Parte 1 AMBITO DELL ANALISI ESERCIZIO DELL IMPIANTO PER BIOGAS PRODUZIONE DI ENERGIA APPROVVIGIONAMENTO DELLA BIOMASSA GESTIONE DEL DIGESTATO

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1 Dipartimento di Economia e Ingegneria agrarie Alessandro Ragazzoni Potenza e biomassa Quando l impianto l di biogas conviene BIOMASSA BIOGAS ENERGIA DIGESTATO Cremona, 29 ottobre 2011

2 Parte 1 AMBITO DELL ANALISI APPROVVIGIONAMENTO DELLA BIOMASSA ESERCIZIO DELL IMPIANTO PER BIOGAS PRODUZIONE DI ENERGIA GESTIONE DEL DIGESTATO

3 Ambito di riferimento dell analisi BIOMASSA A IMPIANTO B Separazione solido/liquido digestato REFLUI ZOOTECNICI ENERGIA D DIGESTATO C

4 Quadro normativo di riferimento per l attivazione l di un impianto Decreto Legislativo 29 dicembre 2003, n. 387 Autorizzazione Linee guida 18 Settembre 2010 Decreto Legislativo 3 marzo 2011, n. 28 Impianto di digestione anaerobica Incentivi 0,28 euro/kwh fino al 31/12/2012 per 15 anni Fiscalità Attività agricola se la biomassa è prevalentemente prodotta in azienda Decreto Ministeriale 18 dicembre 2008 e segg. (Leggi Finanziarie) Decreto Legislativo 3 marzo 2011, n. 28 Legge n. 296/06 Finanziaria 2007 Sostituzione art del Codice Civile, con art. 1 del D.Lgs. 228/01 orientamento e modernizzazione del settore agricolo Rifiuti e Sottoprodotti Decreto Legislativo 16 gennaio 2008, n. 4 Legge 129/2010 (art. 1, comma 3) Decreto Legislativo 3 dicembre 2010, n. 205 Digestato Direttiva Nitrati Decreto Ministeriale 7 aprile 2006 ed applicazioni regionali

5 a) Indicazioni per l iter l procedurale D.LGS 28 (3 marzo 2011) Il quadro autorizzativo prevede tre categorie: A) impianti considerati a edilizia libera e soggetti alla semplice comunicazione (< 50 kw o < 200 kw se in edifici esistenti); B) impianti realizzabili mediante procedura abilitativa semplificata (<1 MW in cogenerazione; < 250 kw solo energia elettrica) C) impianti soggetti ad autorizzazione unica. La distinzione tra le categorie fa riferimento alla potenza e alla tipologia di impianto da installare. b) Indicazioni per i criteri di autorizzazione Nella valutazione nell ambito della Conferenza di servizi si segnalano alcuni elementi prioritari: la combustione ai fini energetici di biomasse di origine agricola-forestale deve essere valorizzata quando tali fonti rappresentino una risorsa significativa nel contesto locale; la ricerca e la sperimentazione di soluzioni progettuali e componenti tecnologiche innovative, volte a ottenere una maggiore sostenibilità degli impianti e delle opere connesse e del migliore inserimento degli impianti stessi nel contesto storico, naturale e paesaggistico; 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.

6 c) Indicazioni per la definizione dei sottoprodotti 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 Tipologia di sottoprodotti Provenienza Materiali fecali (tutti gli effluenti zootecnici) Materiali vegetali Da attività agricole Da attività agricole IMPIEGO Sottoprodotti utilizzati in impianti aziendali o interaziendali oppure ceduti a terzi e dagli stessi utilizzati Sfalci e potature Da attività agricole e/o da manutenzione verde pubblico e privato LUOGO DI IMPIEGO All interno dell azienda agricola oppure fuori dal luogo di produzione dei sottoprodotti

7 d) Indicazioni per gli incentivi e per la fiscalità dell impresa a. Incentivi Valorizzazione energia elettrica Tariffa omnicomprensiva: 0,28 euro/kwh fino al 31/12/2012 (< 1 MWe) Certificati Verdi: coefficiente pari 1,80 dell energia prodotta (> 1 MWe) b. Fiscalità La cessione di energia elettrica ottenuta da fonti rinnovabili di provenienza agricola e forestale con materia prima proveniente prevalentemente dal fondo, effettuate da imprenditori agricoli rientra tra le attività connesse disciplinate dall art del Codice Civile. FINANZIARIA 2006 Legge n. 81 (11/03/2006) Produzione energia elettrica e termica da fonti agricole e forestali REDDITO AGRARIO Determinato in base alle rendite catastali dei terreni

8 Parte 2 MODELLO DI ANALISI PER LA VALUTAZIONE ECONOMICA E FINANZIARIA APPROVVIGIONAMENTO DELLA BIOMASSA ESERCIZIO DELL IMPIANTO PER BIOGAS PRODUZIONE DI ENERGIA GESTIONE DEL DIGESTATO

9 1. Valutazione della biomassa A BIOMASSA BIOGAS ENERGIA DIGESTATO

10 Calcolo del costo di approvvigionamento APPROCCIO (A): stima del costo dei fattori di produzione della biomassa A) Colture dedicate x = y + (y z 1 ) + (w z 2 ) + t COSTO COLTURALE PREZZO DI MERCATO PREMIUM PRICE TRASPORTO B) Sottoprodotti da COSTO 0 (ZERO) a x = (w z 2 ) + t PREMIUM TRASPORTO PRICE 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.

11 A) Costo colturale (y) Capitoli di spesa Alta Intensità MAIS Media Intensità Bassa Intensità Alta Intensità SORGO Media Intensità La conversione da unità di terreno (euro/ettaro) a unità di potenza (euro/kw) ha considerato i seguenti coefficienti: - rendimento energetico medio delle colture: 300 kwh/t (per il mais è pari a >320 kwh/t e per il sorgo è pari a ~290 kwh/t); - funzionamento medio annuale impianto: ore/anno. Bassa Intensità (euro/ha) (euro/ha) (euro/ha) (euro/ha) (euro/ha) (euro/ha) Preparazione terreno 484,00 484,00 384,00 519,00 477,00 377,00 Operazioni meccan. 605,5 575,5 575,5 432,5 372,5 347,5 Materie prime 909,05 614,9 502, ,5 295,5 TOTALE 1.998, , , , , ,00 Fonti: ns. elaborazione da indagini dirette Parametri Si consideri ad esempio: - un costo colturale medio di euro/ha - una resa per il mais di 55 t/ha Fabbisogno unitario insilato (t/kw) Costo unitario per potenza (euro/kw) Costo unitario per energia (euro/kwh) 7.800/300 = (26/55) = 709,10 709,10 / = 0,091

12 Dinamica del costo della biomassa in relazione al costo colturale e (y) ± 0,100 euro/kwh

13 B) Prezzo di mercato (y z 1 ) Nel periodo si sono avute oscillazioni comprese tra 110 euro/t fino a 275 euro/t. 300,00 275,00 Mais Sorgo 250,00 Dinamica del prezzo di mercato di mais e di sorgo da granella Prezzo di mercato (euro/ton) 225,00 200,00 175,00 150,00 125,00 100,00 Periodo ( ) Borsa Merci Bologna (quotazione settembre 2011) Si è determinato un coefficiente moltiplicativo dei costi di produzione (dal 5 al 10%) per riconoscere l attività di impresa del produttore agricolo, nel caso in cui si debba approvvigionare l impianto dall esterno.

14 C) Premium price (w z 2 ) Approccio di stima: Valore della biomassa X1 Prezzo di mercato X2 Ricavi energetici Premium price = Valore percentuale X3 Costo colturale 5~10 % A B 0,28 euro/kwh 5,0% = 0,014 euro/kwh 0,28 euro/kwh 10,0% = 0,028 euro/kwh

15 Uno schema riassuntivo: alcune esemplificazioni per le principali i materie prime MATERIA PRIMA VALORE DI BASE Coeff. A B C COSTO COLTURALE PREZZO DI VENDITA PREMIUM PRICE Imp. Trasf. Imp. Energ. (euro/ettaro) (euro/kw) (euro/kw) (euro/kw) (euro/kw) (euro/kwh) (euro/kw) (euro/kwh) (*) Produzione (**) aziendale (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, ,40 0,13 INSILATO DI SORGO 1.100,00 0,70 765,88 842,46 218,4 765,88 0, ,86 0,14 REFLUO SUINO REFLUO BOVINO Valore fertilizzante (***) 219,3 218,4 437,70 0,06 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 (*) MAIS: Produzione: 55 t/ha; Fabbisogno: kwh / 300 kwh/t = 26 t/kw; Coefficiente: 26/55 = 0,47 Fonte: ns. elaborazione SORGO: Produzione: 40 t/ha; Fabbisogno: kwh / 280 kwh/t = 27,85 t/kw; Coefficiente: 27,85/40 = 0,70 (**) Ricavi: kwh/anno * 0,28 euro/kwh = 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.

16 APPROCCIO (B): stima del costo della biomassa in base al mercato dei fattori A Costo colturale 650,00 (euro/kw) / (ore/anno) = 0,080 (euro/kwh) 850,00 (euro/kw) / (ore/anno) = 0,110 (euro/kwh) Costo di affitto dei terreni extra aziendali Prezzo della biomassa in base al mercato dei cereali Costo unitario per energia elettrica (euro/kwh) 0,100 0,090 0,080 0,070 0,060 0,050 0,040 0,030 0,020 0, ,0 B 0,036 0, ,0 700,0 0,048 0,055 0,061 0, ,0 900, , ,0 Costo affitto (euro/ettaro) 0, ,0 0, ,0 0, ,0 0, ,0 Costo unitario per energia elettrica (euro/kwh) 0,220 0,200 0,180 0,160 0,140 0,120 0,100 C 0,097 0,113 0,129 0,145 0,161 0,177 0,194 0,210 0, ,0 175,0 200,0 225,0 250,0 275,0 300,0 325,0 Prezzo di mercato granella (euro/ton) Costo affitto: 0,04-0,07 0,07 /kwh Costo acquisto: 0,13-0,18 0,18 /kwh 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

17 D) Costo di trasporto (t) La stima è impostata considerando il trasporto dell insilato di mais all impianto (26 ton/kw) ed il costo per la gestione del digestato (45 ton/kw di fase solida). 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) t (carico vettore) TRASPORTO Costo unitario di trasporto (euro/kwh) 0,100 0,090 0,080 0,070 0,060 0,050 0,040 0,030 0,020 0,010 0,000 Digestato Biomassa 0,091 0,082 0,073 0,064 0,055 0,046 0,036 0,027 0,018 0,009 0,000 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 Costo unitario di trasporto (euro/ton) Costo trasporto: da 0,04 a 0,06 euro/kwh

18 2. Costi di realizzazione e di gestione dell impianto B BIOMASSA BIOGAS ENERGIA DIGESTATO

19 Dinamica dei costi di impianto in base alla potenza installata Attualmente il mercato è orientato su valori da a euro/kw per gli impianti di elevate dimensioni (< 1 MW) e tra e euro/kw per gli impianti di piccole dimensioni (anche di 100 kw) Costo unitario (euro/kw) Partendo da un costo industriale, di 4,0 Mio euro per una potenza di kw, l intervallo di valori indicato appare in linea con il metodo adottato nella pratica impiantistica di scalare con un fattore di scala 2/3. Scalare con un fattore di scala 2/3 significa assumere la formula: C = (P/Po) 2/3 Co C e P costo da stimare e la relativa potenza, Co e Po sono i valori di riferimento P = 200,00 kw P0 = 1.000,00 kw C0 = ,00 euro coeff. scalare 0,67 C = ,76 euro C unitario = 6.839,90 euro/kw Costo unitario (euro/kw) Potenza (kw) Potenza (kw)

20 Stima dei costi totali di gestione per potenze di impianto crescenti enti 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, ,73 0, ,19 0,083

21 3. Analisi dei ricavi dall energia elettrica C BIOMASSA BIOGAS ENERGIA DIGESTATO

22 Dinamica dei ricavi in base al tempo di funzionamento del cogeneratore Ricavi Prezzo energia Tempo di erogazione 0,28 euro/kwh ore/anno = euro/kw euro/kw Ricavi (euro/kw) Funzionamento (ore/anno)

23 4. Costi di gestione del digestato D BIOMASSA BIOGAS ENERGIA DIGESTATO

24 In un processo cosiddetto umido, la fermentazione è eseguita in presenza di una matrice con circa il 10% di solidi totali 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): (kwh/anno)/90 (kwh/ton) = 86,7 ton/kw 86,7 ton/kw coeffic. riduzione prod. Biogas (5-10 %) = 80 ton/kw digestato Processo di separazione solido/liquida FASE LIQUIDA: 80% FASE SOLIDA: 20% FERTIRRIGAZIONE TRASPORTO IN TERRENI EXTRA AZIENDALI ~ ton/kw

25 Parte 3 APPLICAZIONE DEL MODELLO DI ANALISI APPROVVIGIONAMENTO DELLA BIOMASSA ESERCIZIO DELL IMPIANTO PER BIOGAS PRODUZIONE DI ENERGIA GESTIONE DEL DIGESTATO

26 Confronto tra impianti a potenza crescente ed alimentati a diete distinte Sintesi dei dati di partenza e ipotesi progettuali: 1) il costo della biomassa da colture dedicate è pari a 11 eurocent/kwh; 2) il trasporto della biomassa, necessario solo per le colture dedicate, è pari a 1,8 eurocent/kwh; 3) il costo di trasporto del digestato, relativo alla sola parte incrementale di dieta dovuta alla presenza di insilati, è 3,5 eurocent/kwh; 4) i reflui zootecnici sono stati valorizzati come quota del potenziale fertilizzante posseduto; 5) il costo di esercizio dell impianto è composto da: spese ordinarie, rata del mutuo annuale e imprevisti straordinari. Il valore massimo è relativo ad un impianto di 100 kw, per il quale si stima una spesa unitaria di circa euro/kw ed un finanziamento esterno del 90%. L impianto di 900 kw, viceversa, ha un costo di euro/kw; 6) il modello pone a confronto i tre oggetti principali del costo di esercizio: biomassa, impianto e trasporto.

27 COSTO TOTALE DI GESTIONE: confronto tra potenza crescente e diete e distinte Valori assoluti (euro/kwh)

28 COSTO TOTALE DI GESTIONE: composizione percentuale dei capitoli di spesa Valore percentuale (%)

29 Individuazione del punto di indifferenza economica tra impianti In sintesi, il confronto conduce ai seguenti risultati in termini di reddito netto per energia prodotta: Impianto < 250 kw, la redditività cresce da 3,1 a 10,8 eurocent/kwh Impianto ~ 500 kw, la redditività cresce da 4,4 a 12,4 eurocent/kwh Impianto > 750 kw, la redditività cresce da 5,4 a 13,8 eurocent/kwh Obiettivo di reddito netto: 7 e 10 eurocent/kwh Composizione "dieta" A B C D E F G H I L M Quota insilato 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Quota refluo zootecnico 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Caso A Potenza < 250 kw 0,031 0,038 0,046 0,054 0,061 0,069 0,077 0,085 0,092 0,100 0,108 Caso B Potenza ~500 kw 0,044 0,052 0,060 0,068 0,076 0,084 0,092 0,100 0,108 0,116 0,124 Caso C Potenza > 750 kw 0,054 0,062 0,071 0,079 0,088 0,096 0,104 0,113 0,121 0,129 0,138

30 Parte 4 ALCUNI ELEMENTI DI RIFLESSIONE APPROVVIGIONAMENTO DELLA BIOMASSA ESERCIZIO DELL IMPIANTO PER BIOGAS PRODUZIONE DI ENERGIA GESTIONE DEL DIGESTATO

31 Ambito PRIVATO: Strategie di impresa Strategia A Strategia B COSTANTE POTENZA IMPIANTO MATRICE ORGANICA VARIABILE LIVELLO DI RISCHIO MATRICE ORGANICA IMPRENDITORE ENERGETICO ALTO POTENZA IMPIANTO IMPRENDITORE TRASFORMATORE BASSO

32 Ambito PUBBLICO: Comportamento del cittadino Risultati scientifici e non approcci di scelta emotivi

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