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giugno 2009<br />
LA TERMOTECNICA<br />
Viene proposta una nuova metodologia, per<br />
il calcolo oggettivo dei costi unitari delle produzioni<br />
energetiche negli impianti di cogenerazione.<br />
<strong>La</strong> metodologia proposta sfrutta<br />
i fattori di conversione, tra le varie forme di<br />
energia, stabiliti dall’Autorità per l’Energia.<br />
Perciò ha il vantaggio di def<strong>in</strong>ire <strong>in</strong> modo<br />
univoco, per un dato impianto, tali costi unitari,<br />
senza doverli assegnare a priori, e <strong>in</strong><br />
modo soggettivo, nel caso di due o più produzioni<br />
contemporanee. Inoltre garantisce<br />
sempre che tutti i costi unitari abbiano valori<br />
positivi, rispettando l’equazione di bilancio<br />
dei costi complessivi di produzione.<br />
<strong>La</strong> valutazione dei costi unitari delle energie fornite alle<br />
utenze è di estrema importanza negli impianti di produzione<br />
energetica (elettrica, termica, frigorifera). Infatti tali<br />
costi unitari sono degli <strong>in</strong>dicatori economici che vengono<br />
molto utilizzati quando si deve:<br />
- stabilire quale tipologia d’impianto conviene costruire<br />
per soddisfare le richieste da parte delle utenze, determ<strong>in</strong>ando<br />
anche entro quali limiti tali richieste possono<br />
variare senza che venga meno l’economicità della produzione;<br />
- confrontare la convenienza tra più impianti di produzione<br />
già costruiti, che devono competere sul mercato<br />
delle forniture energetiche, nonché <strong>in</strong>dividuare prezzi di<br />
vendita congruenti per le forniture alle utenze collegate<br />
a uno specifico impianto.<br />
È evidente che <strong>in</strong> un dato <strong>in</strong>tervallo temporale, moltiplicando<br />
i costi unitari per l’entità delle rispettive forniture, si<br />
devono ottenere dei valori la cui somma risulti uguale ai<br />
costi di produzione complessivamente sostenuti. Questi costi<br />
negli impianti di generazione sono suddivisi secondo le<br />
consuete tre voci componenti [1]:<br />
- costo di costruzione;<br />
- costo di esercizio e manutenzione;<br />
- costo dei combustibili.<br />
Ad esse va però aggiunta una quarta voce costo delle esternalità,<br />
per tener conto del complessivo impatto negativo,<br />
sull’ambiente e sulla collettività, legato alle forniture energetiche.<br />
F<strong>in</strong>o a poco più di un decennio fa, questa voce non<br />
veniva presa <strong>in</strong> alcuna considerazione nella valutazione<br />
dei costi di produzione, poiché l’esercente non aveva alcun<br />
obbligo di risarcimento dei danni, diretti e <strong>in</strong>diretti,<br />
provocati dal funzionamento dell’impianto. Tuttavia già da<br />
diversi anni ha com<strong>in</strong>ciato a farsi strada il pr<strong>in</strong>cipio che deve<br />
essere posto un limite alle emissioni <strong>in</strong>qu<strong>in</strong>anti rilasciate<br />
da ciascun impianto; oltre questo limite (dipendente dal<br />
tipo di <strong>in</strong>qu<strong>in</strong>ante e dalla tecnologia disponibile per il suo<br />
abbattimento) il gestore deve pagare una penale proporzionale<br />
all’entità del suo superamento, a titolo di parziale<br />
risarcimento della collettività per il danno arrecato. Pertanto<br />
gli effetti, provocati all’esterno da un impianto di generazione,<br />
com<strong>in</strong>ciano a riflettersi economicamente sui costi<br />
di produzione ed è previsto che, <strong>in</strong> un prossimo futuro,<br />
avranno un’<strong>in</strong>cidenza crescente [2]. Attualmente le emissioni,<br />
per le quali la legislazione nazionale prevede un risarcimento<br />
parziale del danno arrecato all’ambiente e alla<br />
collettività, sono le seguenti:<br />
- anidride carbonica (CO 2 ), la cui emissione, per impianti<br />
con potenza termica di combustione maggiore di 20<br />
MW, è discipl<strong>in</strong>ata dal DLGS 216/06 [3];<br />
- anidride solforosa (SO 2 ), la cui emissione, per impianti<br />
con potenza termica nom<strong>in</strong>ale pari o superiore a 50<br />
MW, è discipl<strong>in</strong>ata dal DPR 416/01 [4];<br />
- ossidi di azoto (NO x), la cui emissione, per gli stessi impianti<br />
del punto sopra, è pure discipl<strong>in</strong>ata dal DPR 416/01.<br />
Metodi di calcolo dei costi unitari<br />
I metodi di calcolo del costo unitario delle produzioni energetiche<br />
sono sostanzialmente due [1]:<br />
- metodo del costo annuo, nel quale, alla data attuale, si<br />
determ<strong>in</strong>ano prima le spese sostenute annualmente per<br />
gli oneri relativi al costo di costruzione dell’impianto (al<br />
netto dei contributi concessi a fondo perduto), per<br />
l’esercizio e manutenzione, per i combustibili e per le<br />
Ing. Enzo Metelli, ENEA TER-Solterm-SVIL, Roma.<br />
tecnica<br />
cogenerazione 63<br />
di E. Metelli<br />
Impianti di cogenerazione<br />
un metodo di calcolo<br />
oggettivo dei costi unitari<br />
di produzione
tecnica<br />
64 cogenerazione<br />
giugno 2009<br />
LA TERMOTECNICA<br />
eventuali esternalità, poi si ripartiscono sulle diverse produzioni<br />
energetiche medie annue cedute alle utenze o<br />
immesse <strong>in</strong> rete;<br />
- metodo del valore attuale netto, nel quale tutte le spese e i<br />
ricavi nel corso della vita dell’impianto, una volta riportate<br />
alla data attuale, vengono sommate algebricamente e,<br />
imponendo l’azzeramento del risultato (ovvero la completa<br />
compensazione delle spese con i ricavi, senza alcun<br />
marg<strong>in</strong>e di profitto), si fa <strong>in</strong> modo che il prezzo unitario di<br />
vendita di ciascuna energia utile vada a co<strong>in</strong>cidere <strong>in</strong> tal<br />
caso col suo costo unitario medio livellato di produzione.<br />
In entrambi i metodi, il calcolo può essere eseguito sia a<br />
preventivo che a consuntivo, per un impianto <strong>in</strong> esercizio;<br />
se <strong>in</strong>vece l’impianto deve ancora essere costruito, la valutazione<br />
va fatta a preventivo, tenendo conto, se possibile,<br />
delle <strong>in</strong>formazioni ricavabili dai dati a consuntivo di impianti<br />
analoghi. I risultati che si ottengono con i due metodi<br />
sono gli stessi se:<br />
- si utilizza lo stesso tasso reale di sconto 1 ;<br />
- gli oneri annuali del costo di costruzione dell’impianto<br />
sono ripartiti su tutto il periodo d’esercizio;<br />
- per tutte le voci di spesa e di ricavo durante l’esercizio si<br />
ipotizza una variazione con la stessa d<strong>in</strong>amica<br />
dell’<strong>in</strong>flazione 2 <strong>in</strong> quel periodo;<br />
- nei flussi di cassa annuali, utilizzati per il calcolo del costo<br />
medio livellato, non si tiene conto delle varie imposte,<br />
degli <strong>in</strong>centivi sulle produzioni e degli effetti (a livello<br />
di sfasamento temporale) prodotti da un eventuale ricorso<br />
al prestito per la costruzione.<br />
Dal momento che difficilmente le voci di spesa e di ricavo<br />
durante l’esercizio variano con la stessa d<strong>in</strong>amica<br />
dell’<strong>in</strong>flazione, spesso i costi unitari di produzione vengono<br />
calcolati col primo metodo.<br />
1 Rappresenta l’effettivo tasso d’<strong>in</strong>teresse annuo pagato mediamente per avere a disposizione il danaro,<br />
richiesto per costruire l’impianto, e ottenuto da chi lo mette a disposizione.<br />
2 Il tasso d’<strong>in</strong>flazione annuo rappresenta il tasso d’<strong>in</strong>cremento medio nazionale, su base annuale,<br />
dei prezzi al consumo. Viene calcolato dall’ISTAT rilevando periodicamente l’andamento dei prezzi,<br />
nelle città campione, per un prefissato paniere di beni e servizi, rappresentativo dei consumi<br />
della collettività nazionale. Così il tasso d’<strong>in</strong>flazione è il risultato di due dist<strong>in</strong>te operazioni di media<br />
pesata : la prima calcola il tasso d’<strong>in</strong>flazione medio annuo <strong>in</strong> ogni città campione, a partire<br />
dalle variazioni di prezzo registrate <strong>in</strong> questa per ciascuna voce del paniere; la seconda calcola<br />
il tasso medio annuo nazionale da quelli delle città campione. Qu<strong>in</strong>di il tasso d’<strong>in</strong>flazione annuo<br />
fornito dall’ISTAT è un <strong>in</strong>dice rappresentativo, su scala nazionale, della perdita media del potere<br />
d’acquisto subito dal danaro durante tale anno. È evidente che il tasso d’<strong>in</strong>flazione può variare da<br />
un anno all’altro; <strong>in</strong>oltre, mentre per ogni anno passato il suo valore è noto e reperibile (tassi effettivi<br />
fe), per gli anni futuri si può solo ipotizzare il suo andamento, estrapolandolo da quello noto<br />
degli ultimi anni (tassi previsti fp ).<br />
3 Si considera il costo di costruzione dell’impianto (rimasto a carico al netto del contributo a fondo<br />
perduto) poiché i costi unitari medi di produzione sono <strong>in</strong>dipendenti dalle modalità con le quali<br />
viene f<strong>in</strong>anziata la sua realizzazione.<br />
4 Non si considera l’energia meccanica perché di scarso <strong>in</strong>teresse pratico, dal momento che non<br />
può essere trasportata fuori dall’impianto di produzione e può essere ceduta solo a utenze al suo<br />
<strong>in</strong>terno direttamente collegate.<br />
Metodo del costo annuo<br />
Tale metodo è anche detto della formula b<strong>in</strong>omia poiché<br />
di solito considera separatamente le spese annue <strong>in</strong>dipendenti<br />
dalle produzioni ( spese fisse ), associate agli oneri<br />
del costo di costruzione oltre che all’esercizio e manutenzione<br />
(o alla sua parte preponderante), e quelle dipendenti<br />
da esse ( spese variabili ), associate al consumo dei combustibili,<br />
alle esternalità ed eventualmente a una quota parte<br />
dell’esercizio e manutenzione.<br />
Mentre la valutazione, per un dato impianto, delle spese<br />
annue correnti relative all’esercizio e manutenzione, ai<br />
combustibili e alle esternalità è concettualmente semplice,<br />
la ripartizione <strong>in</strong> rate annuali degli oneri relativi al suo costo<br />
di costruzione, al netto dell’eventuale contributo concesso<br />
a fondo perduto 3, sfrutta i metodi propri della matematica<br />
f<strong>in</strong>anziaria e viene trattata <strong>in</strong> modo dettagliato<br />
nell’Appendice. Noti i costi annui, alla data attuale, di un<br />
impianto che fornisce alle utenze un solo tipo di energia, il<br />
suo costo unitario di produzione (cu) è dato da:<br />
(c€/kWh) (1)<br />
dove:<br />
SF e SV (10 3 €) sono le spese annue fisse e variabili, che comprendono<br />
la rata d’ammortamento dell’impianto (RAI), le spese<br />
globali di esercizio e manutenzione (SEMg), le spese per i<br />
combustibili e l’eventuale energia elettrica netta prelevata dalla<br />
rete (SC), le spese per le esternalità (SE); PEN (MWh) è la<br />
produzione energetica netta annua (di un solo tipo) ceduta<br />
alle utenze esterne all’impianto; 10 2 è il fattore numerico richiesto<br />
per ottenere il costo unitario nell’unità <strong>in</strong>dicata.<br />
Quando però la produzione è comb<strong>in</strong>ata (impianti di plurigenerazione)<br />
e non varia apprezzabilmente nel tempo il<br />
rapporto tra le diverse potenze, erogate contemporaneamente<br />
alle utenze, la valutazione dei costi unitari delle energie<br />
utili cedute non è altrettanto immediata [5]. Infatti nel caso<br />
più generale possono essere fornite annualmente alle<br />
utenze le energie: elettrica E e, termica E t e frigorifera E f 4 . Si<br />
conoscono <strong>in</strong>oltre le spese annue, fisse e variabili,<br />
dell’impianto nel suo complesso, ma risulta di norma impossibile<br />
la loro ripartizione oggettiva tra le diverse energie<br />
fornite. Qu<strong>in</strong>di per i costi unitari <strong>in</strong>cogniti di ciascuna fornitura<br />
è possibile scrivere la sola equazione di bilancio:<br />
CTA = SF + SV = (cu e ·E e + cu t ·E t +<br />
+ cu f ·E f)·10 -2 (10 3 €) (2)<br />
dove CTA è il costo totale annuo dell’impianto, mentre i costi unitari<br />
sono espressi <strong>in</strong> c€/kWh, le energie utili <strong>in</strong> MWh e 10-2 è<br />
il fattore numerico richiesto per ottenere valori espressi <strong>in</strong> 103 €.
giugno 2009<br />
LA TERMOTECNICA<br />
È evidente che, una volta note le forniture energetiche annue<br />
dell’impianto, la (2) ammette <strong>in</strong>f<strong>in</strong>ite terne di soluzioni<br />
per i loro costi unitari <strong>in</strong>cogniti. Tale <strong>in</strong>determ<strong>in</strong>azione<br />
può essere rimossa solo <strong>in</strong> due modi:<br />
- fissando <strong>in</strong> modo discrezionale i costi unitari di due delle<br />
tre energie fornite, secondo criteri di mercato o <strong>in</strong> base<br />
a valutazioni contabili <strong>in</strong>terne all’azienda;<br />
- esprimendo ciascuna energia fornita come energia termica<br />
equivalente, richiesta da un impianto di produzione<br />
separata, con le stesse modalità adottate per quantificare<br />
il risparmio di energia primaria <strong>in</strong> tali tipologie d’impianti.<br />
Volendo def<strong>in</strong>ire i costi unitari <strong>in</strong> modo univoco, si propone<br />
pertanto un metodo che fa riferimento alla seconda modalità.<br />
Metodo proposto<br />
per il calcolo dei costi unitari<br />
Si tratta di un metodo oggettivo col quale è possibile valutare<br />
l’energia termica annua richiesta per la produzione<br />
separata dell’energia elettrica E e e frigorifera E f, tenendo<br />
conto dei fattori di conversione, dell’energia termica ed<br />
elettrica <strong>in</strong> energia primaria, fissati dall’Autorità per l’Ener -<br />
gia nella delibera n. 177/05 [6]. Infatti, mantenendo le<br />
stesse notazioni riportate nella suddetta delibera, dal rapporto<br />
tra i fattori f T(tep/MWh t ) ed f E(tep/MWh e) si ottiene<br />
il rendimento netto medio di conversione da energia termica<br />
ad elettrica (espresso <strong>in</strong> MWh e/MWh t), rappresentativo<br />
del parco termoelettrico nazionale. Così:<br />
f T / f E = η e n<br />
Moltiplicando poi tale rendimento per l’<strong>in</strong>dice di efficienza<br />
media stagionale dei sistemi frigoriferi ε f,R (<strong>in</strong> MWh f/<br />
MWh e ), pure riportato <strong>in</strong> [6], si ottiene l’<strong>in</strong>dice di equivalenza<br />
ie tf (espresso <strong>in</strong> MWh f/MWh t) che caratterizza la<br />
successione di trasformazioni da energia termica ad elettrica<br />
e qu<strong>in</strong>di a frigorifera. Il valore numerico per f E è periodicamente<br />
aggiornato dall’Autorità e tende a dim<strong>in</strong>uire<br />
nel tempo, man mano che cresce il rendimento netto medio<br />
del parco termoelettrico nazionale: dall’1.8.2008 è pari<br />
a 0,187 tep/MWh e , corrispondente ad un rendimento<br />
medio η e n <strong>in</strong>torno al 46% [7].<br />
Pertanto, facendo riferimento allo schema di Figura 1, si<br />
può considerare l’impianto di produzione comb<strong>in</strong>ata equivalente<br />
a tre impianti di conversione dell’energia termica<br />
prodotta da un’unica caldaia alimentata con i combustibili<br />
(<strong>in</strong> realtà due impianti poiché la fornitura alle utenze termiche<br />
è diretta). Così possiamo scrivere la seguente equazione<br />
di bilancio per la caldaia equivalente:<br />
E t equ = E t e + E t + E t f = η t m equ ·(E p e + E p t + E p f ) (MWh) (4)<br />
dove:E t equ è l’energia termica annua equivalente, pari alla<br />
somma delle energie termiche annue richieste separa-<br />
(3)<br />
tamente e contemporaneamente dai tre processi di conversione<br />
(E t e, E t ed E t f); η t m equ è il rendimento termico<br />
medio annuo della caldaia equivalente con la quale si ottiene<br />
la produzione separata; E F è l’energia primaria annua<br />
fornita ad essa da tutti i combustibili, pari alla somma<br />
delle energie primarie richieste dai s<strong>in</strong>goli processi<br />
(E p e, E p t ed E p f). Inoltre, dallo schema di Figura 1 si hanno<br />
le seguenti equazioni di bilancio per le produzioni degli<br />
impianti separati:<br />
per l’energia elettrica;<br />
tecnica<br />
(MWh e ) (5)<br />
E t = η t m equ · E p t (MWh t ) (6)<br />
per l’energia termica;<br />
cogenerazione 65<br />
(MWh f ) (7)<br />
per l’energia frigorifera. Se ora uguagliamo il costo totale<br />
annuo dell’impianto di produzione comb<strong>in</strong>ata, dato da (2),<br />
a quello degli impianti di produzione separata, che richiedono<br />
l’energia termica annua equivalente E t equ , e teniamo<br />
conto delle (4), (5) e (7), possiamo scrivere a meno<br />
di un comune coefficiente numerico:<br />
dove cu — (c€/kWh t ) è il costo unitario medio annuo per la<br />
produzione termica equivalente. Perché la (8) sia rispettata<br />
occorre che:<br />
In tal modo possiamo ottenere i costi unitari per le forniture<br />
annue dell’impianto comb<strong>in</strong>ato, una volta che sia nota<br />
l’energia termica equivalente e il suo rendimento medio di<br />
produzione. Questo può essere assunto pari al rendimen-<br />
FIGURA 1<br />
Schema<br />
equivalente<br />
dell’impianto di<br />
produzione<br />
comb<strong>in</strong>ata<br />
(9)<br />
(9)
TABELLA 1 - VALORI UTILIZZATI<br />
PER IL CALCOLO DEI COSTI UNITARI DI TABELLA 2<br />
Energia termica a utenze Et 35.544 MWht Energia frigorifera a utenze Ef 17.612 MWhf Energia elettrica cogenerata venduta Ee 54.067 MWhe Rendimento termico medio annuo eq. ηt m equ<br />
0,908<br />
Energia termica equivalente per impianto produzione comb<strong>in</strong>ata Et equ 153.797 GWht Rendimento di conversione ηe n energia termica - energia elettrica 0,460 MWhf /MWht Indice di equivalenza iet f energia termica - energia frigorifera 1,38 MWhf /MWht Ore funzionamento annuo hfa 4.000,0<br />
Potenza termica media equivalente Pt m equ<br />
38,4 MWt Indice eff. media sist. frigoriferi εf, R<br />
3,0 MWhf /MWhe Fattore convers. en. term.-en. prim. f T<br />
Fattore convers. en. elettr.-en. prim. f E<br />
0,086 tep/MWh t<br />
0,187 tep/MWh e<br />
TABELLA 2 - ESEMPIO DI CALCOLO DEI COSTI UNITARI<br />
DI PRODUZIONE RIFERITI ALL’ENERGIA TERMICA<br />
EQUIVALENTE RICHIESTA IN IMPIANTI SEPARATI<br />
Costo unitario di produzione<br />
Voce di costo costo <strong>in</strong>cidenza sulla produzione unitaria<br />
annuo termica frigorifera elettrica<br />
(103 €) (c€/kwht ) (c€/kwhf ) (c€/kwhf )<br />
Ammortamento impianto 2.626 1,71 1,12 3,37<br />
Esercizio e manutenzione 850 0,55 0,36 1,09<br />
Combustibile 980 0,64 0,42 1,26<br />
Esternalità 178 0,12 0,08 0,23<br />
Totale 4.634 3,0 2,0 5,9<br />
ENGLISH<br />
tecnica<br />
66 cogenerazione<br />
giugno 2009<br />
LA TERMOTECNICA<br />
abstract<br />
to di riferimento delle caldaie η t,R e ricavato, <strong>in</strong> funzione<br />
della loro potenza media annua espressa <strong>in</strong> MW t , con la<br />
formula riportata <strong>in</strong> [6]:<br />
η t m equ = 0,77 + 0,03 · log 10 (10 3 · P t m equ ) (10)<br />
<strong>in</strong> cui la potenza termica media equivalente è data da:<br />
(MW t ) (11)<br />
dove h fa sono le ore annue di funzionamento dell’impianto comb<strong>in</strong>ato,<br />
mentre l’energia termica equivalente <strong>in</strong> base alla (8) è:<br />
(MWh t ) (12)<br />
Cogeneration Power Plants: a Proposed Methodology for Unitary Production Cost<br />
Calculation. A new methodology to evaluate unitary energetic production costs <strong>in</strong><br />
the cogeneration power plants is proposed. This methodology exploits the energy<br />
conversion factors fixed by Italian Regulatory Authority for Electricity and Gas. So<br />
it allows to settle such unitary costs univocally for a given plant, without assign<strong>in</strong>g<br />
them a priori subjective values when there are two or more energy productions at<br />
the same time. Moreover the proposed methodology always ensures positive values<br />
for these costs, comply<strong>in</strong>g with the total generation cost balance equation.<br />
Come si può notare, nella (12) il calcolo dell’energia termica<br />
annua equivalente richiede il valore di η t m equ, che a<br />
sua volta dipende <strong>in</strong>direttamente da E t equ tramite la (11).<br />
Occorre pertanto un calcolo iterativo, che si <strong>in</strong>terrompa<br />
quando lo scarto tra due valori successivi, ottenuti da (10),<br />
diventa <strong>in</strong>feriore a quanto prestabilito. A questo punto mediante<br />
le (9) si possono ricavare tutti i costi unitari delle forniture<br />
energetiche, tenendo presente che per la (2):<br />
(c€/kWh t ) (13)<br />
<strong>La</strong> Tabella 2 mostra i costi unitari di produzione ottenuti, con<br />
la metodologia illustrata, per un ipotetico impianto di trigenerazione,<br />
del quale si conoscono i costi annui di funzionamento<br />
<strong>in</strong> relazione alle energie cedute alle utenze e alle ore<br />
di funzionamento annuo che compaiono <strong>in</strong> Tabella 1. Questa<br />
Tabella riporta anche i valori calcolati iterativamente per<br />
il rendimento, l’energia e la potenza termica equivalente relativi<br />
a tale impianto comb<strong>in</strong>ato. Con la metodologia illustrata<br />
si tende <strong>in</strong> realtà a sottostimare i costi unitari<br />
dell’energia elettrica e frigorifera negli impianti comb<strong>in</strong>ati.<br />
Infatti dallo schema di Figura 1 si nota che, mentre l’energia<br />
termica può essere fornita direttamente alle utenze, le altre<br />
necessitano di processi di conversione successivi, con utilizzo<br />
di ulteriori macch<strong>in</strong>e e apparecchiature. Volendo tener<br />
conto di ciò, la (8) andrebbe scritta più correttamente:<br />
cu t · E t + cu e · E e + cu f · E f = cu — · E t equ =<br />
= cu — · (E t + b·E t e +c·E t f ) (14)<br />
dove b e c sono due coefficienti empirici, maggiori di 1, che<br />
tengono conto dell’ulteriore onere sostenuto, per la conversione<br />
dell’energia termica <strong>in</strong> elettrica e frigorifera, <strong>in</strong> term<strong>in</strong>i<br />
di maggiorazione fittizia delle rispettive quote di energia<br />
termica equivalente richieste nella produzione separata. Il<br />
valore numerico di questi coefficienti lo ritroveremmo nelle<br />
(9) a moltiplicare rispettivamente l’espressi one di cu e e di cu f;<br />
qu<strong>in</strong>di andrebbe stabilito <strong>in</strong> base all’espe rienza derivante,<br />
nel complesso, dalla conduzione di tali impianti di generazione.<br />
Bisogna <strong>in</strong>oltre tener presente che, <strong>in</strong> un impianto di<br />
produzione comb<strong>in</strong>ata, questo calcolo dei costi unitari va<br />
bene f<strong>in</strong>ché il rapporto tra le diverse potenze erogate subisce<br />
piccole variazioni nel corso dell’anno. Se al contrario dovessero<br />
esserci notevoli mutamenti nella conduzione<br />
dell’impianto, f<strong>in</strong>o al venir meno di qualche fornitura <strong>in</strong> alcuni<br />
periodi dell’anno (ad esempio la termica nel periodo<br />
estivo o la frigorifera <strong>in</strong> quello <strong>in</strong>vernale), per poter utilizzare<br />
ancora il procedimento descritto deve essere possibile<br />
suddividere il funzionamento annuale <strong>in</strong> periodi caratteristici,<br />
nei quali rimane pressoché costante il rapporto tra le diverse<br />
energie fornite. Ovviamente, per procedere ad una<br />
corretta valutazione dei costi unitari <strong>in</strong> ognuno di questi periodi,<br />
deve anche essere possibile quantificare le relative spe-
giugno 2009<br />
LA TERMOTECNICA<br />
se per ciascuna delle quattro voci, <strong>in</strong> particolare per quella<br />
dei combustibili. È chiaro altresì che la stessa fornitura energetica<br />
potrebbe avere <strong>in</strong> tal caso costi unitari diversi nel corso<br />
dell’anno, al variare dell’assetto produttivo dell’impianto.<br />
Conclusioni<br />
<strong>La</strong> metodologia proposta consente di def<strong>in</strong>ire <strong>in</strong> modo univoco<br />
i costi unitari delle diverse energie prodotte negli impianti<br />
di cogenerazione, una volta che i fattori di conversione,<br />
visti <strong>in</strong> precedenza, siano stati fissati dall’Autorità per<br />
l’Energia. Qualora poi la stessa Autorità def<strong>in</strong>isse i coefficienti<br />
numerici (b e c) che compaiono nella (14) e li aggiornasse<br />
tenendo conto della rapida evoluzione tecnologica nel<br />
settore, sarebbe possibile una valutazione dei costi unitari<br />
ancor più aderente alle spese effettivamente sostenute per<br />
ciascuna energia fornita. <strong>La</strong> metodologia può essere facilmente<br />
generalizzata, per renderla applicabile anche ad impianti<br />
dai quali si ottengono più tipologie di forniture energetiche<br />
quali ad esempio: energia termica e frigorifera trasferita<br />
alle utenze con fluidi diversi e/o a differenti livelli di<br />
entalpia; energia elettrica fornita a diversi livelli di tensione,<br />
<strong>in</strong> corrente cont<strong>in</strong>ua oltre che alternata; idrogeno e/o altri<br />
combustibili derivanti da processi di trasformazione. Basta<br />
<strong>in</strong>fatti che sia possibile esprimere oggettivamente ciascuna<br />
fornitura <strong>in</strong> term<strong>in</strong>i di energia termica richiesta nella produzione<br />
separata, <strong>in</strong> modo da ottenere l’energia termica equivalente<br />
a tutte le forniture dell’impianto, secondo uno schema<br />
analogo a quello di Figura 1. Si ha così il vantaggio di<br />
non dover <strong>in</strong>dividuare a priori, con criteri più o meno soggettivi,<br />
tutti i costi unitari, escluso quello ricavabile mediante<br />
l’equazione di bilancio (2), da assegnare alle diverse produzioni.<br />
Inoltre la metodologia proposta garantisce, <strong>in</strong> ogni<br />
caso, valori positivi per i costi unitari, mentre fissandoli a<br />
priori si potrebbe anche ottenere un valore nullo o negativo<br />
per quello ricavato dall’equazione di bilancio.<br />
5 Tale numero, se positivo, <strong>in</strong>dica tra quanti anni è prevista l’entrata <strong>in</strong> esercizio<br />
dell’impianto; se negativo, <strong>in</strong>dica quanti anni fa è entrato <strong>in</strong> esercizio;<br />
se uguale a zero <strong>in</strong>dica che l’esercizio <strong>in</strong>izia nell’anno <strong>in</strong> corso.<br />
6 Si fa riferimento normalmente a questo tasso d’<strong>in</strong>teresse annuo, che <strong>in</strong>globa<br />
l’effetto prodotto dall’<strong>in</strong>flazione, al tasso effettivo fe, sul tasso reale<br />
a . I tre tassi sono legati dalla relazione: (1 + Ae) = (1 + a) ⋅ (1 + fe).<br />
7 Dovendo considerare anche il valore dell’impianto a f<strong>in</strong>e vita produttiva<br />
attualizzato all’anno corrente, nella (17) va sottratto il term<strong>in</strong>e<br />
VR/(1+a) sr , dove VR è il suo valore residuo stimato alla data attuale<br />
(che potrebbe anche essere negativo qualora, dalla stima fatta,<br />
le spese di smantellamento dell’impianto e riprist<strong>in</strong>o delle aree risult<strong>in</strong>o<br />
superiori agli <strong>in</strong>troiti dalla vendita delle sue parti recuperabili)<br />
ed sr è il numero per l’anno di smantellamento e riprist<strong>in</strong>o, maggiore<br />
di quello relativo all’ultimo anno d’esercizio. Ciò equivale ad<br />
ipotizzare, per il valore residuo VR, una variazione nel tempo con la<br />
stessa d<strong>in</strong>amica dell’<strong>in</strong>flazione prevista.<br />
cogenerazione<br />
APPENDICE: CALCOLO DEL COSTO<br />
D’AMMORTAMENTO DI UN IMPIANTO<br />
tecnica<br />
67<br />
<strong>La</strong> ripartizione, <strong>in</strong> più rate annuali, del costo <strong>in</strong>iziale di un bene deperibile viene fatta di<br />
norma con l’operazione contabile dell’ammortamento e la creazione di un fondo cassa. <strong>La</strong><br />
somma che risulta accumulata <strong>in</strong> questo fondo al term<strong>in</strong>e della durata prevista per il bene,<br />
aggiunta al suo valore residuo, deve consentire di sostituirlo con uno nuovo, <strong>in</strong> modo da<br />
poter cont<strong>in</strong>uare l’attività. L’onere f<strong>in</strong>anziario annuo, relativo al costo di costruzione di un<br />
impianto di produzione energetica, comprende sia la sua quota d’ammortamento contabile<br />
(per il re<strong>in</strong>tegro del capitale richiesto) che gli <strong>in</strong>teressi sulla parte ancora da ammortizzare.<br />
Qu<strong>in</strong>di esso dipende, oltre che dal costo di costruzione, dal metodo d’ammor -<br />
tamento contabile scelto, dalla durata del periodo d’ammortamento e dal tasso reale adottato<br />
[1], [8], [9]. Però si può dimostrare che, <strong>in</strong>dipendentemente dal metodo scelto, la somma<br />
di tutte le quote annue d’ammortamento contabile e degli <strong>in</strong>teressi (ad un prefissato tasso<br />
reale di sconto annuo a) sulla quota parte del bene non ancora ammortizzata (pari al<br />
suo valore contabile all’<strong>in</strong>izio di ciascun anno) è equivalente, dal punto di vista f<strong>in</strong>anziario,<br />
al recupero del capitale richiesto garantendogli quello stesso tasso di profitto, dim<strong>in</strong>uito<br />
dell’eventuale valore residuo, stimato per il bene a f<strong>in</strong>e vita produttiva, riportato all’anno<br />
corrente [8]. Pertanto ci troviamo <strong>in</strong> una situazione analoga a quella del rimborso di un<br />
prestito, quando si sostituisca a questo il costo di costruzione dell’impianto (assumendo nullo<br />
il suo valore residuo VR) e si consideri la sua quota annua d’ammortamento contabile<br />
come quota di rimborso graduale del capitale. In genere negli impianti di produzione energetica<br />
l’onere annuo del costo di costruzione (detto anche costo d’ammortamento<br />
dell’impianto) è mantenuto costante. Tenendo presente che il recupero del capitale e degli<br />
<strong>in</strong>teressi non <strong>in</strong>izia dall’anno corrente ma da quello d’entrata <strong>in</strong> esercizio dell’impianto,<br />
l’importo annuo (RAI) di tale onere, riferito alla data attuale, è dato da:<br />
(10 3 €)<br />
dove CCN0 è il costo di costruzione (<strong>in</strong> 103 €) rimasto a carico, attualizzato all’anno corrente;<br />
a è il tasso reale di sconto prefissato; ae è il numero per l’anno d’entrata <strong>in</strong> esercizio5<br />
; FA è il fattore d’annualità (pari all’<strong>in</strong>verso della quota d’ammortamento del costo unitario<br />
rimasto a carico). L’espressione di FA risulta [9], [10]:<br />
dove Na è la durata (<strong>in</strong> anni) del periodo d’ammortamento per il costo di costruzione, non<br />
superiore a quella del periodo d’esercizio. Per il calcolo di CCN0 , occorre riportare all’anno<br />
corrente le spese annuali rimaste a carico durante il periodo di costruzione ed avviamento<br />
dell’impianto, <strong>in</strong> base al tasso reale prefissato e mantenendo <strong>in</strong>variato il potere d’acquisto<br />
medio del danaro. Così, una volta noti i costi Ii e i contributi Fi (IVA esclusa) all’<strong>in</strong>izio di ciascun<br />
anno di questo periodo, <strong>in</strong>dividuato dal numero i riferito all’anno corrente, si ottiene:<br />
(10 3 €)<br />
dove:<br />
Ae è il tasso nom<strong>in</strong>ale effettivo6 durante l’ammortamento; la sommatoria è estesa a tutti gli<br />
anni che precedono l’entrata <strong>in</strong> esercizio dell’impianto; va preso fp al posto di fe (e qu<strong>in</strong>di<br />
il tasso nom<strong>in</strong>ale A al posto di Ae) negli anni con numero i > 07. A rigore nella (17) il corretto tasso d’<strong>in</strong>flazione da utilizzare per gli anni già trascorsi (i negativo)<br />
sarebbe quello effettivo medio, dall’anno i a quello corrente, mentre per gli anni futuri<br />
(i positivo) sarebbe quello medio previsto, dall’anno corrente all’anno i . Tenuto conto<br />
che, di norma, le variazioni sono modeste, per semplificare si considerano solo i due valori<br />
medi: fe per i < 0 e fp per gli altri anni.
tecnica<br />
68 cogenerazione<br />
giugno 2009<br />
LA TERMOTECNICA<br />
Bibliografia<br />
www.panoramio.com<br />
[1] L. Sani, Centrali elettronucleari, vol. 3, Ed. Sistema.<br />
[2] ENEA, Le fonti r<strong>in</strong>novabili 2005. Lo sviluppo delle<br />
r<strong>in</strong>novabili <strong>in</strong> Italia tra necessità e opportunità, Settembre<br />
2005.<br />
[3] DLGS 216/06, Attuazione delle direttive 2003/87/<br />
CE e 2004/101/CE <strong>in</strong> materia di scambio di quote<br />
di emissioni dei gas a effetto serra nella Comunità,<br />
con riferimento ai meccanismi di progetto del Protocollo<br />
di Kyoto, SOGU n. 140 del 19.6.2006.<br />
[4] DPR 416/01, Regolamento recante norme per<br />
l’applicazione della tassa sulle emissioni di ani dride<br />
solforosa e di ossidi di azoto, ai sensi dell’art. 17,<br />
comma 29, della L. 449/97, GU n. 277 del<br />
28.11.2001.<br />
[5] Metodologie di risparmio energetico, Ed. Hoepli<br />
(1985).<br />
[6] Del. 177/05 dell’Autorità per l’Energia, Approvazione<br />
di due schede tecniche per la quantificazione<br />
dei risparmi energetici negli usi di climatizzazione<br />
ambienti e produzione di acqua calda sanitaria, conseguiti<br />
tramite <strong>in</strong>stallazione e gestione di impianti di<br />
cogenerazione e sistemi di teleriscaldamento, realizzati<br />
nell’ambito dei DDMM 20 luglio 2004, GU n.<br />
215 del 15.9.2005.<br />
[7] Del. EEN 3/08 dell’Autorità per l’Energia, Aggiornamento<br />
del fattore di conversione dei kWh <strong>in</strong> tonnellate<br />
equivalenti di petrolio connesso al meccanismo<br />
dei titoli di efficienza energetica, SOGU n. 100<br />
del 29.4.2008.<br />
[8] H. G. Thuesen, W. J. Fabrycky, G. J. Thuesen, Economia<br />
per <strong>in</strong>gegneri, Ed. Il Mul<strong>in</strong>o (1974).<br />
[9] D. Zanobetti, Economia dell’<strong>in</strong>gegneria, Ed. Patron<br />
(1990).<br />
[10] T. Boggio, Matematica f<strong>in</strong>anziaria, Enciclopedia delle<br />
matematiche elementari e complementi, Vol. III,<br />
parte 2 a art. LVI – Ed. Hoepli (1972).<br />
ELENCO DEI SIMBOLI<br />
A tasso nom<strong>in</strong>ale annuo durante<br />
l’ammortamento dell’impianto<br />
Ae tasso nom<strong>in</strong>ale annuo effettivo durante<br />
l’ammortamento dell’impianto<br />
a tasso reale annuo durante<br />
l’ammortamento dell’impianto<br />
ae numero per l’anno d’entrata<br />
<strong>in</strong> esercizio dell’impianto<br />
b coefficiente numerico empirico<br />
CCN costo di costruzione al netto del contributo<br />
CTA costo totale annuo dell’impianto<br />
c coefficiente numerico empirico<br />
cu costo unitario di un prodotto energetico<br />
E produzione, energia annua<br />
F contributo a fondo perduto<br />
FA fattore d’annualità<br />
f fattore di conversione<br />
fe tasso d’<strong>in</strong>flazione medio annuo effettivo<br />
fp tasso d’<strong>in</strong>flazione medio annuo previsto<br />
h numero di ore<br />
I costo, esborso<br />
i numero per il generico anno<br />
di costruzione e avviamento<br />
ie <strong>in</strong>dice di equivalenza<br />
nella conversione energetica<br />
Na durata del periodo d’ammortamento dell’impianto<br />
P potenza<br />
PEN produzione energetica annua ceduta<br />
RAI rata annua d’ammortamento dell’impianto<br />
SC spesa totale annua per i combustibili<br />
SE spesa annua per le esternalità<br />
SEMg spesa globale annua di esercizio e manutenzione<br />
SF spese annue fisse<br />
SV spese annue variabili<br />
sr numero per l’anno di smantellamento e riprist<strong>in</strong>o<br />
VR valore residuo dell’impianto<br />
ε <strong>in</strong>dice di efficienza media<br />
di un sistema di conversione<br />
η rendimento medio di un sistema di conversione<br />
PEDICI<br />
E da energia elettrica a primaria<br />
e elettrico(a)<br />
equ grandezza equivalente<br />
f frigorifero(a)<br />
fa funzionamento annuo dell’impianto<br />
i numero per il generico anno<br />
di costruzione e avviamento<br />
m valore medio<br />
n valore netto<br />
o valore nell’anno corrente<br />
p energia primaria ceduta dai combustibili<br />
R valore di riferimento<br />
T da energia termica a primaria<br />
t termico(a)