Allegato Anev_Studio Poyry

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DEFINIZIONE DELLE “BEST PRACTICE” PER LA
SOSTITUZIONE DEI ‘MAJOR COMPONENTS’ NEGLI
AEROGENERATORI DEGLI IMPIANTI EOLICI
Nota tecnica per ANEV
14 Marzo 2016
SOSTITUZIONE COMPONENTISTICA
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PÖYRY MANAGEMENT CONSULTING
Anev_Poyry_Sostituzione Componentistica_14032016_V_1.0.docx
2
INDICE
1.
INTRODUZIONE
4
2.
PRINCIPALI RISULTATI
5
3.
I CONTRATTI DI “OPERATION & MAINTENANCE”
6
4.
GLI INTERVENTI DI MANUTENZIONE STRAORDINARIA: PRASSI
OPERATIVA
7
L’UTILIZZO DI COMPONENTI RIGENERATE: PRASSI OPERATIVA
9
5.1
Ottimizzazione dei costi di esercizio e manutenzione
9
5.2
Flessibilità di intervento da parte degli operatori degli impianti e
garanzia di disponibilità dei componenti
9
5.
5.3
Riduzione dell’impatto ambientale
ALLEGATO A – BIBLIOGRAFIA
10
13
3
1.
INTRODUZIONE
L’incremento significativo di installazione di nuovi impianti eolici a livello mondiale si è
tradotto in un incremento del parco macchine su cui dover procedere con l’esercizio e la
manutenzione. Il presente documento ha lo scopo di:

Descrivere, in maniera sintetica, come il settore eolico tipicamente affronta questa
esigenza, sia a livello di tutele contrattuali che garantiscano l’operatività dell’impianto,
sia a livello di tipologia di interventi manutentivi.

Analizzare, nel contesto europeo e nazionale, la pratica di utilizzo di parti di ricambio
riparate/rigenerate nella sostituzione di componenti che hanno subito guasti tipica di
qualsiasi industria manifatturiera.
4
2.
PRINCIPALI RISULTATI
L’esercizio e la manutenzione di impianti eolici rappresenta l’elemento chiave nel
processo di generazione di energia elettrica da fonte eolica. A fronte di un rallentamento
della crescita della capacità installata in mercati maturi come quello americano ed
europeo, ci si trova a dover gestire un parco macchine che a fine 2015 ha superato i 430
GW a livello globale. In virtù di questo, l’attenzione si sta spostando sempre più
sull’ottimizzazione delle attività di Operation & Maintenance (“O&M”).
Alla stregua di molti altri settori industriali e produttivi maturi, l’industria fornitrice di
componentistica degli impianti eolici si trova, dunque, a dover affrontare una sfida
importante per garantire la disponibilità di ricambi che assicuri la continuità operativa dei
parchi eolici.
In quest’ottica, fin dall’avvio dell’industria eolica su scala internazionale, la pratica di
utilizzare componenti rigenerate1 come componentistica di ricambio, rappresenta un
elemento chiave per la sostenibilità di un industria, sia in termini di costi, che di
disponibilità di risorse, che di impatto ambientale.
I modelli economici/finanziari su cui si sono basati gli investimenti nel passato e su cui è
definita la bancabilità dei nuovi progetti è fondata su costi d’ investimento (CAPEX) e di
O&M (OPEX) secondo le condizioni standard di mercato che non prevedono limitazioni
circa la ricambistica utilizzabile nel corso di vita dell’impianto. Mettere in discussione
questa pratica, tipica dell’industria manifatturiera, potrebbe mettere in crisi gli investimenti
già effettuati e gli investimenti futuri.
Per quanto concerne la disponibilità della ricambistica, come definito precedentemente, in
una situazione di mercato che ha visto l’installato crescere in 10 anni da 59 GW ad oltre
430 GW una limitazione di questo tipo potrebbe creare problemi sulla disponibilità delle
parti di ricambio. Occorre inoltre considerare che anche la tecnologia in pochi anni è
passata da taglie di 1 MW a taglie di oltre 3MW con alcuni modelli ormai obsoleti che
sono state messi fuori produzione e la cui ricambistica è ormai presente solo sul mercato
del rigenerato.
Infine, l’aspetto ambientale rappresenta un elemento fondamentale per un settore, come
quello delle energie rinnovabili, la cui ragione d’essere è fortemente legata agli obiettivi di
riduzione delle emissioni inquinanti stabilite originariamente dal Protocollo di Kyoto e poi
dalle politiche di de-carbonizzazione adottate, ad esempio, a livello europeo e globale
(es. Pacchetto Clima – Energia 20-20-20. Quadro Clima – Energia 2030, Accordo COP21
di Parigi post 2020).
Come sancito dalle citate politiche, tale riduzione non si deve solo basare solo sulla
generazione elettrica a zero emissioni, ma deve anche essere fondata su una politica di
riduzione dei costi energetici e ambientali dell’intero settore industriale e l’utilizzo di
componentistiche riparata/rigenerate va proprio in questo senso.
1
Rigenerazione: per rigenerazione in questo testo s’intende l’attività di riparazione dei componenti
che richiede l’invio della componente stesso in officina.
5
3.
I CONTRATTI DI “OPERATION & MAINTENANCE”
I classici e più diffusi contratti di O&M sul mercato europeo sono tipicamente
omnicomprensivi e prevedono:

La manutenzione programmata

La manutenzione ordinaria

La manutenzione straordinaria

Il monitoraggio dell’impianto 24 ore su 24 per 365 giorni all’anno;

Tutte le parti di ricambio (minor and major spare parts, consumable,..)
Questa formula rappresenta quella che espone il proprietario di impianto a minori rischi,
si tratta quindi della formula maggiormente richiesta dai soggetti finanziatori.
Da tempo questi contratti, con una durata che varia tra i 3 e i 10 anni, sono in capo ai
fornitori di turbine stessi che garantiscono la “disponibilità” del Parco Eolico. Per
disponibilità s’intende la frazione di un determinato periodo di riferimento in cui l’impianto
eolico (composto da un certo numero di turbine eoliche) genera energia secondo le
specifiche di funzionamento. La disponibilità garantita contrattualmente può variare tra un
95% e 98% su base annua. Nel momento in cui tale disponibilità non è raggiunta
l’operatore dell’impianto è tenuto a pagare delle penali calcolate sulla base della mancata
disponibilità.
Negli ultimi anni si sono diffuse altre formule di Operation & Maintenance di impianti
eolici, come ad esempio:

Soluzioni ibride in cui parte delle attività/responsabilità sono in carico al proprietario e
parte in capo all’operatore. Un esempio di ripartizione delle responsabilità è quella in
cui il proprietario dell’impianto fornisce i componenti di ricambio e l’operatore si
occupa degli interventi manutentivi.

Soluzioni “In house” in cui il proprietario dell’impianto internalizza completamente le
attività di O&M occupandosi interamente dell’esercizio e della manutenzione del
parco (comprese le parti di ricambio).
Queste formule sono, per ora, adottate dalle società maggiormente strutturate e a
vocazione industriale che detengono un numero significativo di impianti di grande taglia.
6
GLI INTERVENTI DI MANUTENZIONE
STRAORDINARIA: PRASSI OPERATIVA
4.
La garanzia di disponibilità nel contratto di O&M di un impianto eolico, come definito
precedentemente, rappresenta quindi l’elemento che spinge gli operatori d’impianto a
ottimizzare il più possibile gli interventi manutentivi in modo da ridurre sia il potenziale
rischio di fermo (attraverso la manutenzione preventiva ed ordinaria) che le tempistiche di
fermo nel momento in cui si debba intervenire per guasti nella componentistica.
Nell’ambito degli interventi di manutenzione straordinaria, gli interventi su moltiplicatore di
giri e generatore rappresentano la maggiore criticità manutentiva sia in termini di costo
che di fermo macchina come mostrato in Figura 1.
Figura 1 – Giorni medi di fermo per tipologia guasto
8.0
Giorni di fermo
7.0
6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0.0
Fonte: (2010) UPPSALA UNIVERSITET
Da un punto di vista della certificazione, i “major components”, di cui il generatore ed il
moltiplicatore di giri sono elementi chiave, fanno parte di un sistema turbina, progettato e
certificato per una vita utile di 20 anni; nonostante questo, nella pratica, alcuni
componenti, specialmente quelli più sollecitati, sono soggetti a guasti più o meno rilevanti
nel corso della loro vita e richiedono interventi di manutenzione straordinaria.
Il moltiplicatore di giri e il generatore di una turbina rientrano in questa categoria e
tipicamente necessitano due cicli rigenerativi nel corso della vita dell’impianto2.
Tenendo in considerazione la peculiarità del settore eolico in cui i componenti non sono
ubicati in posizioni facilmente accessibili come in un normale ciclo produttivo, ma sono
alloggiate fino a 120 metri di altezza dal suolo, a seconda dell’entità e della natura del
danno e di quando viene rilevato, la manutenzione straordinaria può richiedere, nella
peggiore delle ipotesi, lo smontaggio completo del componente tramite gru e l’invio
2
Fonte: European Wind Services Study_ Deloitte_2012
7
presso officine specializzate nella rigenerazione. Al fine di evitare un fermo macchina
prolungato che avrebbe un impatto sulla produzione e contrattualmente sulla garanzia di
disponibilità dell’impianto eolico, una volta smontato il componente e calato con la gru a
terra, si provvede a sostituirlo con un altro componente, nuovo o rigenerato, proveniente
dal magazzino dell’operatore dell’impianto (o del fornitore al quale l’operatore d’impianto
si appoggia).
Il componente danneggiato viene, nel frattempo, inviato in officina, rigenerato e quindi
reinserito nel magazzino dei componenti di ricambio, pronto per essere riutilizzato sullo
stesso impianto o su impianti simili come componente di ricambio.
A seconda delle casistiche lo stoccaggio delle parti di ricambio può avvenire:

Presso un magazzino centralizzato che è in grado di fornire più parchi eolici a livello
europeo (anche appartenenti a diversi proprietari) che utilizzano la stessa tecnologia.
Questa formula è la più comune in quanto i costi di stoccaggio per il
produttore/riparatore di un componente specifico sono più bassi rispetto ai costi di
stoccaggio che dovrebbe affrontare il proprietario di uno o più impianti.

Presso un magazzino centralizzato che è in grado di fornire più parchi eolici a livello
nazionale operati dal medesimo operatore. Questa formula è utilizzata
principalmente dai Service Provider indipendenti che gestiscono un certo numero di
impianti di diversi proprietari.

Presso un magazzino locale. Questa formula è utilizzato laddove il proprietario
d’impianti detenga un numero considerevole di parchi eolici nella stessa
regione/Paese con tecnologie uniformi (stessi modelli di generatore eolico).
Prendendo come esempio il moltiplicatore di giri di un impianto eolico, l’intervento in
officina di rigenerazione può consistere nella riparazione o sostituzione dei sotto
componenti, alla sostituzione dell'intero moltiplicatore di giri (nel caso di danneggiamenti
di entità notevole che non rendono economicamente sostenibile una
riparazione/rigenerazione).
I componenti inviati in officina sono rigenerati e ricollaudati ed escono dall’officina dopo
essere stati sottoposti a tutti i test necessari per verificarne l’affidabilità.
Vista la “criticità” di alcuni componenti e le garanzie contrattuali in essere, tipicamente il
componente è inviato presso le officine specializzate del fornitore del componente
stesso3 o presso centri di rigenerazione specializzati in multimarche. Questi centri sono
dotati delle apparecchiature necessarie per la rigenerazione e conseguente collaudo dei
componenti su banchi prova e vengono reimmessi sul mercato con la garanzia sul
componente. Prendendo come esempio Moventas, che è uno dei soggetti specializzati su
interventi di rigenerazione di moltiplicatori di giri multimarca, i centri di rigenerazione si
trovano in Germania e Finlandia.
3
Ad esempio: Moventas, Winergy, Hansen
8
5.
L’UTILIZZO DI COMPONENTI RIGENERATE: PRASSI
OPERATIVA
La rigenerazione dei componenti di una turbina eolica rappresenta quindi un elemento
importante nell’economia e nella logistica manutentiva degli impianti.
Come citato al Paragrafo 2, l’utilizzazione di parti rigenerate nelle attività di O&M di
impianti eolici rappresenta una prassi nell’industria manifatturiera, come ad esempio nel
settore automobilistico.
I vantaggi derivanti da questa prassi operativa sono molteplici:


Maggiore flessibilità di intervento da parte degli operatori degli impianti e garanzia di
disponibilità dei componenti

Riduzione dell’impatto ambientale.
5.1
Sia a livello italiano che europeo, i contratti di O&M “omnicomprensivi” di impianti eolici
tipicamente non contengono vincoli circa le parti di ricambio utilizzabili nelle attività di
manutenzione degli aerogeneratori (componenti nuovi o rigenerati). Gli unici vincoli sono
rappresentati dalla garanzia di disponibilità e dal fatto che i componenti principali rientrino
nella lista delle marche con cui la turbina è stata certificata (Type Certificate). I contratti di
O&M pertanto vengono negoziati sulla base di questi presupposti.
Prendendo come esempio un moltiplicatore di giri, occorre considerare che il costo di
rigenerazione economicamente sostenibile può arrivare al massimo al 70% del costo a
nuovo (per costi superiori non si procede alla riparazione). Considerando che il prezzo
medio di un moltiplicatore di giri nuovo per una turbina da 2MW è pari a circa 150.000 –
180.000 Euro, il risparmio che si ottiene con l’utilizzo di un componente rigenerato è
conservativamente stimabile in circa 45.000 – 50.000 Euro4.
Considerando quanto sopra riportato, limitare la possibilità di parti rigenerate per
l’operatore di un impianto eolico ha sicuramente un impatto economico sia sui contratti in
essere (che comunque andrebbero rinegoziati) che sui nuovi contratti. L’ impatto
economico potrebbe essere tale da non rendere più sostenibili investimenti che in
passato erano stati erogati sulla base di modelli economico/finanziari che prevedevano
costi di O&M basati sulla prassi industriale in essere. La stessa bancabilità di nuovi
progetti potrebbe essere compromessa.
5.2
Flessibilità di intervento da parte degli operatori degli impianti
e garanzia di disponibilità dei componenti
Interventi di manutenzione straordinaria che richiedono la rimozione a terra di componenti
e l’invio a centri specializzati di riparazione, potrebbero portare a tempistiche di fermo
macchine di alcune settimane. La sostituzione del componente con ricambi disponibili
permette di ridurre considerevolmente il fermo macchina. La disponibilità dei ricambi
4
Fonte: WindPower Monthly e Pöyry
9
pronti all’uso rappresenta, in questo senso, un elemento cruciale e l’eventuale limitazione
al solo utilizzo di parti di ricambio nuove potrebbe creare significativi problemi di fornitura.
Occorre inoltre considerare che in alcune situazioni, in particolar modo su impianti eolici
che hanno più di 10 anni, l’utilizzo di componenti rigenerati può rappresentare l’unica
alternativa in situazioni in cui i componenti risultino fuori produzione oppure la Società
fornitrice del componente non risulti più presente sul mercato.
La necessità di ricambistica sta diventando sempre più impellente se si tiene conto sia
della crescita esponenziale della capacità installata a livello globale che nel 2015 ha
raggiunto i 432 GW, che della crescita dell’età media del parco macchine nei mercati
maturi.
Figura 2 –Capacità eolica installata cumulata a livello globale
500
[GW]
432
400
370
319
283
300
238
198
200
100
159
74
48 59
39
17 24 31
94
121
0
Fonte: GWEC
5.3
Riduzione dell’impatto ambientale
L’utilizzo di parti rigenerate rappresenta una strategia collaudata nell’industria
manifatturiera al fine di ridurre l’impatto ambientale nel ciclo di vita di un prodotto.
“L’Automotive Parts Remanufacturers Association” ha calcolato che l’attività di
rigenerazione di componenti permette di risparmiare l’85% dell’energia richiesta per
generare un nuovo prodotto. Un elemento significativo è rappresentato dal fatto che
l’attività di rigenerazione nel settore automobilistico consente di risparmiare 400 trilioni
Btu di energia che rappresentano una quantità di energia sufficiente per alimentare 6
milioni di automobili all’anno5. A questo si aggiunge una riduzione significativa dei rifiuti
solidi che si genererebbero da una dismissione sistematica dei componenti guasti. In
5
Fonte: Automotive Parts Remanufacturers Association
10
componenti caratterizzati da notevoli volumi e dimensioni e caratterizzati dall’utilizzo di
materie prime nobili (acciaio, rame, etc.) come le turbine eoliche, questo aspetto assume
un peso ancora più rilevante.
Nella ricerca “Analysis of the environmental impact on remanufacturing wind turbines” del
“Rochester Institute of technology” è stata sviluppata un’analisi dettagliata circa i vantaggi
ambientali derivanti dalla rigenerazione dei componenti di turbine eoliche. In particolare,
considerando un intervento di rigenerazione generale dei componenti all’interno di una
navicella di una turbina eolica, è stato dimostrato che l’utilizzo di parti rigenerate consente
di ridurre l’impatto ambientale tra il 50% ed il 90% (a seconda della tipologia di intervento
rigenerativo condotto) rispetto all’utilizzazione di componenti nuovi (Si veda la Tabella 1
sottostante).
Rigenerazione
Sostituzione con
nuovi componenti
Tabella 1: Impatti ambientali derivanti dall’utilizzazione di nuovi componenti e
dalla rigenerazione dei componenti esistenti
H [Pt.]*
H [%]*
Scenario Base: Sostituzione dei componenti
all’interno della navicella con componenti nuovi
39,139
100%
Scenario 1: intervento con nuovi cuscinetti
(generatore, albero di trasmissione e moltiplicatore
di giri) ed ingranaggi (moltiplicatore di giri)
19,703
50%
Scenario 2: Intervento con rigenerazione dei
cuscinetti e degli ingranaggi esistenti
2,937
8%
Scenario 3: intervento con nuovi cuscinetti e
rigenerazione degli ingranaggi esistenti
10,633
27%
Scenario 4: intervento con rigenerazione cuscinetti
e con nuovi ingranaggi
12,006
31%
Nota alla tabella: risultati SimaPro degli impatti ambientali derivanti dall’utilizzazione di nuovi componenti e
dalla rigenerazione dei componenti esistenti, e confronto espresso in termini percentuali (ReCIPe Endpoint).
*H Hierarchist perspective. Prospettiva Gerarchica. Il metodo di valutazione di impatto Eco-Indicator 99 tiene
anche conto di indicatori culturali.
Fonte: Rochester Institute of Technology
Lo studio si basa sulla metodologia di ‘Impact Assessment’ ‘Ecoindicator 99’. Sviluppato
dal centro CML dell’Università di Leiden (Olanda), rappresenta uno dei sistemi più
utilizzati in Europa. L’ ‘Ecoindicator 99’ permette di aggregare in un unico valore (Eco
indicator Point ‘Pt’) la valutazione ambientale complessiva. Il metodo esprime gli impatti
in tre macro-categorie di danno, connesse ai seguenti aspetti:
11

Alla Salute umana;

Alla qualità degli ecosistemi;

Alle risorse.
La valutazione del danno nelle tre categorie è poi aggregata, come definito
precedentemente, in un unico indice (Eco indicator Point – Pt) che permette di dare un
“punteggio” agli scenari. Quanto più elevato è il valore dell’ Eco indicator Point (Pt), tanto
maggiore è il danno causato dal processo in esame6.
6
Fonte: EcoDesign ed LCA: aspetti metodologici. Università Bocconi.
12
ALLEGATO A – BIBLIOGRAFIA










Operation and Maintenance Agreement Issues for Wind Turbines_Briefing Note
(Clifford Chance_February 2012).
“Remanufacturing: An Answer to Global Warming.” An internal White Paper of the
Automotive.
Spare Part Logistics and Optimization for Wind Turbines - Methods for Cost-Effective
Supply and Storage Mattias Lindqvist Jonas Lundin (2010)UPPSALA UNIVERSITET.
WEU Onshore Asset Optimisation and Reliability Benchmarking Report 2015.
Rochester Institute of Technology_7-30-2012 Analysis of the environmental impact
on remanufacturing wind turbines Manuel Sosa Skrainka.
Article ‘The gearbox repair market continues to grow’ 25 August 2011 by Sara Knight
European Wind Services Study_ Deloitte_2012
World Wind Energy Market Update 2015, published by BTM Consult
GWEC_ GLOBAL WIND STATISTICS 2015.
EcoDesign ed LCA: aspetti metodologici. Università Bocconi. Andrea
Fontanella.15.11.12
13
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