Targeting energy poverty in Piacenza through renewable energy communities: assessing capacity needs with a rule-based approach

Energy poverty continues to affect millions across Europe, especially in countries with old buildings and unequal income distribution such as Italy. This thesis focuses on the residential sector of the city of Piacenza and aims to estimate the amount of Renewable Energy Community (REC) capacity required to alleviate the energy burden of energy-poor households, reducing the ratio of energy expenditure to income to the 10% threshold. The synthetic dataset developed in this study simulates energy performance, income and energy consumption characteristics for all residential households in Piacenza. All inputs and parameters are derived from publicly available data from institutions in Emilia-Romagna, Lombardy and national Italian sources. A rules-based classification system is applied to segment the population into three clusters: Vulnerable, Energy Poor, and Non-vulnerable groups, based on the energetic class, annual bill and annual income. Priority is given to households with EPC ratings between E and G and a ratio of energy expenditure to income above 10%, as they represent realistic and impactful targets for REC interventions. The study builds on an optimization model that determines the installed PV capacity required to reduce the energy burdens of the selected households. Lastly, a dual sensitivity analysis is conducted to assess the impact of varying energy burden limits (from 10% to 100%) and community-sharing incentive rates (30% to 50%) on total REC production. Results show that strategic filtering significantly reduces unrealistic energy capacity, lowering the required REC capacity from 148 MW to 72 MW. Specifically, including all households with an energy burden between 10% and 100% results in a required capacity of 148 MW, while considering those with burdens between 10% and 30% reduces the requirement to 72 MW. This demonstrates how narrowing the eligible population makes REC interventions more realistic and policy relevant.

La povertà energetica continua a colpire milioni di persone in tutta Europa, in particolare nei Paesi caratterizzati da un patrimonio edilizio obsoleto e da una distribuzione del reddito diseguale, come l’Italia. La presente tesi si concentra sul settore residenziale della città di Piacenza e ha l’obiettivo di stimare la capacità di Comunità Energetiche Rinnovabili (CER) necessaria ad alleviare l’onere energetico delle famiglie in condizioni di povertà energetica, riducendo il rapporto tra spesa energetica e reddito fino alla soglia del 10%. Il dataset sintetico sviluppato in questo studio simula le caratteristiche di prestazione energetica, reddito e consumi energetici di tutte le famiglie residenziali di Piacenza. Tutti gli input e i parametri derivano da dati pubblicamente disponibili provenienti da istituzioni dell’Emilia-Romagna, della Lombardia e da fonti nazionali italiane. È stato applicato un sistema di classificazione basato su regole per segmentare la popolazione in tre gruppi: Vulnerabili, in Povertà Energetica e Non vulnerabili, in base alla classe energetica, alla spesa annua e al reddito annuo. Particolare attenzione è stata rivolta ai nuclei familiari con certificazioni energetiche comprese tra le classi E e G e con un rapporto spesa/reddito superiore al 10%, in quanto rappresentano obiettivi realistici e di maggiore impatto per gli interventi delle CER. Lo studio si fonda su un modello di ottimizzazione che determina la capacità fotovoltaica installata necessaria a ridurre l’onere energetico delle famiglie selezionate. Infine, è stata condotta un’analisi di sensibilità a doppia variabile per valutare l’impatto di diversi limiti dell’onere energetico (dal 10% al 100%) e di differenti aliquote di incentivo per la condivisione comunitaria (dal 30% al 50%) sulla produzione complessiva della CER. I risultati mostrano che un filtraggio strategico riduce significativamente le stime irrealistiche di capacità necessaria, abbassando la capacità delle CER da 148 MW a 72 MW. In particolare, includere tutte le famiglie con un onere energetico compreso tra il 10% e il 100% comporta una capacità necessaria di 148 MW, mentre limitare la platea a quelle con oneri tra il 10% e il 30% riduce il fabbisogno a 72 MW. Ciò dimostra come restringere la popolazione eleggibile renda gli interventi delle CER più realistici e rilevanti dal punto di vista politico.