Approfondimento
Gli investimenti nelle Smart Grid in Italia Behind the Smart Curtain - Quali opportunità per le imprese?
La Fondazione EnergyLab, nell’ambito delle sue attività di ricerca ed analisi del settore energetico, ha recentemente sviluppato uno studio approfondendo gli aspetti industriali e di investimento correlati con lo sviluppo delle Smart Grid in Italia. Focus della ricerca è l’identificazione e la quantificazione delle opportunità nello sviluppo di infrastrutture necessarie all’implementazione delle Smart Grid. Lo studio non vuole analizzare i costi/benefici di sistema o gli aspetti tecnologici delle Smart Grid, ma vuole focalizzarsi solo sugli aspetti industriali rispondendo per esempio ai seguenti quesiti: � Quali prodotti e servizi verranno richiesti dal mercato per lo sviluppo delle Smart Grid in
Italia? � Quali sono i settori industriali che saranno coinvolti principalmente? Con quale potenziale
di mercato? � Quale opportunità per le imprese italiane per svolgere un ruolo da protagonista con
prodotti e servizi necessari all’implementazione delle Smart Grid? � Quale prospettiva per il mercato mondiale? � Guardando oltre, come si deve posizionare l’impresa e cosa deve considerare il policy
maker per facilitare e concretizzare le opportunità industriali nel settore?
Introduzione Negli ultimi decenni si sono verificati importanti cambiamenti nei sistemi di produzione, di trasmissione e distribuzione dell’energia elettrica, sia dal punto di vista tecnologico che normativo ed economico. Fenomeni come l’aumento della produzione di energia da fonti rinnovabili, la crescita dei consumi, la liberalizzazione economica del settore elettrico, la necessità di raggiungere gli obiettivi stabiliti dagli accordi internazionali caratterizzano l’evoluzione dei sistemi elettrici dei Paesi ad economia avanzata.
La rete elettrica attuale è stata progettata come un sistema essenzialmente passivo, in cui l’energia viene concettualmente distribuita in una sola direzione, dalle grandi centrali di generazione ai punti di consumo finale presso le utenze. Le istanze di cambiamento portano alla necessità di ridisegnare l’architettura della rete verso un sistema differente, in cui la produzione, il trasporto/distribuzione e la generazione sono integralmente concepiti ed efficientemente operati. Questo cambiamento, che è meglio definire come “rivoluzione” e non come “evoluzione” del sistema, necessiterà di forti investimenti in più
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settori, provenendo da più fonti (in base alla configurazione di mercato e soprattutto in base allo specifico prodotto/servizio) principalmente dalle Utility, oppure dai Distribution System Operators (DSO) o dai Transmission System Operators (TSO). I benefici che tale evoluzione porta e porterà in termini tecnologici, di utilizzo, e di efficacia di sistema sono evidenti e sono identificabili in pochi aspetti chiave. E’ comunque auspicabile che oltre a questo beneficio di sistema si accompagni un beneficio nazionale di creazione di opportunità per l’impresa nello sviluppo di prodotti e servizi necessari alla maturazione della rete verso la cosiddetta “Smart Grid”. Definizione di Smart Grid Non è semplice individuare una definizione univoca di Smart Grid, in quanto si tratta di un concetto strettamente collegato alle tecnologie di volta in volta prese in considerazione, del loro stato di avanzamento (innovazioni in fase di sviluppo o mature) e del sistema elettrico di riferimento. Il termine Smart Grid comunque si riferisce alla modernizzazione del sistema di produzione, trasmissione, distribuzione e gestione dell’energia elettrica. L’obiettivo è di ottimizzare l’efficienza e l’affidabilità del sistema attraverso il monitoraggio ed il controllo automatico delle operazioni svolte dagli elementi interconnessi facenti parte del sistema stesso. Una Smart Grid è caratterizzata non solo da un flusso di elettricità bidirezionale, ma anche da un flusso di informazioni distribuite in tempo reale tra i dispositivi della rete, che permettono il bilanciamento istantaneo e automatico dell’offerta e della domanda. Come detto, la Smart Grid non consiste in un prodotto specifico, bensì consiste da un punto di vista materiale in quel sistema di tecnologie necessarie per far fronte all’evoluzione del sistema. Prodotti e Servizi necessari per lo sviluppo delle Smart Grid Il quadro dell’evoluzione tecnologica delle Smart Grid è molto articolato e fortemente interconnesso. Ad un primo livello gli investimenti necessari per lo sviluppo di una iniziativa di Smart Grid si possono classificare in sette tipologie di prodotti e servizi.
1. Smart Metering/Smart Home (SM): questa
area include i prodotti e le tecnologie necessarie per la misurazione, gestione ed analisi dell’utilizzo di energia elettrica attraverso una rete di comunicazione bidirezionale che collega i contatori intelligenti (Smart Meters, Advanced Smart Meters e loro evoluzioni) ed il centro di controllo locale, fino alle tecnologie abilitanti la Smart Home e gli Smart Appliance.
2. Demand Response (DR) include i prodotti e
le funzionalità abilitate da una Advanced Metering Infrastructure (AMI) e da altri dispositivi aggiuntivi che consentono agli utenti di ricevere segnali di prezzo in base ai quali possono, con l’ausilio di sistemi atti ad informare l’utente circa i propri consumi, modificare il proprio carico (prodotti di Consumer Connection, Load Management Products, …)
3. Distribution Automation (DA) include
prodotti per l’automazione della rete di distribuzione dell’energia elettrica attraverso l’implementazione di dispositivi di controllo automatico, sensoristica, infrastrutture di comunicazione che permettono di gestire la rete di distribuzione in tempo reale, aumentando l’affidabilità, l’efficienza e la sicurezza della rete.
4. Integration of Distributed Energy
Resources/Energy Storage (DER): in questa area sono presenti le soluzioni tecnologiche relative all’integrazione delle energie rinnovabili e della generazione distribuita nella rete. Nella stessa categoria trovano spazio tutte le applicazioni necessarie alla diffusione delle auto elettriche.
5. Transmission Automation (TA): la rete di
trasmissione attuale dovrà essere sviluppata, ampliata e automatizzata al fine di rendere efficiente il trasporto, tenendo in considerazione la presenza dei sistemi di
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accumulo e della generazione diffusa. I prodotti in questa categoria sono atti ad aumentare la capacità di trasmissione, migliorare il monitoraggio in tempo reale e la gestione delle congestioni, il coordinamento tra gli operatori delle reti di distribuzione ed il gestore della rete di trasmissione.
6. Advanced Communications Infrastructures
(COM): questa area include i prodotti necessari al potenziamento e all’implementazione di reti dati bidirezionali, l’implementazione dei sistemi dati e l’integrazione del controllo della produzione e della trasmissione e distribuzione.
7. IT System Integration (ITS) include le tecnologie
ed i servizi di IT delle utility e della rete, inclusa la cyber security, il tutto finalizzato all’integrazione tra i sistemi di monitoraggio e controllo della previsione della domanda.
Per ciascuna delle sette categorie sono stati identificati prodotti e servizi (in totale 64) che sono necessari alla maturazione delle Smart Grid in quell’area, organizzandoli per ordine di evoluzione della Smart Grid. E’ noto infatti che spesso l’implementazione di una nuova tecnologia richiede la presenza di alcune condizioni di base necessarie (tecnologie abilitanti). Proprio per questo motivo che le iniziative sono poste su una scala progressiva. Sempre identificando le Smart Grid come un processo evolutivo della rete, sono stati identificati 9 distinti scenari di maturazione progressiva delle Smart Grid, combinazione dell’evoluzione dei singoli prodotti. Gli scenari sono livelli di progresso della rete, da quello “non smart” Smart Grid Zero (SG0) a quello più evoluto Smart Grid Otto (SG8), come illustrato in figura.
Il modello è stato definito includendo informazioni circa i parametri industriali e di costi, inserendo informazioni sul sistema elettrico italiano e la situazione generale delle Smart Grid. L’Italia, data la sua situazione di privilegio per quanto riguarda la presenza di contatori intelligenti ed altre infrastrutture necessarie, si colloca già con una evoluzione di SG1 completata. Alcune delle scelte tecnologiche che determineranno lo sviluppo delle Smart Grid non sono ancora definite in un quadro stabile in quanto il mercato è tuttora attendista riguardo alcune scelte prevalenti (quali per esempio la tecnologia e l’infrastruttura di comunicazione). Queste problematiche sono state considerate nel modello inserendo elementi di incertezza sulla definizione dei singoli costi. Per cui è stato sviluppato un Low Cost scenario ed un High Cost Scenario per tutte le analisi, cercando di prevedere nella forchetta i due estremi di costi dei singoli prodotti e servizi. Key finding 1 - L’evoluzione della rete verso le Smart Grid prevede una forte integrazione di differenti aspetti tecnologici A fronte dell’evoluzione delle Smart Grid, le tipologie di prodotti e servizi necessari sono molto variegati e non presentano una netta prevalenza (in numero) di qualche specifica tipologia rispetto ad altre. Questo fatto conferma l’evidenza che le Smart Grid maturano in sinergia tra più ambiti di innovazione e
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rappresentano la convergenza di diverse tecnologie applicate in una visione integrata.
Numbero di prodotti/servizi suddivisi per tipologia e per livello di maturazione
0
2
4
6
8
10
12
SG2 SG3 SG4 SG5 SG6 SG7 SG8
IT SYSTEMS
COMMUNICATIONS
DERINTEGRATION/STORAGE
TRANSMISSIONAUTOMATION
DISTRIBUTIONAUTOMATION
DEMAND RESPONSE
SMART METER/SMARTHOME
Key finding 2 - Il mercato delle Smart Grid in Italia prevede investimenti a full-life tra i 68 ed i 106 miliardi di dollari da investire in infrastrutture, prodotti e servizi Gli investimenti nel settore delle Smart Grid in Italia saranno compresi tra i 5,2 e 7,6 miliardi di dollari per il prossimo passo tecnologico che il nostro Paese dovrà compiere (SG2), per crescere poi in modo continuativo. Per avere una implementazione pressoché completa delle Smart Grid in Italia si coprirà un mercato cumulativo tra i 68 e 106 miliardi di dollari (SG8), includendo gli investimenti già effettuati. L’incertezza dei valori aumenta ovviamente con lo sviluppo degli scenari a causa della sempre maggiore incertezza tecnologica delle soluzione tecniche che andranno via via affermandosi. Il picco di investimenti che si prevede in SG7 è dovuto alla preponderante implementazione di elettrodomestici intelligenti (smart appliances) sulla rete domestica fino al full building automation.
Investimenti in CAPEX nel settore Smart Grid - ItaliaIncrementale
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
35.000
40.000
SG2 SG3 SG4 SG5 SG6 SG7 SG8
mill
ion
US
D
HIGH Cost
LOW Cost
Investimenti in CAPEX nel settore Smart Grid - Italia
Cumulativo
0
20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
120.000
SG2 SG3 SG4 SG5 SG6 SG7 SG8
mill
ion
US
D
HIGH Cost
LOW Cost
Key finding 3 – Il 50% dei costi necessari per il prossimo step tecnologico in Italia è destinato all’area Smart Meter e Smart Home, mentre il resto riguarderà i sistemi di comunicazione e distribution automation Le diverse tipologie di prodotti pesano in modo differente sul valore degli investimenti capitali necessari. Nel prossimo step tecnologico evolutivo (SG2) per lo scenario di High Cost il 50% degli investimenti sarà destinato all’evoluzione ulteriore degli smart meter (Advanced Automated Smart Meters) per aumentarne le funzionalità, il 33% sono investimenti in distribution automation mentre il rimanente in sistemi di comunicazione.
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Il trend varia ampiamente avanzando con le fasi di sviluppo, via via che si gestirà l’introduzione delle energie rinnovabili e della generazione diffusa, l’automazione della trasmissione e della distribuzione. Traguardando la completa evoluzione delle Smart Grid (quindi cumulativa), circa il 49% degli investimenti totali si colloca nell’area Smart Meter and Smart Home (soprattutto dovuto agli Smart Appliance), il 32% in Distribution Automation, il 18% in Integration of Distributed Energy Resources/Energy Storage mentre il 16% in Demand Response. L’automazione della rete di trasmissione ha un investimento a fine vita molto inferiore rispetto all’investimento necessario per la Distribution Automation (circa 1/10).
Percentuale di CAPEX per tipologia di prodotto/servizio sul dato
incrementale - HIGH Cost Scenario
16% 13%
33%
99%
19%
78%
3%
39%
52%
22%
47%
40%
49%
50%
17%
61% 60%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
SG2 SG3 SG4 SG5 SG6 SG7 SG8
COM DA DER DR ITS SM TA
Key finding 4 – I settori industriali dell’elettrotecnica strumentale e dell’elettronica svilupperanno prodotti e servizi da 4,7 a 6,9 miliardi di dollari per il prossimo step tecnologico (SG2) – circa il 90% del totale I prodotti e servizi necessari per l’implementazione delle Smart Grid vengono sviluppati in settori industriali differenti, a dimostrare -anche in questo caso- la necessità di una integrazione e collaborazione tra le differenti filiere o anche l’opportunità per singole integrazioni orizzontali di imprese col fine di catturare completamente il service offering. Tutti i prodotti necessari per lo sviluppo di una Smart Grid sono classificabili entro queste categorie direttamente identificabili in un preciso settore industriale italiano: apparecchi meccanici ed elettrici, elettronica e strumenti di precisione, elettrotecnica strumentale, servizi ITC, installazione ed O&M e servizi generali.
Risulta evidente come i settori dell’elettrotecnica strumentale e dell’elettronica siano quelli a maggiore investimento, seguiti temporalmente dagli elettrodomestici intelligenti (in apparecchi meccanici ed elettrici).
Investimenti in CAPEX (per settore industriale)HIGH Cost Scenario
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
35.000
40.000
SG2 SG3 SG4 SG5 SG6 SG7 SG8
Mill
ions
US
D
SERVIZI GENERALI
INSTALLAZIONE, O&M
SERVIZI ITC
ELETTRONICA e STRUM ENTIDI PRECISIONE
ELETTROTECNICASTRUM ENTALE
APPARECCHI M ECCANICI EDELETTRICI
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Investimenti in CAPEX (per settore industriale)LOW Cost Scenario
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
SG2 SG3 SG4 SG5 SG6 SG7 SG8
Mill
ion
s U
SD
SERVIZI GENERALI
INSTALLAZIONE, O&M
SERVIZI ITC
ELETTRONICA e STRUM ENTIDI PRECISIONEELETTROTECNICASTRUM ENTALEAPPARECCHI M ECCANICI EDELETTRICI
Key finding 5 – Il settore dell’elettrotecnica strumentale è quello maggiormente attivo per lo sviluppo delle Smart Grid a vita intera Considerando il mercato fino alla piena maturazione delle Smart Grid nello scenario High Cost, il 35% degli investimenti viene fatto nel settore dell’elettrotecnica strumentale (per un totale di 37,7 miliardi di dollari), mentre il 30% in elettronica e strumenti di precisione (per un totale di 32,5 miliardi) ed il 22% in apparecchi meccanici ed elettrici (per un totale di 23,2 miliardi). Questi sono i tre settori che possono maggiormente catturare l’opportunità industriale delle Smart Grid in Italia.
CAPEX percentuale (per settore industriale) per il dato cumulativoHIGH COST Scenario
4% 7% 5%
19% 17%25% 22%
45%
56%
43%
40% 42% 31% 35%
41%
30%
31%
24% 22% 30% 30%
5% 3%
15% 11% 11% 8% 6%
4% 5% 5% 4% 4% 4% 4%1% 0% 1% 2% 4% 3% 3%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
SG2 SG3 SG4 SG5 SG6 SG7 SG8
SERVIZI GENERALI
INSTALLAZIONE, O&M
SERVIZI ITC
ELETTRONICA e STRUM ENTIDI PRECISIONEELETTROTECNICASTRUM ENTALEAPPARECCHI M ECCANICI EDELETTRICI
Key finding 6 – In uno scenario di sviluppo delle Smart Grid moderato, si prevedono investimenti in Italia da 4,8 a 7,3 miliardi di dollari fino al 2020 I dati precedentemente sviluppati mostrano la potenzialità del mercato nel settore degli investimenti delle Smart Grid a fronte di una
maturazione continua della rete. Ovviamente da un punto di vista reale e di mercato, l’implementazione delle Smart Grid dovrà confrontarsi con altre considerazioni e tendenze che vanno ben oltre gli aspetti puramente tecnologici, quali per esempio il trend di crescita economica e dei consumi in Italia, la volontà di intervenire e le nuove esigenze dei soggetti investitori (utility, TSO, DSO, privati cittadini), il quadro normativo e regolatorio, nonché le decisioni strategiche di grandi player del settore energetico italiano. Data l’alta variabilità di queste considerazioni, sono stati identificati tre scenari che ipotizzano una differente penetrazione delle tecnologie di Smart Grid nella realtà italiana. I tre scenari sono denominati di “implementazione lenta”, di “implementazione moderata” e di “implementazione piena”. In questo modo è stato possibile temporizzare le varie iniziative, prevedendo anche una sovrapposizione tra le tecnologie (cioè implementazioni in parallelo). Applicando i modelli, si scopre come verosimilmente (scenario moderato) in Italia si svilupperà investimenti da 4,8 a 7,3 miliardi di dollari fino al 2020, da 13,5 a 20,9 miliardi fino al 2030 e da 48,2 a 78,9 miliardi di dollari al 2050 (dati cumulati). L’analisi di questi dati è ovviamente stimata dal modello e, come detto, è fortemente dipendente da fattori esogeni all’ambito tecnologico e quindi di variabile applicazione.
Investimento totale cumulato (per scenario) - High Cost
0
20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
120.000
2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
Mili
on
i US
D
Lento
Moderato
Pieno
7
Investimento totale cumulato (per scenario) - Low Cost
0
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
70.000
2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
Mili
on
i US
D
Lento
Moderato
Pieno
Analizzando singolarmente il valore incrementale si nota come per ogni quinquennio a venire il valore del mercato delle Smart Grid sia in continua crescita.
CAPEX incrementale - Scenario implementazione moderata
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
35.000
40.000
2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
mil
lio
n U
SD
HIGH Cost
LOW Cost
Prospettive del mercato globale Il trend di forte crescita non è solamente a livello italiano ma anche a livello internazionale, mostrando come il mercato delle Smart Grid sia globalmente molto attivo. Di seguito sono riportati i principali risultati di altri studi di mercato: � gli investimenti in progetti di Smart Grid sono
stati nel 2010 circa 16 miliardi di dollari a livello globale (Pike Research 2011);
� gli investimenti mondiali nel settore Smart Grid saranno di circa 200 miliardi di dollari fino al 2015, registrando una decisa crescita negli anni a venire (Pike Research 2011);
� in Europa ci saranno 80 miliardi di dollari in investimenti totali nel settore fino al 2020, principalmente nel settore trasmissione, smart meters, distribution and sub station automation (Pike Research 2011);
� altre stime mondiali identificano investimenti di 378 miliardi di dollari nel settore Smart Grid fino al 2030, di cui l’80% in dieci paesi di cui principalmente Stati Uniti e Cina (che prevede investimenti per 99 miliardi di dollari al 2030) (Innovation Observatory 2010)
I risultati dei diversi studi differiscono in base alla metodologia utilizzata, ragione per cui non sono confrontabili in con precisione. Nonostante ciò, offrono un ordine di grandezza significativo ed un chiaro trend di crescita utile per inquadrare la situazione globale. Looking Forward… I crescenti investimenti nelle Smart Grid rappresentano una grande opportunità per le imprese sia a livello nazionale che internazionale. Da un punto di vista infrastrutturale e di prodotto, le Smart Grid non sono un “one single product”, bensì consistono in un aggregato organico di tecnologie che sostengono l’evoluzione della rete elettrica e dei suoi utilizzi. Da qui la necessità da parte dei player operanti nel settore di una integrazione a livello industriale, di filiera e di ricerca (le cosiddette “cross industry opportunities”). Le imprese devono cogliere l’occasione di entrare in tempo in questo mercato in crescita, attraverso lo sviluppo di prodotti in linea con l’evoluzione del settore, partnership con altre imprese o acquisizioni finalizzate all’aumento della propria esperienza nel settore. Al momento è presente una forte frammentazione lungo tutta la value chain, fatto questo che riduce la possibilità di coglierne completamente le opportunità. A livello mondiale l’integrazione e l’acquisizione di competenze da parte delle imprese è stato principalmente sviluppato attraverso attività di Merger e Acquisition (M&A) che ha raggiunto un picco per il settore delle Smart Grid nel 2011 e che mostra una continua crescita al pari degli investimenti: dai circa 130 milioni di dollari di M&A del 2007 ai 10,6 miliardi di dollari nel 2011 (Dati Memoori Market Research). Le imprese più attive nell’attività di M&A sono le grandi imprese mondiali di tecnologia ed i conglomerati globali. In particolare anche le aziende del settore IT e Communication sono state molto attive, vedendo nelle Smart Grid una opportunità di differenziare ed integrare i loro prodotti da un
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mercato tradizionalmente molto concentrato e competitivo. Il mercato è tradizionalmente caratterizzato da una impronta tecnologica, che rappresenta comunque un aspetto di seconda importanza rispetto alla vera priorità del successo: la presenza di sinergia tra i settori e di integrazione dei prodotti e delle funzionalità nell’unico ambito delle Smart Grid. Il sistema pubblico, oltre ovviamente a favorire lo sviluppo della domanda attraverso iniziative di Smart Grid coordinate, deve favorire lo sviluppo di sinergie tra le filiere ed i diversi settori nonché favorirne l’internazionalizzazione. Nei prossimi anni gli investimenti aumenteranno lungo tutti i settori correlati allo sviluppo delle Smart Grid: l’industria italiana può cogliere questa opportunità, valorizzando al meglio le proprie eccellenze e competenze.
Febbraio 2012 EnergyLab è una Fondazione no-profit che si propone di promuovere ricerca, sviluppo e divulgazione nel settore dell’energia e dell’ambiente. Sono partner fondatori la Regione Lombardia, RSE, le cinque Università milanesi (Università Cattolica del Sacro Cuore, Politecnico di Milano, Università Commerciale L. Bocconi, Università degli Studi di Milano ed Università degli Studi di Milano-Bicocca), la Fondazione Aem, la Fondazione Edison e il Comune di Milano. Per ulteriori informazioni circa la Fondazione e questa ricerca visita www.energylabfoundation.org nell’area attività/advisoring
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