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Bertolini, Marina (2015) Smart grids, energy production and private investments: a real option approach. [Tesi di dottorato]

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Abstract (inglese)

In Italy – and in the countries working for GHG emissions reduction - the last decade was characterized by a large development of distributed generation power plant. Private investment in the sector have been heavily boosted with monetary incentives, like guaranteed feed-in tariffs, especially for the photovoltaic sector. These incentives, on one hand, allowed for developing photovoltaic technology faster, guaranteeing payoffs for huge initial investments, but on the other hand they cause an increase in public costs, regarding both monetary disbursement to pay incentives and system costs connected to the management of a number of energy sources not efficiently integrated. To allow the development of photovoltaic energy production in a sustainable way, it’s necessary to find how to design economic payoff for private investors and to ask them to collaborate for system balancing and management: this objective shall be reached implementing a Smart Grid.

Methods
In our work, we consider a private energy consumer that have the possibility to invest in a photovoltaic power plant, from which it’s possible to directly consume electricity for private use, or to sell it to the market: in this way, the consumer becomes a potential prosumer, whose plant dimension (power) will be a result of the investment evaluation. To evaluate the investment decision, the consumer shall compare if the new condition allows for savings on energy expenditure: in order to do this, we perform a real option analysis of the private cost function, considering as possibilities for the prosumer 1) buy all the energy from the main grid and sell energy privately produced outside; 2) consume all the energy produced with the photovoltaic plant and buy outside only what exceeds the private production; 3) a mix of the two. Decision depends on prices: external energy price is fixed with a contract; selling price to the grid is uncertain and it depends on instantaneous technical grid necessities – Smart Grid tools allow for instantaneous information exchange on grid status and immediate agent reaction to the signals.

Results
The analysis shows that external energy price (national grid price) is not affecting decisions on plant dimension, but is relevant while deciding when to invest. Selling price, indeed, influences investment decisions on plant size: if the investor is given the possibility to sell energy to the grid, it could be convenient to choose a higher level of plant power. Since the selling price is the expression of grid technical needs (such as balancing), we can deduce that investments will take place preferably where 1) the possibility for the prosumer to participate to grid management through decisions on production and consumption is present – with Smart Grid tools and 2) where technical characteristics of the grid ask for more support from the local agents (higher energy selling prices).

Conclusions
The development of distributed power plant, in the future, shall be managed through a system that allow for a better integration of renewable energy plants, calling for private actions helping grid management.
The Smart Grid environment allows for an instantaneous interaction between the agent and the grid: depending on its needs, the grid can send signals (through prices) to the agents, and the agents have the possibility to respond to the signals having a monetary gain. In this way, the system can allow for better integration of the renewable – that collaborate in keeping the grid stable – and for a photovoltaic development without costly monetary incentives. What is relevant, indeed, is that this value is created by a Smart Grid, on which we shall invest.

Abstract (italiano)

Il lavoro di Tesi del dott. Marina Bertolini comprende argomenti di attualità nell’ambito dello studio della valutazione degli investimenti nel settore delle energie rinnovabili.
Il lavoro di tesi si articola in tre parti:
- La prima parte della tesi è incentrata sulla review della letteratura relativa alle smart grid, con particolare focus sui temi economici rilevanti. In particolare, i problemi di policy che sono emersi dall’analisi sono:
1. Necessità di gestione sicura dei dati, garanzie di privacy per gli utenti e sistemi di difesa da attacchi informatici (es. manipolazione di prezzi, manipolazione delle informazioni sullo stato della rete), aspetto che incide sia sulla sicurezza del sistema, sia sull’accettazione sociale delle nuove regole;
2. Definizione di nuovi mercati e nuove regole, che consentano l’interazione tra i diversi agenti;
3. Gestione e controllo delle forze di mercato, soprattutto in conseguenza all’elevata mole di informazioni sensibili gestite dagli operatori;
4. Redistribuzione degli oneri e dei benefici dell’implementazione della smart grid (ad esempio, gestione delle utenze con domanda rigida).

- La seconda parte della tesi presenta un modello di valutazione per l’investimento privato in un impianto fotovoltaico inserito in una smart grid. L’agente economico, decidendo di investire nell’impianto per minimizzare i propri costi energetici, diventa un produttore-consumatore (prosumer). Il valore dell’investimento per il privato deriva anche dalle flessibilità di gestione determinate dalla opportunità di interagire in modo attivo con la rete. Il modello è stato sviluppato secondo la teoria della valutazione degli investimenti con il metodo delle opzioni reali: il calcolo proposto è stato applicato, utilizzando dati provenienti dal mercato elettrico italiano, in una serie di simulazioni. I risultati degli scenari hanno portato ad identificare quali sono i casi in cui l’investitore decide di entrare nel mercato come prosumer.

- La terza parte della tesi riguarda il problema del recupero delle aree produttive: l’argomento è affrontato considerando le incertezze sui costi di recupero posti in capo al privato e – per contro – i possibili vantaggi e le opportunità che si presentano per il soggetto che si insedia in un’area caratterizzata dalla presenza di infrastrutture.

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Tipo di EPrint:Tesi di dottorato
Relatore:Moretto, Michele
Dottorato (corsi e scuole):Ciclo 27 > scuole 27 > INGEGNERIA GESTIONALE ED ESTIMO
Data di deposito della tesi:01 Febbraio 2015
Anno di Pubblicazione:31 Gennaio 2015
Parole chiave (italiano / inglese):smart grid, evaluation, photovoltaic, investments, real options
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 13 - Scienze economiche e statistiche > SECS-P/06 Economia applicata
Area 13 - Scienze economiche e statistiche > SECS-S/06 Metodi matematici dell'economia e delle scienze attuariali e finanziarie
Struttura di riferimento:Dipartimenti > Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Ambientale
Codice ID:7490
Depositato il:13 Nov 2015 13:46
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