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Brevetto ENEA per un sistema di calcolo per l'analisi della fattibilità economica degli impianti energetici

 

FELIPE è il nome del sistema di calcolo sviluppato e brevettato dall'ENEA per una rapida analisi della Fattibilità Economica preLiminare degli Impianti di Produzione Energetica, con riferimento alla normativa italiana.

La versione iniziale di FELIPE risale alla primavera del 2001, quasi in concomitanza con l'avvio all'ENEA del Progetto Solare Termodinamico. Le successive versioni hanno cercato di ampliare sempre più il suo campo di utilizzo e, allo stesso tempo, di ottenere valutazioni economiche con maggiori dettagli, man mano che si andavano meglio delineando le tipologie d'impianto da prendere in esame nell'ambito del Progetto Solare. Inoltre, dovendo tener conto di tutte le possibili incentivazioni per questi impianti, è stato continuamente adeguato all'evoluzione della normativa nazionale.

Attualmente il sistema di calcolo FELIPE consente di fare l'analisi economica per qualunque impianto di conversione energetica (anche trigenerativo), sia convenzionale che non, indipendentemente dalla fonte energetica primaria impiegata e dalla sua potenza nominale. L'impianto non convenzionale può anche essere integrato in uno di tipo convenzionale, essere dotato di un sistema d'accumulo (termico o elettrico) di capacità più o meno grande e/o di una caldaia d'integrazione a combustibile commerciale e/o rinnovabile.

L'analisi economica può essere fatta a tre diversi livelli di dettaglio, selezionando dal menù di partenza (mostrato in figura 1) il relativo programma sottostante in Excel: il livello di dettaglio è crescente passando da  Valutazioni continuo  a  Valutazioni intermittente  fino a  Calcolo. In tal modo l'operatore ha la possibilità di scegliere con quale livello di dettaglio effettuare l'analisi economica preliminare di un impianto: in particolare, può iniziare dal livello più basso e proseguire poi nell'analisi più dettagliata, se ottiene risultati economici interessanti, oppure fermarsi a questo livello, se ottiene risultati economicamente non accettabili.

Questi tre sottoprogrammi, partendo dai dati sui costi (sia di costruzione che di esercizio) e dai dati sulle produzioni energetiche dell'impianto oltre che da altri parametri tecnico-economici, arrivano a calcolare alcuni indicatori economici (VAN, Tasso di rendimento interno, Tempo di recupero, Costi unitari di produzione ecc.), mediante i quali esaminare la fattibilità di un'iniziativa proposta o l'economicità di un impianto in esercizio.


Figura 1 — Menù idi partenza del sistema FELIPE

Nell'analisi economica è possibile includere sia gli incentivi alle produzioni che le esternalità gravanti sulle emissioni dell'impianto. Il sottoprogramma  Calcolo  tiene pure conto di eventuali contributi a fondo perduto sul costo di costruzione, che in parte può essere coperto in tal caso anche con ricorso al prestito sul mercato finanziario. Inoltre consente un'analisi più dettagliata, rispetto a quella che si può fare con i sottoprogrammi  Valutazioni,  in quanto considera l'imposizione sui ricavi annui e le agevolazioni fiscali concesse, con riferimento alla normativa italiana.
Indipendentemente dal livello di dettaglio col quale viene condotta l'analisi, è possibile modificare l'entità degli incentivi e delle altre voci d'entrata, nonché delle esternalità e delle altre voci di uscita, per valutare, in modo parametrico, la loro incidenza sul risultato economico finale. Nel sottoprogramma  Calcolo  tali possibilità sono previste anche per il contributo sul costo di costruzione, per la modalità di ricorso al prestito e per la fiscalità. Ciò consente di evidenziare i rischi economici cui si potrà andare incontro, quando esistono margini d'incertezza su tali grandezze; in particolare, dovendo ricorrere al prestito per una parte del costo di costruzione, si possono valutare i potenziali rischi qualora mutino nel tempo le condizioni di mercato. Quando poi l'impianto in esame è già funzionante, ciascuno dei sottoprogrammi consente di inserire facilmente i dati a consuntivo per i soli anni già trascorsi. I dati da fornire sono solo quelli strettamente richiesti, ai fini dell'analisi economica, e i campi in cui inserirli compaiono automaticamente nel foglio da utilizzare per la consuntivazione degli anni passati.

In FELIPE, oltre all'analisi economica di massima, viene anche fatta una valutazione del costo unitario delle varie produzioni energetiche per la tipologia d'impianto in esame; dal loro confronto con quello medio degli impianti convenzionali a combustibili fossili è possibile verificare se tale tipologia ha raggiunto o è prossima allo stadio di maturità commerciale. Si possono anche fare valutazioni economiche preliminari su progetti innovativi di impianti convenzionali, tesi a migliorarne le prestazioni, inserendo le voci di costo previste per la costruzione delle diverse parti in cui si ritiene utile suddividerli, nonché quelle previste durante il periodo operativo. In tal modo c'è la possibilità di mettere a confronto il loro costo unitario di produzione con quello degli impianti commerciali attualmente in esercizio.
C'è anche la possibilità di individuare, tra più configurazioni possibili per un impianto da realizzare, quella che minimizza il costo unitario delle produzioni e risulta quindi economicamente più vantaggiosa.

Inoltre, qualora un impianto energetico sia già stato realizzato, in base ai costi sostenuti e agli effettivi valori, riscontrati durante il suo esercizio, per gli altri dati richiesti, è possibile valutarne i reali costi unitari di produzione e analizzarne a consuntivo il livello di economicità.

Nel sistema di calcolo FELIPE, i costi che incidono sulla produzione di un impianto di generazione sono suddivisi secondo le consuete tre voci componenti:
- costo di costruzione;
- costo di esercizio e manutenzione;
- costo dei combustibili.

Ad esse va però aggiunta una quarta voce, il  costo delle esternalità, per tener conto del complessivo impatto negativo che la produzione energetica ha sull'ambiente e sulla collettività. Fino a poco più di un decennio fa, questa voce non veniva presa in alcuna considerazione nella valutazione dei costi di produzione, poiché l'esercente non aveva alcun obbligo di risarcimento dei danni, diretti e indiretti, provocati dal funzionamento dell'impianto. Tuttavia già da diversi anni ha cominciato a farsi strada il principio che deve essere posto un limite alle emissioni inquinanti rilasciate da ciascun impianto; oltre questo limite, il gestore deve pagare una penale proporzionale all'entità del suo superamento, a titolo di parziale risarcimento della collettività per il danno arrecato.

Pertanto gli effetti, provocati all'esterno da un impianto di generazione, cominciano a riflettersi economicamente sui costi di produzione ed è previsto che, in un prossimo futuro, avranno un'incidenza crescente. Quindi le esternalità, col loro progressivo trasferimento sui costi di produzione, potrebbero sensibilmente modificare la scala di preferibilità delle varie fonti energetiche primarie e le conseguenti scelte tra le diverse tipologie impiantistiche.

I metodi per calcolare il costo unitario delle produzioni energetiche sono sostanzialmente due:

  -   metodo del  costo annuo, nel quale, alla data attuale, si determinano prima le spese sostenute annualmente per gli oneri relativi al costo di costruzione dell'impianto (ridotto del contributo a fondo perduto se concesso), per l'esercizio e manutenzione, per i combustibili e per le eventuali esternalità, poi si ripartiscono sulle diverse produzioni energetiche medie annue cedute alle utenze o immesse in rete;
 
  -   metodo del  valore attuale netto, nel quale tutte le entrate e le uscite nel corso dell'intera vita dell'impianto, una volta riportate alla data attuale, vengono sommate algebricamente e, imponendo l'azzeramento del risultato (ovvero la compensazione attualizzata delle spese con i ricavi, senza alcun ulteriore margine di profitto), si fa in modo che il prezzo unitario di vendita di ciascuna energia utile vada a coincidere col suo  costo unitario medio livellato  di produzione.

In entrambi i metodi, il calcolo può essere eseguito sia a preventivo che a consuntivo, per un impianto in esercizio; se invece l'impianto deve ancora essere costruito, la valutazione va fatta a preventivo, tenendo conto, se possibile, delle informazioni ricavabili dai dati a consuntivo di impianti analoghi. Va tuttavia fatto presente che non sempre è agevole conoscere con sufficiente approssimazione tutte le entrate e le uscite annuali durante la costruzione e l'esercizio di un impianto, tenendo pure conto delle imposte da pagare; inoltre difficilmente le voci di spesa e di ricavo variano con la stessa dinamica dell'inflazione.

In FELIPE i costi unitari di produzione vengono calcolati, alla data attuale, col più semplice ma meno preciso metodo del costo annuo. Tale metodo è anche detto della  formula binomia  poiché di solito considera separatamente le spese annue indipendenti dalle produzioni (spese fisse), associate agli oneri del costo di costruzione oltre che all'esercizio e manutenzione (o alla sua parte preponderante), e quelle dipendenti da esse (spese variabili), associate al consumo dei combustibili, alle esternalità ed eventualmente ad una quota parte dell'esercizio e manutenzione.

Va pure evidenziato che, quando l'impianto è di  produzione combinata  o di  multigenerazione  e non varia apprezzabilmente nel tempo il rapporto tra le diverse potenze erogate contemporaneamente alle utenze, la valutazione dei costi unitari delle energie utili cedute non è immediata.


Figura 2 — Schema equivalente dell'impianto di produzione combinata

Per definire i costi unitari in modo univoco, in FELIPE si fa riferimento all'energia termica annua che sarebbe richiesta per la produzione separata dell'energia elettrica ed eventualmente di quella frigorifera.
Si considera quindi l'impianto, di produzione combinata o di multigenerazione, equivalente a tre impianti che, contemporaneamente, convertono l'energia termica fornita da un'unica caldaia alimentata con combustibili (in realtà due impianti poiché la fornitura alle utenze termiche è diretta), secondo lo schema di figura 2.

Questa procedura di calcolo dei costi unitari va bene finché il rapporto tra le diverse potenze erogate subisce piccole variazioni nel corso dell'anno. Se al contrario dovessero esserci notevoli mutamenti nella conduzione dell'impianto, fino al venir meno di qualche produzione in alcuni periodi dell'anno (ad esempio la termica nel periodo estivo o la frigorifera in quello invernale), per poter utilizzare ancora il procedimento descritto deve essere possibile suddividere il funzionamento annuale in più periodi caratteristici, nei quali rimane pressoché costante il rapporto tra le produzioni energetiche (che in qualche periodo potrebbero anche ridursi ad una sola).
Ovviamente, per ottenere una corretta valutazione dei costi unitari in ognuno di questi periodi, deve anche essere possibile quantificare le relative spese per ciascuna delle quattro voci, in particolare per quella dei combustibili. È chiaro altresì che la stessa produzione energetica può avere in tal caso costi unitari diversi nel corso dell'anno, al variare dell'assetto produttivo dell'impianto.

La presentazione dei risultati, ottenuti da FELIPE per l'analisi economica di un impianto, avviene, oltre che in forma numerica, anche attraverso numerosi grafici dove sono mostrate le informazioni più significative, relative ai suoi costi, alle sue produzioni energetiche, ai suoi ricavi e ad alcuni risultati economici ottenuti. La figura 3, ad esempio, presenta la ripartizione percentuale del costo di costruzione tra le principali voci, ottenuta nello studio di fattibilità di un impianto ibrido (solare biomassa) per la produzione elettrica.


Figura 3 — Ripartizione percentuale del costo di costruzione tra le voci principali

Il sistema di calcolo FELIPE, grazie alle sue caratteristiche e alla flessibilità consentita nell'inserimento dei dati relativi all'impianto da esaminare, può essere utilmente impiegato:

  -   durante lo studio di fattibilità, per evidenziare quelle grandezze che, con la loro variabilità, maggiormente incidono sul risultato economico finale e valutare così i margini d'incertezza nei risultati ottenuti;
 
  -   in sede di progettazione, per il dimensionamento ottimale di alcuni componenti caratteristici dell'impianto, in modo da minimizzare i suoi costi di produzione;
 
  -   in sede di pianificazione della ricerca tecnologica, allo scopo d'individuare su quali tematiche concentrare le risorse disponibili per cercare d'abbattere i costi di quei componenti che maggiormente incidono sul costo di costruzione;
 
  -   nell'analisi preliminare delle diverse possibili modalità per la copertura dei costi dell'iniziativa, al fine di indicare la più vantaggiosa dal punto di vista economico;
 
  -   nella selezione, tra diverse proposte d'incentivazione ad una particolare tecnologia impiantistica, di quella più efficace, per farla decollare sul mercato della generazione.

Avvertenza. Il sitema FELIPE è stato messo a punto con riferimento alla normativa italiana. È quindi evidente che, analizzando lo stesso impianto di produzione con un altro programma di calcolo, sviluppato in un diverso contesto normativo, i risultati dell'analisi economica possono differire in modo più o meno consistente.

Il manuale del programma è disponibile in linea e può essere scaricato da  qui.

Collegamenti utili: Banca dati Brevetti dell'ENEA e scheda del brevetto.

Contatto:  brevetti@enea.it

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Autori:
Enzo Metelli,  ENEA DTE-STT-SCIS
Fabrizio Tolu,  ENEA UCB

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