuamente la velocità di un motore per adeguarla alla domanda in tempo reale. Consentendo ai motori di aumentare e diminuire il regime invece di funzionare costantemente “a tutta”, questi dispositivi possono ridurre drasticamente i consumi energetici. Neal Elliott, director emeritus dell’American Council for an Energy-Efficient Economy, stima che i VFD possano tagliare il consumo elettrico di un motore di circa il 40%–60%, a seconda dell’applicazione.
Nonostante il potenziale, i VFD restano poco utilizzati. Una valutazione di mercato del 2021 del Lawrence Berkeley National Laboratory ha rilevato che solo circa il 16% dei sistemi motore negli impianti industriali impiega VFD, e la quota è ancora più piccola—intorno al 4%—per i motori nel settore commerciale. Gli osservatori del settore attribuiscono la lentezza dell’adozione al disagio percepito nel fare retrofit delle apparecchiature esistenti e al fatto che i VFD spesso non sono imposti da codici o standard.
Ora, secondo i sostenitori, le ragioni per un’adozione più ampia si stanno rafforzando. Ridurre la domanda dei motori “libererebbe” di fatto capacità su reti congestionate per carichi in rapida crescita come data center e veicoli elettrici. Potrebbe inoltre abbassare i costi operativi per i produttori che stanno sostituendo il riscaldamento alimentato da combustibili fossili con tecnologie elettriche—come le pompe di calore—che dipendono fortemente dai motori, in un momento in cui i prezzi dell’elettricità per l’industria stanno aumentando rapidamente. Nel frattempo, gli stessi VFD si sono evoluti, diventando più capaci e meno costosi da installare rispetto alle generazioni precedenti. “È un frutto a portata di mano che restituisce molta [energia] ed è ragionevolmente semplice”, ha detto Nik Sawe, senior policy analyst presso il think tank Energy Innovation.
L’economia del mondo reale può essere avvincente. Toyota, per esempio, ha dotato di VFD (variable frequency drives) oltre 200 motori del sistema HVAC del suo stabilimento automobilistico di Georgetown, Kentucky, nell’ambito di un progetto pilota da 700,000 e ha continuato a utilizzare questo approccio in altri impianti statunitensi.
Secondo Elliott, il concetto non è affatto nuovo: gli ingegneri riconoscono da tempo che adeguare la velocità del motore al compito può offrire importanti guadagni di efficienza. Ciò che potrebbe cambiare è l’urgenza, poiché i vincoli della rete e le pressioni dell’elettrificazione trasformano un ammodernamento (retrofit) un tempo di nicchia in un’opportunità più ampia per decisori politici, utility e grandi consumatori di energia elettrica.
Perché è importante
Se implementati su larga scala, i VFD potrebbero ridurre le bollette elettriche per le imprese, attenuando al contempo la pressione sulle reti regionali—potenzialmente rinviando o riducendo la necessità di nuove centrali elettriche. I principali beneficiari sarebbero siti industriali ed edifici commerciali con carichi variabili, così come le comunità che affrontano colli di bottiglia di capacità. Da tenere d’occhio, nei prossimi mesi, nuovi programmi di incentivi delle utility e standard federali di efficienza che potrebbero spingere l’adozione oltre gli attuali bassi tassi di penetrazione.