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Dieta e potenza. Biogas: i fattori chiave da analizzare per un investimento conveniente per l'impresa agricola
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Dieta e potenza. Biogas: i fattori chiave da analizzare per un investimento conveniente per l'impresa agricola

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Una panoramica sullo stato dell’arte del settore della produzione di energia elettrica da digestione anaerobica in Europa e in Italia Vengono analizzati i due fattori chiave da cui dipende la ...

Una panoramica sullo stato dell’arte del settore della produzione di energia elettrica da digestione anaerobica in Europa e in Italia Vengono analizzati i due fattori chiave da cui dipende la redditività dell’investimento in un impianto di biogas: la potenza elettrica installata e il tipo e la quantità di biomassa impiegata per alimentare il digestore anaerobico.

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Dieta e potenza. Biogas: i fattori chiave da analizzare per un investimento conveniente per l'impresa agricola Dieta e potenza. Biogas: i fattori chiave da analizzare per un investimento conveniente per l'impresa agricola Presentation Transcript

  • Dipartimento di Economia e Ingegneria agrarie Alessandro Ragazzoni Dieta e potenza Biogas: i fattori chiave da analizzare per un investimento conveniente per l'impresa agricola
  • Ambito di riferimento dell’analisi 2) Reflui zootecnici 3) Processo di digestione anaerobica 4) Produzione di energia 5) Digestato 1) Produzione e stoccaggio della matrice organica
  • da discarica RU da fanghi dep. da agricoltura [ EurObserv’ER. 2010 ] La situazione del biogas: EUROPA
  • La situazione del biogas: ITALIA Censimento CRPA (2011) ll Piano di azione nazionale (Pan) per le energie rinnovabili in Italia, in attuazione della direttiva 28/2009/Ce, pone importanti sfide al settore del biogas , con l’obiettivo fissato al 2020 di 1.200 MW elettrici. Nel Pan, inoltre, si evidenzia la necessità di consentire anche in Italia l’immissione del biogas-biometano nella rete del gas naturale e/o il suo utilizzo come biocarburante e di prevedere un’apposita tariffa incentivante per tale operazione. Situazione al 2010
    • 521 impianti totali , di cui:
    • 130 impianti sono in costruzione ;
    • ~350 MW e installati;
    • in Lombardia:
    • * 210 impianti (di cui 49 sono in costruzione):
    • * 56 MW e
  • Censimento CRPA (2011) La situazione del biogas: ITALIA
  • Censimento CRPA (2011) La situazione del biogas: ITALIA
  • AMBITO NORMATIVO DI RIFERIMENTO PER L’ANALISI ECONOMICA Parte 1 APPROVVIGIONAMENTO DELLA BIOMASSA ESERCIZIO DELL’IMPIANTO PER BIOGAS GESTIONE DEL DIGESTATO PRODUZIONE DI ENERGIA INDICAZIONI (D.Lgs. N. 28 3 marzo 2011) ITER PROCEDURALE CRITERI PER LE AUTORIZZAZIONI DEFINIZIONE DEI SOTTOPRODOTTI INCENTIVI FINANZIARI FISCALITA’ D’IMPRESA
  • Il quadro autorizzativo prevede tre categorie: A) impianti considerati a edilizia libera e a semplice comunicazione ; B) impianti realizzabili mediante procedura abilitativa semplificata ; C) impianti soggetti ad autorizzazione unica . D.LGS 28 (3 marzo 2011) a) Indicazioni per l’iter procedurale SEMPLICE COMUNICAZIONE PROCEDURA ABILITATIVA SEMPLIFICATA PAS AUTORIZZAZIONE UNICA (Conferenza dei servizi regionale) TIPOLOGIA DI IMPIANTO POTENZA Operanti in assetto cogenerativo 0 – 50 kWe Realizzati in edifici esistenti, a condizione che non alterino i volumi e le superfici, non comportino modifiche delle destinazioni d’uso, non riguardino le parti strutturali dell’edificio, non comportino aumento delle unità immobiliari e non implichino incremento dei parametri urbanistici 0 – 200 kWe Operanti in assetto cogenerativo 50 – 1.000 kWe 3.000 kWt Alimentati da biomasse 0 – 200 kWe Alimentati da gas di discarica, gas residuati dai processi di depurazione e biogas 0 – 250 kWe Altri casi in cui non si prevede cogenerazione e recupero di energia termica ------
  • b) Indicazioni per i criteri di autorizzazione
    • Nella valutazione nell’ambito della Conferenza di servizi si segnalano alcuni elementi prioritari:
    • la ricerca e la sperimentazione di soluzioni progettuali e componenti tecnologiche innovative ;
    • il coinvolgimento dei cittadini in un processo di comunicazione e informazione preliminare all’autorizzazione;
    • una progettazione legata alle specificità dell’area in cui viene realizzato l’intervento. Assume rilevanza l’integrazione dell’impianto nel contesto delle tradizioni agroalimentari locali e del paesaggio rurale ;
    • l’effettiva valorizzazione del recupero di energia termica prodotta nei processi di cogenerazione in impianti alimentati da biomasse.
  • Sottoprodotti utilizzati in impianti aziendali o interaziendali oppure ceduti a terzi e dagli stessi utilizzati All’interno dell’azienda agricola oppure fuori dal luogo di produzione dei sottoprodotti IMPIEGO LUOGO DI IMPIEGO Dlgs 152/2006 (art. 185) Dlgs 4/2008 (art. 2, comma 22) Legge 129/2010 (art. 1, comma 3) DM 3 dicembre 2010 n. 205 Dlgs 3 marzo 2011 n. 28 MODIFICHE c) Indicazioni per la definizione dei sottoprodotti TIPOLOGIA DI SOTTOPRODOTTI PROVENIENZA Materiali fecali (tutti gli effluenti zootecnici) Da attività agricole Materiali vegetali Da attività agricole
  • Tariffa omnicomprensiva: 0,28 euro/kWh fino al 31/12/2012 (< 1 MWe) d) Indicazioni per gli incentivi Valorizzazione energia elettrica Quale tariffa omnicomprensiva per la produzione di energia elettrica e quale distinzione per tipologia di alimentazione ? Per l’autorizzazione dell’impianto si dovrebbe specificare il tipo di alimentazione: 1) prodotti di origine biologica provenienti dall’agricoltura, 2) sottoprodotti di origine biologica provenienti dall’agricoltura, 3) rifiuti per i quali la frazione biodegradabile BIOGAS per energia elettrica/termica Si sono effettuate stime relative al valore dell’incentivo per il biometano. Il valore dovrebbe essere tra 1,1-1,3 euro/m 3 BIOMETANO Dal 2013?
  • Valore metano prodotto (euro/Nm3 di CH4) Break even point (anni) Valore dell’incentivo: da 1,1 a 1,2 euro/nm3 e) Stima dell’incentivo per il biometano Fonte: CRPA (2011)
  • TASSAZIONE ORDINARIA ATTIVITA’ CONNESSA Non tassabili autonomamente se l’imprenditore agricolo è titolare di reddito agrario Art. 86 T.U.I.R per produzione di energia oltre i limiti REDDITO AGRARIO Determinato in base alle rendite catastali dei terreni (Art. 32 T.U.I.R) IMPOSTE DIRETTE SI NO f) Indicazioni per la fiscalità dell’impresa La cessione di energia elettrica ottenuta da fonti rinnovabili di provenienza agricola e forestale con materia prima proveniente prevalentemente dal fondo, effettuata da imprenditori agricoli rientra tra le attività connesse disciplinate dall’ art. 2135 del Codice Civile. IMPRESA AGRICOLA “ ENERGETICA” Produttori di energia elettrica e termica da fonti agricole e forestali
  • MODELLO DI ANALISI PER LA VALUTAZIONE ECONOMICA E FINANZIARIA Parte 2 APPROVVIGIONAMENTO DELLA BIOMASSA ESERCIZIO DELL’IMPIANTO PER BIOGAS GESTIONE DEL DIGESTATO PRODUZIONE DI ENERGIA
  • 1. Valutazione della biomassa A
  • x = y + (y • z 1 ) + (w • z 2 ) + t dove: y = costo colturale; z 1 = coefficiente di rivalutazione del costo colturale, basato sul profitto di impresa; w = ricavi potenziali dalla produzione di energia elettrica da un kW di potenza installato; z 2 = coefficiente percentuale per la stima del premium price applicato alla produzione di energia elettrica; t = costo di trasporto per la biomassa. Calcolo del costo di approvvigionamento A) Colture dedicate x = (w • z 2 ) + t B) Sottoprodotti COSTO COLTURALE PREZZO DI MERCATO PREMIUM PRICE TRASPORTO PREMIUM PRICE TRASPORTO da COSTO 0 (ZERO) a APPROCCIO (A): stima del costo dei fattori di produzione della biomassa 1 2 3 4 1 2
  • A) Costo colturale (y)
    • Parametri:
    • rendimento energetico delle colture: 300 kWh/t (per il mais è >320 kWh/t e per il sorgo è ~290 kWh/t)
    • funzionamento medio annuale impianto: 7.800 ore/anno
    • produzione media insilato: 55 t/ha per il mais – 40 t/ha per il sorgo
    Conversione da unità di terreno (euro/ettaro) a unità di energia elettrica (euro/kWh) ± 0,100 euro/kWh Costo unitario biomassa Costo unitario per energia elettrica (euro/kWh) 1.500 / (300 • 55) = 0,091 Colture MINIMO (euro/ettaro) MASSIMO (euro/ettaro) MAIS 1.400,0 2.000,0 SORGO 1.000,0 1.500,0
  • B) Prezzo di mercato (y • z 1 ) Nel periodo 2006-2010 si sono avute oscillazioni comprese tra 115 euro/t fino a 275 euro/t. Si è stimato un coefficiente moltiplicativo dei costi di produzione ( dal 5 al 15% ) per riconoscere l’attività di impresa del produttore agricolo, nel caso in cui si debba approvvigionare l’impianto dall’esterno. Dinamica del prezzo di mercato di mais e di sorgo da granella
  • Approccio di stima: Premium price = Valore percentuale  0,28 euro/kWh • 5,0% = 0,014 euro/kWh C) Premium price (w • z 2 ) 0,28 euro/kWh • 10,0% = 0,028 euro/kWh A B 5 ~ 10 % Valore della biomassa X1 Prezzo di mercato X2 Ricavi energetici X3 Costo colturale
  • Uno schema riassuntivo: alcune esemplificazioni per le principali materie prime Fonte: ns. elaborazione Produzione aziendale (*) MAIS: Produzione: 55 t/ha; Fabbisogno: 7.800 kWh / 300 kWh/t = 26 t/kW; Coefficiente: 26/55 = 0,47 SORGO: Produzione: 40 t/ha; Fabbisogno: 7.800 kWh / 280 kWh/t = 27,85 t/kW; Coefficiente: 27,85/40 = 0,70 (**) Ricavi: 7.800 kWh/anno * 0,28 euro/kWh = 2.184 euro/kW; (***) Il valore di surrogazione del refluo è pari a: 3-4 kg/ton N * 1,0 euro/unità; quota di riduzione 70% dovuto alla gestione per lo spandimento. Acquisto biomassa Produzione di biomassa       A B C MATERIA PRIMA VALORE DI BASE Coeff. COSTO COLTURALE PREZZO DI VENDITA PREMIUM PRICE   (euro/ettaro) (euro/kW) (euro/kW) (euro/kW) (euro/kW) (euro/kWh) (euro/kW) (euro/kWh)     (*)       (**) (A) (A)/7.800 (B+C) (B+C)/7.800     Costo ettaro • coeff. Costo colt. • quota % Ricavi • quota %             10,00% 10,00%         INSILATO DI MAIS 1.600,00 0,47 756,36 832,00 218,4 756,36 0,10 1.050,40 0,13 INSILATO DI SORGO 1.100,00 0,70 765,88 842,46 218,4 765,88 0,10 1.060,86 0,14 REFLUO SUINO Valore fertilizzante (***)   219,3 218,4     437,70 0,06 REFLUO BOVINO Valore fertilizzante (***)    218,3 218,4     436,70 0,06 SCARTI ORTOFRUTTA         218,4     218,40 0,03 SCARTI DI MACELLO         218,4     218,40 0,03
  • Costo colturale A APPROCCIO (B): stima del costo della biomassa in base al mercato dei fattori 1) Obiettivo minimo: produzione di almeno il 51% di biomassa aziendale Costo affitto: 0,04-0,07 euro/kWh Costo di affitto dei terreni extra aziendali B Costo unitario per energia elettrica (euro/kWh) 1.500 / (300 • 55) = 0,091
  • Prezzo della biomassa in base al mercato dei cereali Costo acquisto: 0,13-0,18 euro/kWh C 2) Quota integrativa fabbisogno matrice organica: reperimento biomassa all’esterno Scenari Minimo (euro/kWh) Medio (euro/kWh) Massimo (euro/kWh) Produzione biomassa su terreni in proprietà 0,080 0,095 0,110 Produzione biomassa su terreni in affitto 0,120 0,150 0,180 Acquisto della biomassa in base al mercato dei cereali 0,130 0,155 0,180
  • D) Costo di trasporto (t) Costo trasporto (euro/t) = [quota fissa + (quota variabile ● distanza)]/carico vettore Ad esempio per una distanza di 15 chilometri: 60 euro quota fissa + (1 euro/km quota variabile ● 15) -------------------------------------------------------------------------------- 20 t (carico vettore) TRASPORTO La stima è impostata considerando il trasporto dell’insilato di mais all’impianto (26 ton/kW) ed il costo per la gestione del digestato (40 ton/kW di fase solida). Costo trasporto: da 0,04 a 0,06 euro/kWh
  • 2. Costi di realizzazione e di gestione dell’impianto B
  • Il mercato è orientato su valori da 3.500 euro/kW per gli impianti < 1 MW, a 8.000 euro/kW per gli impianti di piccole dimensioni (anche <100 kW) Costi di impianto Partendo da un costo industriale, di 4,0 Mio euro per una potenza di 1.000 kW , l’intervallo di valori indicato dalle rilevazioni, appare in linea con il metodo della pratica impiantistica di scalare con un fattore di 2/3. C = (P/Po) 2/3 • Co 1) Indagine condotta su un campione di impianti 2) Stima della relazione tra costo e potenza P = 200,00 kW P0 = 1.000,00 kW C0 = 4.000.000,00 euro coeff. scalare 0,67   C = 1.367.980,76 euro C unitario = 6.839,90 euro/kW
  • A) Costi di esercizio ordinari Costi di esercizio e di gestione La gestione ordinaria di un impianto comporta un costo che è variabile in base alla potenza installata: decresce in valore unitario (euro/kWh) per potenze crescenti . Capitoli di spesa Potenza elevata (÷ 1MW) Minimo (euro/kWh) Potenza ridotta (< 200 kW) Massimo (euro/kWh) - Gestione ordinaria impianto (a) 0,009 0,010 - Manutenzione ordinaria impianto (a) 0,006 0,009 - Full service cogeneratore 0,020 0,040 - Analisi chimico-fisiche 0,002 0,003 - Spese generali 0,010 0,012 TOTALE: 0,047 0,074 (a) Ad esempio si può ipotizzare:   Tempo giornaliero di controllo (ore/die): 4,00 Giorni di funzionamento (die/anno): 325,00 Costo orario manodopera (euro/ora): 20,00 Energia prodotta (kWh) per potenza di 200 kW: 1.560.000,00 Costo per energia prodotta (euro/kWh): 0,017
  • B) Costi finanziari (rq n ) --------- (q n – 1) Coefficiente per la determinazione della rata del mutuo annuale dove: n = numero di anni r = saggio di interesse q = (1 + r) per cui la rata annuale risulta: x = costo impianto • coefficiente La rata annuale per l’eventuale finanziamento esterno può avere una significativa incidenza sui impianti a potenza ridotta e di elevato costo unitario. Ipotesi di costo della rata annuale del mutuo (15 anni) C) Costi straordinari Impianti: X = 3.500 • 2,00% = 70,00 euro/kW Cogeneratore: Y = 1.000 • 1,50% = 15,00 euro/kW Costo (euro/kW)  5,00% 5,50% 6,00% 6,50% 7,00% 7,50% 8,00% 3.500,0 0,043 0,045 0,046 0,048 0,049 0,051 0,052 4.000,0 0,049 0,051 0,053 0,055 0,056 0,058 0,060 4.500,0 0,056 0,057 0,059 0,061 0,063 0,065 0,067 5.000,0 0,062 0,064 0,066 0,068 0,070 0,073 0,075 5.500,0 0,068 0,070 0,073 0,075 0,077 0,080 0,082 6.000,0 0,074 0,077 0,079 0,082 0,084 0,087 0,090 6.500,0 0,080 0,083 0,086 0,089 0,091 0,094 0,097 Voci di costo Costo (euro/kW) Coefficiente di rischio - Impianti lettromeccanici X • 2,00%
    • Cogeneratore
    Y • 1,50%
  • Stima dei costi totali di gestione per potenze di impianto crescenti A titolo esemplificativo e per dimostrare quanto possa incidere il costo annuale riferito a potenze crescenti, si sono stimate tre ipotesi di gestione per impianti distinti: 250 kW – 500 kW – 750 kW. In dettaglio:   Potenza dell’impianto Caso A < 250 kW Caso B 500 kW Caso C > 750 kW Voci di costo (euro/kW) (euro/kWh) (euro/kW) (euro/kWh) (euro/kW) (euro/kWh) Costi diretti di gestione e di manutenzione 483,60 0,06 386,10 0,05 288,60 0,04 Costi per il finanziamento dell'impianto 542,66 0,07 434,13 0,06 325,59 0,04 Costi di gestione straordinaria 65,25 0,01 51,50 0,01 37,00 0,00 TOTALE: 1.091,51 0,140 871,73 0,112 651,19 0,083
  • 3. Analisi dei ricavi dall’energia elettrica C
  • Dinamica dei ricavi in base al tempo di funzionamento del cogeneratore Ricavi Prezzo energia ● Tempo di erogazione 2.184 euro/kW 0,28 euro/kWh • 7.800 ore/anno = 2.184 euro/kW
  • 4. Costi di gestione del digestato D
  • Produzione energia elettrica (kWh/ton matrice): 100,00 (kg s.s.o./ton) • 0,50 (biogas m 3 /kg s.s.o.) • 1,8 (rendimento medio kWh/m3) = 90 kWh/ton Fabbisogno matrice organica e relativa produzione digestato (ton/kW): 7.800 (kWh/anno)/90 (kWh/ton) = 86,7 ton/kW 86,7 ton/kW • coeffic. riduzione prod. Biogas (5-10 %) = ≈ 80 ton/kW digestato In un processo cosiddetto “umido”, la fermentazione è eseguita in presenza di una matrice con circa il 10% di solidi totali Processo di separazione solido/liquida FASE SOLIDA: 20% FASE LIQUIDA: 80% ~ 15-18 ton/kW TRASPORTO IN TERRENI EXTRA AZIENDALI FERTIRRIGAZIONE
  • APPLICAZIONE DEL MODELLO DI ANALISI Parte 3 APPROVVIGIONAMENTO DELLA BIOMASSA ESERCIZIO DELL’IMPIANTO PER BIOGAS GESTIONE DEL DIGESTATO PRODUZIONE DI ENERGIA
    • Comparazione dei risultati economici tra impianti differenti:
    • Potenza crescente
    • Dieta di alimentazione dell’impianto differenziata
    Ipotesi di scenario Dinamica potenza (kWe): 100 190 280 370 460 550 639 729 819 909 999 Quota insilati (%): 0,00% 10,00% 20,00% 30,00% 40,00% 50,00% 60,00% 70,00% 80,00% 90,00% 100,0%
  • Stima della dinamica dei costi di gestione di impianti per il biogas a potenza crescente ed a dieta differenziata: valori unitari (euro/kWh - 2010) Fonti: nostra elaborazione da indagini aziendali
  • Confronto tra l’andamento del costo della biomassa e del costo di gestione dell’impianto (euro/kWh - 2010) Fonti: nostra elaborazione da indagini aziendali
  • Incidenza delle categorie di costo sul totale di gestione per impianti a biogas a potenza crescente e dieta differenziata (%; 2010) Fonti: nostra elaborazione da indagini aziendali
  • ALCUNI ELEMENTI DI RIFLESSIONE FINALE Parte 4 APPROVVIGIONAMENTO DELLA BIOMASSA ESERCIZIO DELL’IMPIANTO PER BIOGAS GESTIONE DEL DIGESTATO PRODUZIONE DI ENERGIA
  • POTENZA IMPIANTO MATRICE ORGANICA Strategia A Strategia B COSTANTE BASSO ALTO LIVELLO DI RISCHIO IMPRENDITORE ENERGETICO IMPRENDITORE TRASFORMATORE POTENZA IMPIANTO MATRICE ORGANICA Strategie di impresa VARIABILE
  • Risultati scientifici e non solo approcci di scelta emotivi Comportamento del cittadino
  • Grazie per la pazienza!!!!