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Esempio di Impresa Circolare applicato a impianto energia solare ad alto rendimento


Per avere un’adeguata percezione delle potenzialità di un progetto imprenditoriale costituito secondo i principi dell’Impresa Circolare, si possono prendere in considerazione dei progetti già realizzati ed operanti, con dati tecnici ed economici pubblici. Lo scopo è di fornire in modo semplice dal punto di vista numerico, il grado di sostenibilità economica e di investimento per l’Impresa Circolare. Si esaminano pertanto le soluzioni tecnologiche attualmente più avanzate, si analizzano le loro prestazioni tecnico-economiche e si applica il principio di IC ipotizzando diversi scenari di investimento da parte dei Prosumer.

I progetti considerati riguardano la produzione di energia elettrica, campo in cui il concetto di Prosumer è già applicato ed associato agli individui che hanno installato sulle proprie proprietà dei pannelli solari fotovoltaici, autoconsumando l’energia prodotta e vendendo al gestore della rete elettrica il surplus di produzione. L’introduzione degli incentivi negli anni addietro ha contribuito ad un boom di installazione, registrando purtroppo un brusco calo del promettente trend registrato, legato appunto alla conclusione del Conto Energia (l’incentivazione per il fotovoltaico). Il settore dell’energia solare, che va ricordato è la maggiore risorsa energetica a disposizione, dovrà pertanto trovare sbocchi di competitività nei confronti del nucleare e delle fonti di energia fossile. Catturarla e trasformarla in modo sempre più efficiente contribuirà notevolmente alla riduzione delle emissioni di gas serra come anche alla riduzione e stabilità dei prezzi. Maggiore efficienza, in pratica, si traduce in: riduzione dei costi di produzione, maggiore energia prodotta e minor spazio occupato. Per questo motivo è di fondamentale importanza investire sull’innovazione e sulla ricerca tecnologica.


I sistemi analizzati si riferiscono a due tipologie di trasformazione dell’energia solare in energia elettrica, una tramite l’effetto termodinamico e l’altra tramite l’effetto fotovoltaico. Gli impianti utilizzano sistemi di specchi e lenti ottiche per concentrare la radiazione solare, utile ad aumentare le prestazioni degli stessi.

Dai dati conclusivi si evince che le famiglie col proprio risparmio avrebbero la capacità potenziale di produrre il doppio del proprio fabbisogno energetico con soli 5000 € di investimento per nucleo famigliare. Inoltre sarebbero in grado di abbassare considerovelmente il costo/prezzo dell’energia e di ridurre notevolemente le fonti inquinanti; in pratica influenzerebbero attivamente il mercato. Mentre il rendimento della somma investita cresce negli anni fino a raggiungere un considerevole picco del 25%.


Tecnologia impianti



Breve descrizione del funzionamento dei sistemi:

  • Sistema solare termodinamico a concentrazione – Il sistema si basa su un insieme di specchi riflettenti la radiazione solare su un punto focale, torre solare o tubo ricevitore, per aumentare la temperatura di un liquido vettore (olii minerali) in un range funzionale da 250º a 600ºC. Con queste temperature il vapore ottenuto viene utilizzato per azionare una turbina, la quale connessa a un generatore (alternatore) produce energia elettrica. Gli impianti prevedono anche l’immagazzinamento dell’energia termica tramite la tecnica dei sali sciolti (Molten Salt) per azionare la turbina nelle ore notturne, anche se alcuni impianti non escludono l’uso di combustibile fossile per mantenere il ciclo continuo di produzione.


  • Sistema fotovoltaico a concentrazione – Il sistema si basa sulla caratteristica di trasformare la radiazione solare direttamente in corrente elettrica (effetto fotovoltaico) da parte del materiale semiconduttore alla base dei dispositivi elettronici, il Silicio, opportunamente fabbricato per tale scopo. La cella fotovoltaica usata nei concentratori differisce dalla sua omologa nei pannelli tradizionali per il fatto che deve lavorare a temperature molto alte, con concentrazione dei raggi solari anche fino a 1000 volte. Si tratta di celle molto più piccole composte talvolta da Arsenurio di Gallio piuttosto che Silicio, o come nel caso preso qui in esame da multi-giunzioni, vale a dire celle in multi-strato formate da diversi materiali con proprietà da semiconduttore. Per via delle migliori caratteristiche perfomanti di questo composto all’elevata concentrazione solare. Quest’ultima avviene tramite lente di Fresnel (tipo una lente di ingradimento) oppure tramite specchi parabolici, ottenendo maggiore efficienza di conversione (l’attuale record in laboratorio di una singola cella a 4 giunzioni è del 44% di efficienza, mentre sull’impianto operativo illustrato nel seguito è intorno al 30%). I concentratori solari vengono chiamati anche inseguitori solari, per via della caratteristica di seguire il sole per ricevere i suoi raggi sempre perpendicolarmente.


Analisi impianti



Andasol 1 Solar Power Station

Impianto solare termodinamico a concentrazione che utilizza le cosiddette “parabolic trough” (specchi parabolici che hanno come punto focale un tubo ricevitore). Fonti: nrel.gov, power.tech.

Caratteristiche tecnico-economiche:

  • Sito: Granada (Spagna)

  • Potenza massima: 50 MW

  • Produzione energia stimata: 158 GWh/anno (non risultano pubblici i dati relativi alla produzione realmente rilevata)

  • Superficie totale occupata dall’impianto: 2.000.000 mq

  • Capacità di stoccaggio: 7,5 ore

  • Costo realizzazione: 300.000.000 €

  • Accordo di vendita governativo (incentivo statale): 0,27 €/kWh


Crescent Dunes Solar Energy

Impianto solare termodinamico a torre solare. Fonti: wiki, energy.gov.

Caratteristiche tecnico-economiche:

  • Sito: Nevada (Stati Uniti)

  • Potenza massima: 110 MW

  • Produzione energia: 482 GWh/anno (196 GWh/anno energia rilevata nel 2018)

  • Superficie totale occupata dall’impianto: 6.500.000 mq

  • Capacità di stoccaggio: 10 ore

  • Altezza torre: 200 m

  • Costo realizzazione: 800.000.000 €

  • Accordo di vendita governativo (incentivo statale): 0,11 €/kWh


Alamosa Solar Generating

Impianto fotovoltaico a concentrazione, tramite lente di fresnel in grado di concentrare 500 volte il sole). Fonte: wiki, energy.gov.

Caratteristiche tecnico-economiche:

  • Sito: Colorado (Stati Uniti)

  • Potenza massima: 35.3 MWdc (30 MWac in corrente alternata)

  • Produzione energia: 87 GWh/anno (60,7 GWh/anno di energia media rilevata)

  • Superficie totale occupata dall’impianto: 910.000 mq

  • Costo realizzazione: 74.000.000 €

  • Accordo di vendita governativo (incentivo statale): Non è stato reso pubblico.



Confronto delle prestazioni


Prestazioni impianti

La tabella comparativa mette in risalto le prestazioni degli impianti. Le variabili che più di ogni altre vanno prese in considerazione sono appunto: la quantità di energia convertita, la superficie occupata e il costo di installazione. Va ricordato che gli impianti sono assolutamente innovativi ed ancora in piena fase di sviluppo; tutte e 3 le tecnologie hanno pertanto un potenziale reale ancora tutto da sviluppare.


Al momento, si può notare come il sistema fotovoltaico a concentrazione sia più performante secondo tutti i parametri sopra elencati; a parità di potenza installata, riesce a convertire maggiore energia, occupa meno spazio e ha un costo di installazione inferiore. Variabili che vanno ad influire positivamente sul costo di produzione dell’energia e sul relativo prezzo di vendita. Peraltro il sistema fotovoltaico si basa sul concetto di modularità, che permette di installare in modo distribuito sul territorio impianti di piccole dimensioni. Per modulo si intende il dispositivo base che è in grado di funzionare singolarmente. Nell’impianto di Alamosa è l’inseguitore solare. Ciò aggiunge un ulteriore beneficio rispetto ad un sistema basato sul solare termodinamico in quanto quest’ultimo ha bisogno di uno spazio concentrato in un’area specifica. I sistemi modulari possono ottimizzare oltre che problematiche di aree vaste a disposizione, anche problemi legati alla distribuzione elettrica tramite cavi ad alta tensione come perdita di energia, intensità dei campi elettromagnetici, necessità di sub-stazioni, per citarne i più significativi.


Ipotesi di applicazione dell’Impresa Circolare



Premessa

I dati e i calcoli effettuati hanno lo scopo di dimostrare come approcciarsi alla costituzione di un’Impresa Circolare e di fornire un’idea molto semplificata della sostenibilità del progetto e delle potenzialità di rendimento. Per semplicità vengono considerati i valori medi rilevati dagli istituti statistici relativi solo alle famiglie, senza addentrarsi troppo nelle complessità di un sistema che preveda soggetti come imprese ed enti pubblici che notoriamente registrano un maggiore consumo di energia. Per questi ultimi infatti, i vantaggi potenziali tendono ad essere maggiormente ottimistici.


Ipotesi di progetto

Costituzione di una società di fornitura elettrica secondo i principi di Impresa Circolare, i cui investitori/proprietari siano Prosumer. La società raccoglie i fondi di investimento tramite Equity Crowdfunding e provvede a fornire l’energia prodotta ai Prosumer ed eventualmente in vendita a clienti terzi con il surplus di energia non consumata. L’impianto preso in considerazione è Alamosa Solar Generating, l’impianto fotovoltaico a concentrazione che fornisce appunto le prestazioni migliori. I dati che ci aiutano ad analizzare economicamente il progetto sono qui riepilogati:

  • Potenza massima: 35 MWdc (30 MWac)

  • Produzione energia registrata: 60,7 GWh/anno

  • Costo realizzazione: 74.000.000 €

  • Moduli: 504 inseguitori solari da 73,4 kW(dc)

  • Dimensioni del modulo: 21X15= 315 mq

  • Tariffa media costo elettricità: 0,19 €/kWh*

  • Consumo medio famiglia: 2.700 kWh/anno*

  • Costo medio bolletta per famiglia: 513 €/anno*

  • Costo livellato di produzione energia per impianti fotovoltaici di grande dimensione: 0,125€/kWh**

  • Durata prevista impianto: 25-30 anni (allorquando si presume che le celle fotovoltaiche vadano sostituite)

*Statistiche rilevate dall’ARERA “Autorità di regolazione per Energia Reti e Ambiente” considerando una famiglia media di 3-4 componenti, fonte: Dati Arera.

** LCOE per impianti fotovoltaici di grande dimensioni ma non a concentrazione, per quest’ultimi la stima del costo è inferiore grazie alla loro maggiore efficienza, fonte: Arera.


I motivi per cui è preferibile percorrere la strada della costituzione di una società piuttosto che provvedere singolarmente al proprio impianto ha diversi vantaggi, primo su tutti l’abbattimento dei costi secondo i principi dell’economia di scala. Certamente non tutti posseggono un'esposizione solare ottimale o anche solo adeguata per un impianto fotovoltaico, come anche lo spazio fisico; aderire pertanto alla società costituita secondo i principi dell’Impresa Circolare renderà possibile far possedere una porzione dell’impianto, o meglio degli impianti, anche a coloro che diversamente non ne avrebbero avuto la possibilità. L’azienda potrà/dovrà essere strutturata in modo da operare per migliorare i rendimenti del risparmio investito, migliorare i profitti d’impresa, ricercare soluzioni più performanti, perseguire l’aumento di adesione dei Prosumer. Si ipotizzano di seguito due possibili scenari di investimento.


Scenario 1 – Investimento per copertura del solo autoconsumo


Questo tipo di approccio ha principalmente uno scopo dimostrativo che fornisce l’immagine immediata dei benefici raggiungibili. È sicuramente meno ambizioso, in cui si sfrutta principalmente il principio dell’economia di scala per ottenere un risparmio sull’acquisto per grandi quantità. Dunque, oltre il risparmio iniziale sull’acquisto, si ottiene il risparmio/guadagno sul costo delle bollette grazie appunto all’autoconsumo dell’energia prodotta. I Prosumer investono semplicemente la somma necessaria per autoprodursi l’energia di cui necessitano, non prevedendo vendita a clienti terzi. La tabella che segue ne mostra i valori numericamente, approssimati per semplicità di lettura.


Esempio Impresa Circolare - Scenario 1

I calcoli mostrano l’ordine di grandezza dei dati e non tengono conto di eventuali sgravi fiscali come detrazione IRPEF sulle migliorie energetiche degli edifici, il recente Superbonus 110%, dell’aumento quasi sistematico delle tariffe energetiche sulle bollette, della costante maggiore efficienza energetica dei nuovi dispositivi elettrici, ecc.


Pertanto il risparmio ed il rendimento potrebbero tendere verosimilmente ad essere migliori della presente stima. I grafici mostrano la simulazione dell’andamento nel corso dei 30 anni di vita, introducendo la riduzione di prestazione e i costi di manutenzione mediamente previsti per questo tipo di impianti.


Simulazione scenario 1

Rendimento esempio scenario 1

Scenario 2 – Investimento che includa vendita a terzi del surplus produttivo


È lo scenario in cui i principi dell’Impresa Circolare possono innescare quel circolo virtuoso tale per cui i valori dei rendimenti fotografati nello scenario precedente hanno un incremento direttamente proporzionale al livello di partecipazione dei Prosumer. Al risparmio dall’autoconsumo dell’energia prodotta va senz’altro aggiunto il dividendo dei profitti aziendali grazie alla vendita a terzi del surplus energetico. È possibile prevedere, in un’ottica di crescita aziendale, di fornire l’energia ai clienti esterni a prezzi competitivi rispetto al mercato, mentre per i Prosumer ad un prezzo corrispondente alla copertura dei costi della struttura aziendale. La vendita del surplus di produzione risulterà dunque l’utile netto dell’azienda. Ciò permette di avere a disposizione maggiore liquidità, senz’altro utile alle attività aziendali necessarie per conseguire maggiore redditività dell’investimento. L’uso di nuove tecnologie e sistemi innovativi come piattaforme per l’E-commerce, pagamento tramite sistema basato su Blockchain, attività di Crowd Sourcing (soluzioni offerte dalla comunità di Prosumer), Crowd Sharing (condivisioni di risorse come ad es. superficie su cui installare moduli fotovoltaici) e Crowd Task (compiti assegnati e risolti dalla comunità di Prosumer o da terzi tramite apposite piattaforme, es. procacciare nuovi Prosumer) forniscono ulteriori vantaggi sia in termini di qualità che di ottimizzazione dei costi da sostenere. Prevedendo peraltro premi e benefits nei confronti degli usufruttari. A fronte pertanto di un maggiore impegno economico iniziale si avranno verosimilmente migliori risultati nel medio-lungo termine.

Si ipotizza dunque che, al momento della costituzione dell’Impresa Circolare, si programmi di raggiungere un numero di Prosumer tale per cui l’autoconsumo consista nei 2/3 della produzione totale e il restante (1/3) venga destinato alla vendita di clienti non Prosumer. Con tale premessa l’investimento medio si attesterebbe a 5.000 €. Nella tabella viene fotografata questa prospettiva, ricordando che i risultati sono approssimati per una facile lettura.


Esempio Impresa Circolare - Scenario 2

La destinazione dell’utile annuo aziendale ricade nelle scelte in capo ai Prosumer, espresse collegialmente secondo i principi dell’Impresa Circolare. In base agli obiettivi che si vogliono e possono perseguire, dipenderà da queste scelte la quantità dell’utile destinata al dividendo annuale, al deposito in fondi in attesa di investimenti futuri, alle attività che aumentano la capacità produttiva come nuove installazioni, ricerca e sviluppo, ricerca di nuovi Prosumer e molto altro.


Ricavo immediato surplus energia - Scenario 2

La tabella dimostra chiaramente che un dividendo nell’immediato non porta grossi benefici se non poco distanti da quelli espressi nello scenario 1 di investimento. Mentre sacrificando i guadagni nella fase iniziale per puntare sulla crescita aziendale, intesa come maggiore capacità produttiva, migliore qualità del prodotto, aumento Prosumer e così via, porterà migliori benefici nel medio-lungo termine grazie all’aumento dei profitti, delle dimensioni aziendali, una maggiore stabilità ed equità dei prezzi dell’energia ed un sensibile miglioramento della sostenibilità ambientale.


Scenario 2 - Investimenti ricavi da surplus energetico

Per una migliore comprensione si considerano separatamente l’aumento delle nuove installazioni grazie agli utili aziendali, dall’aumento della capacità produttiva grazie anche all’adesione di nuovi Prosumer. Si tenga presente del grosso supporto degli stessi che possono apportare per favorire l’adesione di nuovi Prosumer al progetto, avendo un diretto interesse per migliore il rendimento della propria somma investita. Infatti potranno contribuire in prima persona all’espansione del progetto procacciando nuovi Prosumer, grazie al meccanismo del Crowd Task e del relativo referral reward (premio per procacciamento). Funzioneranno in pratica come un corposo ufficio marketing forte di 15.000 unità, tendente ad ingrossarsi progressivamente ed indefinitivamente.


Moltiplicare la capacità produttiva non sarà impresa troppo ardua e tardiva alla luce delle potenzialità che la comunità dei Prosumer saprà in grado di esprimere. A fronte di un maggiore contributo nella fase iniziale, sacrificando i profitti nel breve periodo, se ne potranno ottenere di ben più cospicui nel medio-lungo termine, in funzione del livello di partecipazione raggiunto. Anche solo considerando una crescita prudente, ipotizzando che per ogni anno i Prosumer aumentino di un terzo rispetto all’anno precedente (vale a dire un nuovo Prosumer che venga procacciato ogni 3 di quelli esistenti) e una parte direttamente dall’azienda (sfruttando il 10% dell’utile annuo come da ipotesi nella tabella precedente), la crescita aziendale risulta notevole come riportato nella tabella sottostante. Anche per i nuovi Prosumer si applicano le medesime condizioni dei primi aderenti: investimento medio 5.000 € per avere i due-terzi delle nuove installazioni destinati all’autoconsumo e 1/3 destinato alla vendita.


Scenario 2 - Investimenti nuovi Prosumer
Scenario 2 - Sviluppo aziendale nel breve termine

Simulazione a lungo termine dello scenario 2


Perseguendo l’andamento illustratato nella tabella sovrastante, si tenta di simulare l’evoluzione del progetto per un arco di tempo abbastanza lungo, come l’aspettativa di operatività delle celle fotovoltaiche. I risultati vengono mostrati tramite grafici per non appesantire ulteriormente la lettura con numeri e calcoli sempre più complessi. Ciò che risultano maggiormente significativi non sono i valori in sè dei dati ottenuti ma bensì l’andamento dei valori, espresso dalle curve grafiche, che potenzialmente possono essere raggiunti. Per una visione maggiormente realistica sono stati inseriti nella simulazione: l’effetto network dei Prosumer, i probabli effetti degli investimenti nella ricerca, l’aumento dei prezzi dell’energia, la diminuzione di efficienza degli impianti nel tempo, i costi di manutenzione e sostituzione dispositivi, l’aumento progressivo del dividendo annuale. È bene precisare che dopo 30 anni non termina il progetto, ma questo tempo serve solo come riferimento in funzione dell’impianto iniziale. Verosimilmente la sostituzione delle prime celle fotovoltaiche avverrà prima dei 30 anni, per mantenere alta l’efficienza produttiva.


Ricavi previsti Impresa Circolare scenario 2

% Rendimento Impresa Circolare scenario 2

Crescita Prosumer - Effetto Network

Potenza attesa nell'arco di 30 anni con scenario 2

Conclusioni



Dalla simulazione si attestano alcuni dati teorici, potenzialmente perseguibili, su cui riflettere.


Il payback dell’investimento si attesta intorno a 9,5 anni. È in costante crescita toccando quasi 28.000 € al termine dei 30 anni di simulazione. Pertanto 933 € di media, con una curva meno pendente in fase iniziale dovuto agli investimenti in crescita aziendale nei primi anni di adesione al progetto.


Il rendimento della somma iniziale investita è in crescita negli anni raggiungendo un picco del 25% intorno al 12ᵒ anno. Questo dipende da diversi fattori come l’esponenziale adesione di nuovi Prosumer, minore rendimento dei primi impianti solari installati, maggiori costi di gestione come mantenimento/sostituzione componenti guasti, ecc. Nel tempo il rendimento si assesta ed aumenta progressivamente anche grazie ad un'auspicabile miglior tecnologia. Risulta pertanto sì un investimento nel lungo periodo ma sicuro ed altamente redditizio.


Il numero dei Prosumer aumenta esponenzialmente seguendo l’andamento tipico dell’effetto Network. Si tratta di una curva ad "S" in cui ad una lenta fase iniziale legata all’innovazione, segue una rapida crescita esponenziale per raggiungere in modo asintotico il suo limite, la saturazione del sistema. Nella simulazione il numero di Prosumer dopo 30 anni è di circa 14 milioni, cifra non lontana dal numero totale di nuclei familiari italiani secondo l’ultimo censimento del 2011 (16,6 milioni).


La potenza totale installata dopo 30 anni risulterebbe di circa 50 GW per una produzione elettrica annuale intorno ai 100 TWh; si tratta di un terzo circa del fabbisogno energetico totale italiano (compreso aziende, produzione manuffaturiera, enti pubblici ecc.) che è di circa 333 TWh (dati Terna). Mentre il fabbisogno delle sole famiglie è di circa 45 TWh (16,6 milioni * 2700 kWh). In altre parole, le famiglie col proprio risparmio avrebbero la capacità potenziale di produrre il doppio del proprio fabbisogno energetico con soli 5000 € di investimento per nucleo famigliare. Inoltre sarebbero in grado di abbassare considerovelmente il costo/prezzo dell’energia e di ridurre notevolemente le fonti inquinanti; in pratica influenzerebbero attivamente il mercato.


È bene ribadire che non sono i valori in quanto tali da prendere in considerazione dal momento che si tratta di una simulazione per un esempio dimostrativo, in cui la semplicità è il filo conduttore necessario per capire la potenzialità di questo tipo di approccio. Il punto di riflessione è invece sulla tendenza che essi esprimono, il percorso che nettamente sono in grado di tracciare, indicando una direzione ben precisa. Che è quella di un nuovo paradigma economico fondato sul risparmio delle famiglie, che agiscono direttamente ed attivamente sul mercato e sulla produzione, assurgendosi a ruolo di Prosumer.


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