Energy sharing in renewable energy communities : the Italian case

The Clean Energy Package, approved between May 2018 and May 2019, is a set of energy policies to be implemented in European Member States that will lead the EU towards the so-called clean energy transition. Energy Communities (EC), recognised as legal entities in the Package, will act as pivotal tools in bringing closer citizens to Europe's ambitious targets as they will be allowed to come together as final users and cooperate in the generation, distribution and supply of electrical energy and participate to energy services such as energy efficiency or demand side management. The goal of this thesis is to provide a tool that simulates energy flows and evaluates the economic feasibility of Renewable Energy Communities contextualized to the Italian framework. The thesis analyses the transposition process of the Clean Energy Package in Italy to identify possible support schemes for EC, while a literature review on community energy projects and micro-grids aims to identify the main characteristics of future EC. The tool is able to describe energy flows of prosumer users interacting individually with the electrical system (current model), but also of users who join together in an EC and share energy among themselves. It is also implemented a MILP optimisation that determines the optimal generation capacity from PV in each case. The tool is applied for a short-term analysis, computing the electricity bills of users inside or outside the EC with pre-existing generation capacity and a long-term analysis that evaluates the profitability of investments in EC. The application of the tool to a case study revealed that in a short-term, EC are convenient only if the stand-alone users are currently valuing their surplus energy through Ritiro Dedicato, but is less convenient for stand-alone users benefiting of Scambio sul Posto, regardless of the incentive given to shared energy. The long-term analysis showed that the support scheme on shared energy is instead pivotal to foster future investments of EC. Considering the numerous tariff exemptions on self-consumed energy and the favorable treatment that can be achieved with the Scambio sul Posto, the EC can become the most convenient solution only with an important incentive on energy shared in the community, which takes into account the benefits brought by the communities on the electrical system, as well as the social role that they will play among citizens.

Il Clean Energy Package, approvato tra il maggio 2018 e il maggio 2019, è una raccolta di politiche energetiche che saranno implementate negli Stati Membri europei e guideranno l'Unione Europea verso la cosiddetta transizione energetica. Le Comunità Energetiche (CE), riconosciute come entità giuridiche nel Pacchetto, saranno strumenti essenziali nell'avvicinare i cittadini agli ambiziosi obiettivi Europei, poiché sarà permesso a questi ultimi di unirsi come utenti finali e cooperare nella generazione, condivisione e distribuzione di energia elettrica e partecipare a servizi energetici come il miglioramento dell'efficienza energetica e gestione della domanda. Lo scopo di questa tesi è di sviluppare uno strumento che simuli i flussi energetici e valuti la fattibilità economica di una Comunità Energetica Rinnovabile contestualizzata al panorama italiano. La tesi analizza il processo di recepimento del Clean Energy Package in Italia per identificare possibili schemi di supporto per le CE, mentre una ricerca bibliografica su progetti di energia condivisa e micro-reti è mirata a identificare le caratteristiche principali delle future CE. Il modello sviluppato è in grado di descrivere i flussi energetici di utenti prosumer che interagiscono singolarmente con il sistema elettrico (modello attuale), ma anche di utenti che si uniscono in una CE e scambiano energia tra loro. E' stato implementato un ottimizzatore MILP che determina la capacità ottimale di generazione da PV in ciascun caso. Il modello è applicato a una analisi di breve termine, che calcola le bollette elettriche di utenti fuori o dentro una CE con capacità PV pre-esistente e a una analisi di lungo termine che valuta la convenienza economica degli investimenti nelle CE. L'applicazione dei modelli a un caso studio ha rivelato che nel breve termine le CE sono convenienti solo se l'utente singolo attualmente valorizza la propria energia in eccesso tramite Ritiro Dedicato, ma non convenienti nel caso in cui gli utenti singoli siano beneficiari di Scambio sul Posto. L'analisi di lungo termine ha mostrato che gli schemi di supporto sull'energia condivisa sono invece determinanti a sostenere futuri investimenti nelle CE. Considerati i numerosi sconti tariffari sull'energia autoconsumata in sito e il trattamento favorevole conseguibile con il meccanismo di Scambio sul Posto, la CE potrà diventare la soluzione più conveniente solo con un importante incentivo sull'energia condivisa nella comunità, che tenga conto non solo dei benefici portati dalle comunità sul sistema elettrico, ma anche del ruolo sociale che esse svolgeranno tra i cittadini.