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Cleaner energy microgrids under market power and limited regulation in developing countries

Questo studio presenta un modello di gioco bi-livello per ottimizzare i microgrid energetici in paesi in via di sviluppo, dimostrando che l'introduzione di tetti tariffari e feed-in tariff, combinata con una maggiore penetrazione del solare fotovoltaico, permette di massimizzare il surplus economico delle famiglie e raggiungere una quota di energia rinnovabile fino al 100%, mitigando al contempo il potere di mercato dei generatori diesel monopolistici.

Autori originali: Elsa Bou Gebrael (American University of Beirut, Maroun Semaan Faculty of Engineering and Architecture, Industrial Engineering and Management Department Beirut, Lebanon), Majd Olleik (American Univers

Pubblicato 2026-03-19

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CC BY 4.0

Autori originali: Elsa Bou Gebrael (American University of Beirut, Maroun Semaan Faculty of Engineering and Architecture, Industrial Engineering and Management Department Beirut, Lebanon), Majd Olleik (American University of Beirut, Maroun Semaan Faculty of Engineering and Architecture, Industrial Engineering and Management Department Beirut, Lebanon), Sebastian Zwickl-Bernhard (Vienna University of Technology, Institute of Energy Systems and Electrical Drives, Energy Economics Group)

Articolo originale sotto licenza CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Questa è una spiegazione generata dall'IA dell'articolo qui sotto. Non è stata scritta né approvata dagli autori. Per precisione tecnica, consulta l'articolo originale. Leggi il disclaimer completo

Immagina di vivere in un quartiere dove la luce elettrica della città arriva a intermittenza, come un ospite che entra ed esce senza preavviso. In molti paesi in via di sviluppo, come il Libano, la gente ha dovuto arrangiarsi: i vicini si sono uniti per comprare un grande generatore diesel. È come se avessero un "generatore di quartiere" che funziona, ma costa molto, inquina l'aria e, soprattutto, è gestito da un unico proprietario (la DGC) che decide a chi dare la luce e a che prezzo. Questo proprietario ha un potere enorme: è un monopolio.

Intanto, molte famiglie hanno iniziato a mettere pannelli solari sui tetti. È come se ogni casa avesse il suo piccolo "sole privato". Ma c'è un problema: quando il sole splende forte, i pannelli producono più energia di quanta ne serva alla casa, e questa energia in eccesso viene sprecata perché non c'è nessuno che la vuole comprare. Quando il sole tramonta, invece, la famiglia deve tornare a dipendere dal generatore diesel costoso.

Il cuore del problema
Gli studiosi si sono chiesti: "Come possiamo far sì che queste case con i pannelli solari vendano la loro energia in eccesso al generatore di quartiere, rendendo tutto più economico e pulito, senza che il proprietario del generatore diesel perda soldi e si arrabbi?"

Il proprietario del generatore diesel, infatti, è come un padrone di casa severo: se gli chiedi di comprare l'energia dai vicini, potrebbe dire "No, preferisco vendere la mia benzina costosa". Se il governo prova a imporre regole troppo dure, il proprietario potrebbe semplicemente spegnere il generatore, lasciando tutti al buio.

La soluzione proposta: Un gioco a due livelli
Gli autori di questo studio hanno creato un modello matematico che assomiglia a un gioco di strategia (come gli scacchi) con due mosse:

Il Primo Livello (Il Regista): Immagina un regolatore (come un sindaco o un'agenzia governativa) che ha un potere limitato. Non può licenziare il proprietario del generatore, ma può stabilire due regole del gioco:
- Un prezzo massimo che il generatore può chiedere alle famiglie per l'elettricità (un "tetto" al prezzo).
- Un prezzo minimo che il generatore deve pagare alle famiglie se vuole comprare la loro energia solare in eccesso (un "pavimento" per l'acquisto).
  L'obiettivo del Regista è massimizzare il benessere delle famiglie (farle risparmiare e avere più luce pulita), ma deve assicurarsi che il proprietario del generatore guadagni almeno quanto guadagna oggi, altrimenti il gioco si ferma.
Il Secondo Livello (Il Giocatore): Il proprietario del generatore diesel (il DGC) risponde a queste regole. Vuole massimizzare il suo profitto. Se le regole gli permettono di comprare energia solare a buon mercato e vendere a un prezzo accettabile, lo farà. Se no, continuerà a usare solo il diesel.

Cosa è successo nella prova (Il caso del Libano)
Gli autori hanno testato questa idea su un vero quartiere in Libano usando dati reali raccolti da dispositivi intelligenti. Ecco cosa hanno scoperto, usando delle metafore:

Il "Mercato del Sole": Quando il regolatore ha imposto il tetto al prezzo e il pavimento per l'acquisto, è successo qualcosa di magico. Il proprietario del generatore ha capito che era più conveniente comprare l'energia solare dai vicini (che è gratis una volta installati i pannelli) piuttosto che bruciare tutto il diesel.
Risultato: L'energia solare è passata dallo 0% al 60% dell'energia totale usata nel quartiere. È come se il quartiere avesse sostituito la maggior parte della sua benzina sporca con l'energia del sole.
Il guadagno per tutti: Le famiglie hanno pagato meno per la luce (il prezzo è sceso) e hanno guadagnato vendendo il loro surplus di energia. Il proprietario del generatore ha guadagnato di più perché ha investito in batterie e pannelli solari, riducendo i costi del diesel.
Il ruolo dei soldi (Il Budget): Se il proprietario del generatore ha più soldi da investire (un budget più alto), può comprare più pannelli e batterie. Più soldi ci sono, più il quartiere diventa verde (fino al 100% di energia rinnovabile) e più le famiglie risparmiano.

Il compromesso imperfetto
C'è un piccolo "ma". Poiché il regolatore non ha il potere assoluto di controllare la qualità della fornitura (non può obbligare il proprietario a garantire luce 24/7 se non è conveniente), in alcuni momenti di scarsa luce solare e budget limitato, ci sono stati piccoli blackout (energia non soddisfatta). Tuttavia, il guadagno economico per le famiglie è stato così grande che ne è valsa la pena.

In sintesi
Questo studio ci dice che anche in situazioni difficili, dove i governi sono deboli e i mercati sono controllati da monopoli, si può trovare una via d'uscita. Non serve sconfiggere il "cattivo" (il proprietario del generatore), ma giocare con lui. Creando le regole giuste (prezzi massimi e minimi), si trasforma un sistema inquinante e costoso in una comunità energetica dove tutti vincono: le famiglie hanno luce più economica e pulita, e il proprietario del generatore continua a fare affari, ma in modo più intelligente.

È come se il quartiere avesse imparato a fare un gioco di squadra invece di combattere: il sole fornisce l'energia, le batterie la conservano, e il generatore diesel diventa solo l'ultimo soccorso, non più il protagonista.

Titolo: Microgrid energetiche più pulite in condizioni di potere di mercato e regolamentazione limitata nei paesi in via di sviluppo

1. Il Problema

In molti paesi a basso reddito, caratterizzati da instabilità geopolitica, corruzione o crisi economiche, le reti elettriche nazionali sono spesso inaffidabili o inesistenti. Di conseguenza, le comunità fanno affidamento su microgrid basate su generatori diesel gestiti da operatori privati locali. Questi sistemi presentano diverse criticità:

Potere di mercato monopolistico: Gli operatori dei generatori diesel (DGC) detengono un monopolio naturale, agendo sia come produttori che distributori, controllando l'accesso e massimizzando i profitti a scapito dei consumatori.
Regolamentazione debole: I governi hanno scarso potere di regolamentazione su queste microgrid informali, che nascono proprio per colmare le lacune della rete nazionale.
Inefficienza delle soluzioni domestiche: Sebbene le famiglie stiano adottando sistemi fotovoltaici (PV) off-grid per garantire l'accesso all'energia, questi sistemi soffrono di sprechi significativi (fino al 75% dell'energia in eccesso durante le ore di picco solare) e di affidabilità ridotta nelle ore senza sole.
Mancanza di integrazione: Gli studi esistenti si concentrano sugli aspetti tecnico-economici, trascurando le dinamiche di mercato e il potere esercitato dai DGC, rendendo le soluzioni teoriche spesso non applicabili nella pratica.

L'obiettivo della ricerca è rispondere alla domanda: Come può un regolatore, con poteri limitati e senza poter minacciare la redditività del DGC esistente, progettare una politica per microgrid energetiche più pulite che aumentino l'utilizzo dei PV domestici, riducano la dipendenza dal diesel e migliorino l'accessibilità economica?

2. Metodologia

Gli autori sviluppano un modello di gioco a due livelli (bi-level game-theoretic model) per simulare l'interazione strategica tra un regolatore e un operatore monopolista.

Livello 1 (Leader - Il Regolatore):
- L'obiettivo è massimizzare il Surplus Economico Domestico (HES), che include il valore della domanda soddisfatta e il valore dell'energia immessa in rete dalle famiglie.
- Il regolatore è vincolato dalla necessità di mantenere la redditività del DGC almeno allo stesso livello dello status quo (NPV $\ge$ NPV base).
- Le decisioni strategiche sono l'impostazione di due limiti di prezzo:
  1. Un tetto massimo al prezzo dell'elettricità venduta dal DGC alle famiglie ( $P_{max}$ ).
  2. Un pavimento minimo per la tariffa di immissione in rete (FiT) per l'energia venduta dai proprietari di PV al DGC ( $FiT_{min}$ ).
Livello 2 (Follower - Il DGC):
- Il DGC agisce come massimizzatore di profitti in risposta alle policy del regolatore.
- Controlla la pianificazione della generazione, l'accesso alla microgrid, gli investimenti in nuove capacità (PV e batterie) e l'acquisto di energia dai proprietari di PV.
- Il modello include vincoli tecnici (bilancio domanda-offerta, curve di calore del diesel, stato di carica delle batterie) e vincoli di budget.
Caso Studio e Dati:
- Il modello è applicato a una microgrid reale a Deir Qanoun Ennaher, in Libano.
- I dati empirici ad alta risoluzione sono stati raccolti tramite dispositivi di registrazione (logger) installati in tre famiglie tra agosto 2024 e aprile 2025.
- Il scenario include circa 400 famiglie con PV e 250 senza, alimentate da un generatore diesel da 400 kW.

3. Contributi Chiave

Modellazione Energetica: Introduzione di un framework di gioco a due livelli che integra esplicitamente il potere di mercato del DGC e la limitazione regolatoria, superando l'assunzione di operatori di rete neutrali presente nella letteratura precedente.
Insight Politici: Dimostrazione che, anche in assenza di un forte potere di regolazione, l'uso combinato di tetti di prezzo e tariffe di immissione minime può incentivare l'integrazione delle rinnovabili senza rendere l'operatore monopolista in perdita.
Analisi Empirica: Applicazione pratica su dati reali di un contesto di crisi (Libano), fornendo risultati quantitativi su come budget, penetrazione del PV e regolamentazione influenzino l'efficienza del sistema.

4. Risultati Principali

L'applicazione del modello al caso libanese ha prodotto i seguenti risultati:

Miglioramento del Surplus Economico (HES): L'adozione del modello proposto con tetti di prezzo e FiT minimi aumenta l'HES del 18% rispetto allo status quo (a parità di budget).
Integrazione delle Rinnovabili:
- La quota di energia rinnovabile nella microgrid passa dallo 0% (status quo) al 60% nelle condizioni base.
- Con budget più elevati o una maggiore penetrazione di proprietari di PV, la quota rinnovabile si avvicina al 100%.
Dinamiche di Prezzo e Tariffe:
- Il prezzo dell'elettricità scende da 0,40 USD/kWh a 0,36 USD/kWh.
- Viene introdotta una tariffa di immissione (FiT) di 0,12 USD/kWh, incentivando le famiglie a vendere l'energia in eccesso.
- Lo spreco di energia solare in eccesso (curtailment) si riduce drasticamente dal 58,8% al 6,2%.
Impatto del Budget:
- Budget più alti permettono al DGC di sostituire il diesel con sistemi PV-Batteria a costi inferiori, riducendo ulteriormente i prezzi e aumentando l'HES (fino al +41% con budget illimitato).
- Con budget bassi, il DGC è costretto a dipendere maggiormente dall'energia in eccesso delle famiglie per evitare costi diesel elevati.
Penetrazione dei Proprietari di PV:
- Il miglioramento dell'HES è massimo quando la penetrazione dei proprietari di PV raggiunge circa il 90%.
- Al di sotto del 10%, l'introduzione di PV può inizialmente ridurre l'HES a causa dell'aumento della domanda non soddisfatta se non gestita correttamente.
Limiti della Regolamentazione:
- Il modello mostra che i tetti di prezzo da soli non riescono a mantenere i livelli di domanda non soddisfatta (unmet demand) pari a quelli dei sistemi diesel puri. Tuttavia, la perdita di HES dovuta a questa limitazione è contenuta (meno del 5-7,6% in scenari favorevoli), suggerendo che l'approccio proposto è robusto nonostante i limiti di regolamentazione.

5. Significato e Implicazioni

Questo studio è significativo perché offre una via praticabile per la transizione energetica in contesti fragili e privi di una rete nazionale affidabile. Dimostra che:

Non è necessario espropriare o smantellare le infrastrutture private esistenti (i generatori diesel) per integrare le rinnovabili.
Una regolamentazione "intelligente" e limitata (focalizzata su prezzi e tariffe minime) può allineare gli incentivi di un monopolista privato con gli obiettivi sociali di sostenibilità ed efficienza economica.
L'integrazione delle microgrid domestiche (PV) con i generatori di quartiere può trasformare un sistema costoso e inquinante in una rete ibrida efficiente, riducendo i costi per i consumatori e le emissioni, pur mantenendo la sostenibilità economica dell'operatore locale.

In sintesi, il paper fornisce un quadro teorico e pratico per trasformare le microgrid informali, spesso viste come soluzioni di emergenza, in sistemi energetici sostenibili e regolati, anche in assenza di un forte stato centrale.