Energy communities and collective self-consumption : regulatory assessment, market overview and techno-economic evaluation of the emerging applications in Italy

Ambitious energy and environmental objectives have been set by the UN Sustainable Development Goals and the European Green New Deal to ensure reliable and economic access to energy for all and to eliminate the net impact of its production; therefore innovative solutions are needed to face this challenge. In this context, collective energy production projects emerge: they are distributed renewable energy generation systems, managed or financed directly by consumers, therefore they assume an active role in the energy system. The aim of this thesis is to analyse the legal, technical and economic context of development of collective energy production systems, and generate a quantitative model of them to identify the useful elements for their diffusion and the interventions necessary to make them sustainable and advantageous for both users and the whole system. The work starts from the analysis of projects born in Europe before the development of the related legal framework; recurring structures and their advantages and disadvantages have been identified. Another aspect analysed is the European and Member States’ regulatory framework, which are very fragmented. Recently, two Directives introduced definitions of Energy Communities and "jointly acting renewable self-consumers" creating a strong basis for the development of this phenomenon. In Italy, the transposition process of these directives started in February 2020. Then the thesis presents the development work of a quantitative model to simulate the structure of a collective energy generation project, with all the energy and economic flows that characterize it. The model is divided into two main parts: the construction of the community's energy demand, based on all the characteristics of the users that are part of it, and the sizing of the community-owned energy power plants, based on technical and economic variables. The model outputs all the data necessary to describe the community and its energy and economic balances. Finally, the model has been applied to two cases (a project of "jointly acting renewable self-consumers" and a Renewable Energy Community) to obtain quantitative results about the incentives necessary to support these projects and the economic and environmental impact of their diffusion on the rest of the community.

Ambiziosi obiettivi in ambito energetico ed ambientale sono stati fissati dagli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell’ONU e dal Green New Deal Europeo per assicurare a tutti l’accesso affidabile ed economico all’energia e per azzerare l’impatto netto della sua produzione; sono perciò necessarie soluzioni innovative per affrontare questa sfida. In questo contesto emergono i progetti di produzione collettiva di energia: sistemi di generazione distribuita di energia rinnovabile gestiti o finanziati direttamente dai consumatori, che assumono perciò un ruolo attivo nel sistema energetico. Obiettivo di questa tesi è analizzare il contesto normativo, tecnico ed economico di sviluppo dei sistemi di produzione collettiva di energia e generare un modello di rappresentazione degli stessi per individuare gli elementi utili alla loro diffusione e gli interventi necessari a renderli sostenibili e vantaggiosi sia per gli utenti che ne entreranno a fare parte sia per il sistema nel suo complesso. Il lavoro è cominciato con l’analisi dei progetti nati in Europa prima dello sviluppo del relativo quadro giuridico; sono state individuate strutture ricorrenti, vantaggi e svantaggi di ciascuna di esse. Altro aspetto analizzato è il contesto normativo europeo e dei Paesi Membri, fino ad oggi molto frammentario. Due recenti Direttive hanno però introdotto le definizioni di Comunità Energetiche e “auto-consumatori che agiscono collettivamente” creando una base forte per un prossimo sviluppo di questo fenomeno. Il processo di recepimento di queste direttive in Italia è stato avviato a febbraio 2020. La tesi presenta poi il lavoro di sviluppo di un modello quantitativo per simulare la struttura di un progetto di generazione collettiva di energia, con tutti i flussi energetici ed economici che lo caratterizzano. Il modello si divide in due parti principali: la costruzione della domanda di energia della comunità, in base a tutte le caratteristiche delle utenze che ne fanno parte, e il dimensionamento degli impianti di produzione di energia di proprietà della comunità, in funzione di variabili tecniche ed economiche. Il modello dà in output tutte i dati necessari per descrivere la comunità e i suoi equilibri energetici ed economici. Infine, il modello è stato applicato a due casi (un progetto di “auto-consumatori che agiscono collettivamente” e una Comunità Energetica Rinnovabile) per ottenere risultati quantitativi riguardo gli incentivi necessari al supporto di questi progetti e l'impatto economico e ambientale della loro diffusione sul resto della collettività.