Valutazione dell'investimento in impianti fotovoltaici utility-scale, Università degli Studi di Padova

INDICE

1 - PREMESSA 3 1.1 - OBIETTIVO GENERALE 3 1.2 - MOTIVAZIONI DELL'OBIETTIVO 3 2- ASSUNZIONI DELLO STUDIO 5 2.1 - SCELTA DEI SITI DEGLI IMPIANTI 5 2.2 - METODI DI ANALISI, STRUMENTI E SOFTWARE 7 3 - PROGETTAZIONE DELL'IMPIANTO FOTOVOLTAICO UTILITY - SCALE 8 3.1 - COS'È UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO 8 3.2 - ELEMENTI CARATTERISTICI DI UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO 8 3.3 - CONSUMO DI SUOLO 11 4 - APPLICAZIONE AI SITI 12 5 - VOCI DI COSTO E PERFORMANCE ECONOMICA 22 5.1 - CALCOLO DEL CAPITAL EXPENDITURE 22 5.2 - CALCOLO OPERATIONAL EXPENDITURE 29 5.3 - LCOE 31 6 - VALUTAZIONE ECONOMICA DEGLI IMPIANTI 32 6.1 - SISTEMA DI VENDITA DELL'ENERGIA 32 6.2 - PREZZO DI VENDITA DELL'ENERGIA 33 7 - CONCLUSIONI 47 BIBLIOGRAFIA E SITOGRAFIA 51

PREMESSA

Obiettivo Generale dello Studio

L'obiettivo dello studio è valutare la fattibilità ed il ritorno economico di un investimento nella costruzione di un impianto fotovoltaico a terra. La valutazione dell'investimento viene fatta confrontando diversi scenari articolati su variabili afferenti a diversi ambiti e diverse posizioni geografiche.

Motivazioni dell'Obiettivo

Le politiche energetiche europee e nazionali sono rivolte al raggiungimento degli obiettivi inclusi nel PNIEC [1] - Piano Nazionale Integrato per l'Energia e il Clima -, ovvero ridurre le emissioni inquinanti del 55% nel 2030 e azzerarle nel 2050 rispetto a quanto emesso dal 1990 in poi. In quest'ottica si incentiva sempre più la produzione di energia elettrica da fonte rinnovabile, incluso il fotovoltaico. Vista la bassa incidenza di fonti alternative come le biomasse e quella geotermica, si deve ragionare su quale possa essere la scelta corretta per raggiungere i sopracitati obiettivi. Considerando che la potenzialità dell'energia idrica è minima, le uniche alternative - ad oggi - valide in Italia sono l'eolico ed il fotovoltaico. Purtroppo, la potenzialità della fonte eolica è concentrata quasi totalmente nel Sud Italia e nelle isole, fatto che comporterebbe una concentrazione della produzione in pochi siti, ma molto grandi e significativamente impattanti per il paesaggio e l'ambiente. Al contrario, la fonte solare è presente in tutto il territorio nazionale e consentirebbe una produzione di energia elettrica distribuita sul territorio, rendendo la rete nel suo complesso più resiliente e sicura, anche se ciò sarebbe più corretto nel caso in cui si avessero delle produzioni di energia programmabile; il problema è parzialmente risolvibile con gli accumuli. Questa esigenza è soprattutto dettata dal processo di transizione energetica che impone una penetrazione sempre maggiore e capillare dell'energia elettrica: si pensi, ad esempio, alla transizione verso la mobilità elettrica a discapito di quella basata sui motori termici o all'aumento dei consumi causato dalle tecnologie digitali e dalla conversione delle produzioni industriali. L'aumento della domanda di energia elettrica avverrà contestualmente alla progressiva sostituzione degli impianti di produzione energetica alimentati da fonti fossili a favore di quelli sfruttanti le fonti rinnovabili. Questa è l'unica soluzione realistica che la transizione energetica ammette di perseguire, al fine di adempiere agli obiettivi fissati dalla UE con scadenza al 2050 sui temi di riduzione delle sostanze inquinanti emesse in atmosfera e di incentivazione allo sfruttamento delle fonti energetiche green che il territorio mette a disposizione. 3Nel caso tipico di molte tecnologie sfruttanti le fonti rinnovabili, esse sono in grado di generare direttamente energia elettrica, ovvero già nella forma richiesta dai consumi, e, aspetto non secondario, sono in grado di farlo in prossimità del punto in cui viene richiesta l'energia. Gli impianti alimentati da fonte rinnovabile sono caratterizzati da importanti costi iniziali d'investimento per la realizzazione - Capex - ed i costi di gestione e manutenzione - Opex -, marginali rispetto all'investimento iniziale e non comportano tipicamente alcun costo per la materia prima. Fatte queste assunzioni, ed individuata la quota di energia che dovrebbe essere fornita dagli impianti fotovoltaici, ci si rende conto che sommando l'attuale produzione di energia elettrica da fonte rinnovabile e se si ipotizza di sfruttare tutte le superfici di copertura idonee, si raggiungerebbe solo il 49% di quanto si dovrebbe ottenere nel complesso. Risulta quindi necessario l'uso del terreno per tale scopo, in supporto a quanto potenzialmente installabile su copertura:

Stima obiettivo produzione da FER-E al 2050 404,9 TWh [2] Produzione da FER-E al 2022 84,85 TWh [3] Potenzialità produzione eolica futura 25 TWh [4] Produzione da superfici di copertura 88,65 TWh* [5] Quota mancante 206,4 TWh Tab. 1: quote di produzione elettrica da FER-E *88,65 TWh è la produzione stimata da potenza installabile su tetti/strade/ferrovie senza consumare suolo che però considera al suo interno anche una parte di ciò che è già stato installato. Qui si assume l'intero valore come ad oggi potenzialmente ottenibile per creare uno scenario peggiorativo per sostenere la tesi qui discussa, ovvero la necessità di usare su larga scala il fotovoltaico utility-scale. Risultano mancanti quindi circa 206,4 TWh, ricavabili da altre fonti rinnovabili. L'unica con un potenziale di crescita significativo è il fotovoltaico installato sul terreno. Nella miglior situazione possibile (inverosimile) 1 kWp installato produce 1800 kWh [6] in media all'anno sull'intero territorio nazionale. In questa situazione per raggiungere l'obiettivo servirà installare ulteriori 114,7 GWp a terra per soddisfare gli obiettivi del 2050. Siccome la produzione specifica cambia con la latitudine e il valore reale è ben più basso, servirà una quantità ancora maggiore di potenza installata. Un valore reale potrebbe essere 1400 kWh/kWp di media, che porta ad aver bisogno di 147,4 GWp ulteriori da installare. Questo valore, se raffrontato con il precedente, implica 4implicitamente l'uso di una superficie doppia per l'installazione della potenza necessaria. Di conseguenza, per perseguire la soluzione che meglio sfrutta la risorsa suolo sarà vitale avere l'astuzia di prevedere tutti gli accorgimenti tecnici necessari in fase di installazione e manutenzione per ottenere un impianto efficace negli anni e che rimanga competitivo durante tutto il suo ciclo di vita, non rendendo necessaria una dismissione anticipata a causa degli elevati costi di produzione energetica. L'impianto fotovoltaico che sintetizza la produzione ottimale sia in termini energetici che economici, dovrà anche tener conto dell'ambiente che lo circonda in modo da rispettare la naturalità che lo contraddistingue sia al suo interno che lungo il suo perimetro, con il fine di inserirsi nel paesaggio circostante riducendo al minimo il suo impatto visivo dall'esterno, così come l'impatto che ha sulla componente biologica circostante. [1]

ASSUNZIONI DELLO STUDIO

Scelta dei Siti degli Impianti

La miglior scelta, da un punto di vista prettamente morfologico, è quella di considerare un terreno perfettamente piano, privo di pendii di qualsiasi ordine di grandezza, al fine di poter standardizzare l'unità fondamentale che caratterizzerà l'impianto specifico. Nel caso in cui non fosse soddisfatta questa particolare condizione, si dovrebbe andare a verificare le specifiche tecniche delle strutture che si vorranno utilizzare, raggruppate in base alla pendenza locale del terreno in cui saranno posizionate. Inoltre, è necessario anche soffermarsi sulla sua composizione; infatti, un'area limo - argillosa, al pari di una limo-sabbiosa, seppur pianeggiante, presenta caratteristiche geologiche e ambientali non ideali [2]. Di convesso, la ricerca del terreno ideale dovrebbe indirizzarsi verso superfici certamente pianeggianti, ma dallo scheletro prevalente ghiaioso - pietroso, il che si traduce in un terreno con condizioni geotecniche più adatte all'edificazione di ogni tipologia realizzativa. La presenza di ghiaia e pietrisco nel primo metro e mezzo di profondità è una condizione che già nella scelta del sito consentirà di ridurre i costi: un suolo dallo scheletro prevalente ghiaioso- pietroso permette di utilizzare meno materiale per la realizzazione delle strutture, il che, oltre a ridurre i costi, semplifica l'operazione di installazione dell'opera. Aree agricole con queste caratteristiche sono considerate a basso interesse agronomico, tant'è vero che in queste aree, per mantenere un buon volume di produzione agricola, si renderà necessario l'uso di fertilizzanti chimici, nonché un eccessivo uso di risorsa idrica, entrambe azioni meno importanti in terreni dalla struttura limo - argillosa. 5Fatta questa precisazione, per effettuare un confronto tra diverse posizioni geografiche si sono scelti tre diversi siti rispettanti le caratteristiche geomorfologiche appena elencate, posizionati in 3 aree geografiche dell'Italia molto diverse tra loro:

• San Giovanni al Natisone (45.951301N, 13.402240E - UD)
• Montalto di Castro (42.375644N, 11.594952E - VT)
• Naro (37.306400N, 13.969521E - AG)

Abbiamo scelto tre aree geografiche così distanti tra loro per apprezzare le differenze di esposizione solare al variare della latitudine. A rafforzare il nostro ragionamento, le posizioni geografiche scelte coincidono con impianti fotovoltaici a terra attualmente operanti quindi sono ritenute delle buone alternative per generare un profitto tramite questo tipo di attività economica. Geograficamente parlando, la scelta del sito sarà fortemente influenzata dalla vicinanza - o meno - di un allaccio alla rete di media tensione (MT) al fine di immettere l'energia elettrica generata nella rete dell'ente distributore. Tuttavia, in riferimento al TICA [7] - Testo Integrato per le Connessioni Attive - che prevede un regolamento per l'individuazione del punto d'immissione in rete, essere in prossimità di elettrodotti in MT non è una condizione sufficiente per poter affermare che il sito sia geograficamente ben collocato in relazione alla rete elettrica esistente; verosimilmente il punto d'immissione può trovarsi a svariati chilometri di distanza, per ragioni legate alle caratteristiche della rete, rendendo il luogo scelto non efficace. Avere la disponibilità di un collegamento in MT in prossimità del sito è una delle principali variabili che determinano se l'energia prodotta nello stesso avrà un costo di produzione adeguato al mercato. Il costo reale per la realizzazione ex novo delle opere di rete in MT è mediamente di circa 100.000 €/km [4], dato ottenuto dai costi standard delle linee guida di e-Distribuzione. Se ne deduce che questo costo fisso al chilometro verrà distribuito sulla quantità di energia prodotta dall'impianto. Tanto più grande sarà l'impianto, tanta più distanza ci si potrà permettere di ammortare con la posa di nuovi collegamenti; al contrario, un impianto di taglia modesta avrà la necessità di avere accesso alla media tensione sul posto. In questo studio, si è deciso di stimare la distanza tra l'impianto tipo e la cabina secondaria a cui si collegherà in media tensione pari a 200 m, valore che verrà mantenuto costante in tutti e tre gli scenari previsti. 6