Valutazione costi benefici relativa all installazione di un impianto di lampioni SMART
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- Gino Rocca
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1 Valutazione costi benefici relativa all installazione di un impianto di lampioni In questo documento vengono valutati i costi e i benefici di un impianto di lampioni smart da installare in una piazza di un centro cittadino. L impianto pilota di riferimento è quello sviluppato in Piazza Gramsci a Capurso con il contributo della Regione Puglia nell ambito del bando Living Labs Smart Puglia Progetto LIGHTS - Smart Lighting System, codice progetto LL3UUM3. L impianto di lampioni smart considerato è costituito da: - Lampioni led da 61W; - un Kit smart, costituito da: un sistema di controllo e gestione dei lampioni (algoritmo di controllo della luminosità dei lampioni, un computer, un sensore di luminosità, un sensore di presenza posto ogni tre lampioni, un p.l.c. per l acquisizione dell informazione dai sensori, un software di gestione e monitoraggio dati dell impianto che permette il rilevamento dei dati caratteristici di ogni lampione e la segnalazione di eventuali guasti, un applicazione mobile sviluppata per il cittadino, che consente di visualizzare i dati caratteristici dell impianto e inviare anche dei suggerimenti o delle segnalazioni); un impianto fotovoltaico (è stata considerata una potenza 1,5 kw per ogni 5 lampioni, di potenza pari a 61 W, installati). Per la redazione del piano industriale riportato di seguito, Tabella 1, su un lasso di tempo di 10 anni è stata prevista l installazione di 100 lampioni smart il primo, successivo alla sperimentazione ed una crescita ogni del numero di lampioni installati pari al 20%. Il costo di sviluppo pari a ,56, sarà ammortizzato, in cinque anni. Nello sviluppo del piano industriale sono stati considerati 15 lampioni in media per ogni piazza, se il numero di lampioni smart da installare è maggiore, il prezzo dell impianto, calcolato aumentando del 20% il costo, si abbassa. Inoltre, il prezzo sarà maggiore per i primi cinque anni, per l incidenza dell ammortamento del costo di sviluppo.
2 costi variabili costi fissi voci di costo numero lampioni installati in un incidenza per lampione dell' ammortamento dell' investimento 561,81 468,18 390,15 325,12 270,94 costo lampione led costo sensore di presenza per lampione costo impianato fotovoltaico per lampione costo installazione per lampione 500,0 500,0 500,0 500,0 500,0 500,0 500,0 500,0 500,0 500,0 totale costi variabili 2.089, , , , , , , , , ,00 costo sistema di controllo costo sensore luminosità costo adeguamento algoritmo di controllo costo installazione software di gestione costo p.c totale costi fissi costo impianto di 15 lampioni smart prezzo impianto di 15 lampioni smart numero medio lampioni smart per piazza 15 investimento nella ricerca e sviluppo ,56 numero di anni ammortamento investimento , , , , , , , , , ,60 Tabella 1
3 Per comprendere la convenienza dell investimento bisogna comprendere i benefici derivanti dall installazione di un impianto di lampioni smart che sono quantificabili in termini di risparmi della spesa per l energia elettrica e nei costi di manutenzione. In Tabella 3 sono riportati rispettivamente i risparmi in termini di consumi di energia elettrica, di costi di manutenzione e i risparmi totali, di un lampione smart di potenza pari a 61W rispetto ad un lampione SAP (lampione ai vapori di sodio ad alta pressione) equivalente di potenza pari a 200W ed un lampione led di potenza pari a 61W senza sistema di regolazione. Nella Figura 1 è riportato il confronto in termini di consumo di energia tra i tre tipi di tecnologia, considerando un tempo medio di accensione di 12 ore in un giorno (in media dalle ore 18,00 alle ore 5,00) e la percentuale di potenza erogata in base ai dati rilevati dal sensore di luminosità e presenza in una giornata tipica (vedi Tabella 2). Un lampione SAP ed un lampione led, non dotati di sistema di dimmeraggio, assorbono sempre la stessa potenza nell arco del tempo di accensione, rispettivamente 200W e 61 W; utilizzando un lampione led al posto dell equivalente lampione SAP si ha già un risparmio dei consumi elettrici pari al 77% (differenza tra l area blu e l area rossa nel diagramma di Figura 1), se si considera un lampione led con sistema di regolazione della potenza elettrica, in base alla luminosità e presenza, il risparmio in termini di energia rispetto ad un lampione SAP è pari a circa l 82% (differenza tra l area rossa e quella verde) e rispetto ad un lampione led tradizionale è di circa il 23%. Figura 1
4 Ora Potenza erogata lampione SAP Potenza erogata lampione led Potenza erogata lampione % di potenza erogata in funzione del sensore di luminosità e presenza ,3 30% ,35 35% ,5 50% ,65 65% ,75 75% ,95 95% % ,75 75% ,7 70% ,5 50% ,3 30% ,3 30% Tabella 2 L impianto fotovoltaico predisposto alla sola alimentazione del sistema di lampioni rappresenta un ulteriore risparmio. Con il regime di scambio sul posto, tutta l energia di cui il sistema di lampioni necessita viene fornita dall impianto fotovoltaico, avendo un risparmio sui consumi elettrici pari al 100%. L eccedenza in termini di energia prodotta, rappresenta un ulteriore beneficio poiché viene venduta alla rete elettrica mediante il meccanismo di scambio sul posto e pagata dal GSE. Oltre i costi dei consumi elettrici si devono considerare anche i costi per la manutenzione; un sistema di lampioni con tecnologia led tradizionale ha dei costi più bassi rispetto ai
5 costi di un lampione SAP, ciò è dovuto alla vita utile del led molto più lunga rispetto alla lampada SAP, in media rispettivamente 10 anni e 2 anni. Con il sistema di regolazione si ha un incremento della vita media delle lampade led, stimabile intorno al 30%, dovuto alla riduzione del tempo di accensione; così la vita utile può essere considerata intorno ai 15 anni. Il risparmio che si ottiene sui costi di manutenzione rispetto ad un sistema di lampioni SAP è di circa il 62%. La percentuale di risparmio è ancora più alta se si considerano anche i risparmi derivanti dal sistema di telegestione. Il sistema di telegestione consente di monitorare ogni singolo lampione garantendo ulteriori risparmi sui costi di manutenzione. Con la telegestione è possibile: - risparmiare sui costi del personale, grazie all'ottimizzazione dei tempi d'intervento; - risparmiare sui materiali, grazie al controllo mirato degli elementi effettivamente guasti; - ottimizzare la gestione del magazzino e degli automezzi; - eliminare gli inutili costi dovuti alla ricerca dei guasti, risparmiare sui costi sull'organizzazione generale del servizio; - programmare gli interventi di manutenzione riducendo l intervento sul guasto e prevenendo in anticipo le anomalie. L installazione di un lampione smart consente di avere risparmi rispetto ad un almpione SAP superiori al 90%.
6 SPESA ENERGIA ELETTRICA TABELLA COMPARATIVA LAMPIONE VAPORI DI SODIO - LAMPIONE LED -LAMPIONE "" SOLUZIONE A SOLUZIONE B SOLUZIONE C Lampione SAP 200W Lampione led 61W Lampione "smart" 61W Osservazioni potenza consumata lampada (W) incidenza consumo reattore/accenditore (W) 60 30% Media percentuale incidenza alimentatore switching (W) 7,32 7,32 12% perdita caduta di tensione (W) 12 3,66 3,66 6% Valore stimato medio fattore di potenza 0,85 0,97 0,97 potenza parziale consumata lampada (W) 320,0 74,2 74,2 consumo giornaliero (KW) 3,8 0,9 0,9 12 ore funzionamento al giorno per 365 giorni di funzionamento all' consumo in un (kw) consumo elettrico annuale (euro) consumo elettrico annuale con sistema di regolazione consumo elettrico annuale con sistema di regolazione comprensivo di impianto fotovoltaico risparmio elettrico per tra soluzione A e C % di risparmio consumi elettrici tra soluzione A e C risparmio elettrico per tra soluzione A e B % di risparmio consumi elettrici tra soluzione A e B 1401,6 325,0 325,0 Per lampione 252,3 58,5 58,5 0,18 costo kwh energia 45,2 82% percentuale di riparmio media dovuta al sistema di regolazione 0,0 100% percentuale di risparmio consumi elettrici dovuta all'impianto fotovoltaico 252,3 Per lampione 100% Per lampione 193,8 Per lampione 77% Per lampione COSTO MANUTENZIONE sorgente luminosa distribuzione elettrica manodopera costo manutenzione annuo impianto fotovoltaico contributo scambio sul posto per eccedenze di produzione energia elettrica spesa manutenzione totale annua risparmio manutenzione annuo % risparmio sui costi di manutenzione per tra soluzione A e C % di risparmio sui costi di manutenzione tra soluzione A e B vita di funzionamento (anni) 2 11, ,00 costo medio lampada SAP prezzo medio annuo 17,50 10,53 8,00 120,00 costo medio lampada led vita di funzionamento alimentatore - reattore(anni) ,00 costo unitario reattore prezzo medio annuo 20,00 7,00 7,00 35,00 costo unitario alimentatore 30,00 costo medio per intervento tecnico prezzo medio annuo 15,00 6,00 6,00 per lampione prezzo medio annuo 3,33 per lampione ,07 prezzo di vendita energia in eccedenza al kwh 52,50 23,53 19,78 per lampione per lampione 62,31% Per lampione 55,19% Per lampione TOTALE COSTO ANNUO PER ENERGIA ELETTRICA E MANUTENZIONE RISPARMIO ANNUO % PERCENTUALE RISPARMIO RISPETTO ALLA SOLUZIONE A % PERCENTUALE RISPARMIO RISPETTO ALLA SOLUZIONE B 304,79 82,0 19,8 Per lampione 222,76 285,00 Per lampione 73% 94% Per lampione 76% Per lampione Tabella 3
7 Considerando un impianto medio di 15 lampioni, i risparmi della spesa dei consumi elettrici e dei costi di manutenzione di un impianto di lampioni smart consente ad un Amministrazione Comunale che decide di installare tale sistema di avere un ritorno dell investimento in massimo undici anni, per la precisione in 11 anni per le installazioni che avvengono nel primo dopo la sperimentazione, in 10 anni dal secondo al quinto, in nove anni dal sesto (vedi Tabella 4, Tabella 5, Tabella 6, Tabella 7, Tabella 8, Tabella 9), questo a causa del prezzo maggiore nei primi cinque anni per l incidenza dell ammortamento delle spese di sviluppo e sperimentazione. Il tasso di attualizzazione considerato è pari all 1,5%. risparmio sul risparmio sulla consumo elettrico manutenzione per per il sistema il sistema CASO CLIENTE 1 ANNO CALCOLO RITORNO INVESTIMENTO Tabella 4 Tabella 5 fattore di attualizzazion e Sommatoria , , ,32 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , ,36 risparmio sul risparmio sulla consumo elettrico manutenzione per per il sistema il sistema CASO CLIENTE 2 ANNO CALCOLO RITORNO INVESTIMENTO fattore di attualizzazion e Sommatoria , , ,32 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, ,37 617, ,3 490, ,0 0, , ,79
8 risparmio sul risparmio sulla consumo elettrico manutenzione per per il sistema il sistema CASO CLIENTE 3 ANNO CALCOLO RITORNO INVESTIMENTO Tabella 6 fattore di attualizzazion e Sommatoria , , ,32 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , ,32 risparmio sul risparmio sulla consumo elettrico manutenzione per per il sistema il sistema CASO CLIENTE 4 ANNO CALCOLO RITORNO INVESTIMENTO Tabella 7 fattore di attualizzazion e Sommatoria , , ,32 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , ,76
9 risparmio sul risparmio sulla consumo elettrico manutenzione per per il sistema il sistema CASO CLIENTE 5 ANNO CALCOLO RITORNO INVESTIMENTO Tabella 8 fattore di attualizzazion e Sommatoria , , ,32 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, ,04-794, ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , ,13 risparmio sul consumo elettrico per il sistema CASO CLIENTE 6 ANNO CALCOLO RITORNO INVESTIMENTO risparmio sulla manutenzione per il sistema Tabella 9 fattore di attualizzazion e Sommatoria , , ,32 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, ,81-805, ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , , ,3 490, ,0 0, , ,96 In queste tabelle è considerato il recupero dell investimento per un numero di 15 lampioni smart da installare in una piazza, ovviamente maggiore è il numero di lampioni che vengono installati più rapido è il recupero dell investimento.
10 Inoltre, confrontando i costi che si h al termine dei dieci anni installando un sistema di lampioni smart ed un sistema equivalente in termini di luminosità erogata di un impianto di lampioni SAP si può notare come al termine dei 10 anni, i costi dell impianto dei lampioni smart è molto più basso rispetto a quello dell impianto dei lampioni SAP nonostante sia stato considerato il prezzo più alto dell impianto smart (quello del primo, in cui l incidenza dell ammortamento dell investimento, fatto dalle imprese che h sviluppato il sistema, incide di più sul prezzo).vedi Tabella 10, Tabella 11 e Figura 2. costo installazione 15 lampioni costo energia costo manutenzione costo scalare ,20 0,0 296, ,97 2 0,0 296, ,75 3 0,0 296, ,52 4 0,0 296, ,30 5 0,0 296, ,07 6 0,0 296, ,85 7 0,0 296, ,62 8 0,0 296, ,39 9 0,0 296, , ,0 296, ,94 Tabella 10 costo installazione costo energia manutenzione costo scalare 15 lampioni SAP , ,3 787, , ,3 787, , ,3 787, , ,3 787, , ,3 787, , ,3 787, , ,3 787, , ,3 787, , ,3 787, , ,3 787, ,20 Tabella 11
11 Figura 2 Sebbene i costi di installazione siano circa il triplo per il sistema di lampioni, i costi al termine dei dieci anni risultano minori, grazie al risparmio energetico e la manutenzione quasi assente. Inoltre, non bisogna dimenticare i benefici ottenuti dalla riduzione dell inquinamento luminoso grazie alle caratteristiche dei led. Le lampade al sodio, essendo omnidirezionali, diffondono la luce in tutte le direzioni ed e necessario dotare il lampione di parabola per recuperarne meta': l efficienza luminosa finale e il 50% di quella emessa. Il LED e direzionale per costruzione ed emette un fascio luminoso definito, a 90,e quindi riduce al minimo l inquinamento luminoso. Il LED puo essere interfacciato con delle ottiche secondarie per restringere il fascio luminoso. Un Amministrazione che decide di intervenire con misure di efficienza energetica nel settore dell illuminazione pubblica urbana inevitabilmente, oltre ad una riduzione dei costi economici e al risparmio dell energia, permette la salvaguardia dell ambiente, grazie anche ad una riduzione delle emissioni in atmosfera in termini di CO2. Valutato il risparmio energetico prodotto dagli interventi realizzati è possibile quantificare la riduzione delle emissioni prodotte moltiplicando i kwh di energia elettrica risparmiati per
12 il fattore di emissione della CO 2. Si può assumere come fattore di emissione standard nazionale per il consumo di elettricità il valore di 0,483 t CO 2 /MWhe. In particolare per un impianto di 15 lampioni smart si ha una riduzione di emissioni di CO2 pari a 8 tonnellate circa rispetto ad un impianto di 15 lampioni SAP, consentendo ai cittadini di avere un aria più salubre. Di seguito è riportata una tabella riepilogativa delle caratteristiche principali di un sistema di illuminazione di 15 lampioni rispetto al sistema di illuminazione costituito da 15 lampioni SAP, vedi Tabella 12: % di risparmio di energia elettrica 100% % risparmi di CO2 100% % risparmio costi di manutenzione 62% % risparmio annuo totale 94% ritorno dell'investimento max 11 anni Tabella 12 Intervento cofinanziato dall U.E. P.O. FESR Regione Puglia Asse I Linea di Intervento Azione Bando Living Labs Smart Puglia 2020 Supporto alla crescita e sviluppo di PMI specializzate nell offerta di contenuti e servizi digitali Investiamo nel vostro futuro Progetto LIGHTS - Smart Lighting System codice progetto LL3UUM3
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