Gli operatori di rete stanno investendo denaro nel problema dello stoccaggio ormai da anni, e i risultati sono ovunque. In alcuni mercati le installazioni crescono più rapidamente di quanto previsto, mentre altri non riescono a ottenere le autorizzazioni per i progetti nonostante le ovvie necessità.
La discrepanza tra generazione e carico non è nuova. Di notte il sole non produce nulla, il vento muore durante i periodi calmi e qualcuno deve tenere accese le luci comunque. I sistemi di stoccaggio dell’energia su larga scala continuano a posizionarsi come la soluzione, ma i modelli di implementazione suggeriscono che i requisiti economici e tecnici variano notevolmente a seconda delle condizioni locali.
Perché implementare sistemi di accumulo di energia su larga scala?
Non c'è una risposta. La regolazione della frequenza richiede tempi di risposta dell'ordine dei millisecondi. L'arbitraggio energetico richiede ore di durata. Il peak shaving richiede modelli di ciclismo diversi rispetto alla potenza di backup. Gli operatori della rete hanno bisogno di strumenti in grado di gestire molteplici requisiti e le centrali elettriche tradizionali lo hanno fornito attraverso caratteristiche intrinseche che le batterie devono replicare attraverso software e controlli.
La Cina ha installato oltre 16 GW di nuovo storage su scala-di rete solo nel 2023. Quel numero fa impallidire ciò che l’Europa e il Nord America insieme sono riusciti a schierare. Il divario riflette i vantaggi produttivi, il sostegno politico aggressivo e le minori barriere normative alla connessione alla rete. Resta discutibile se altre regioni possano colmare questo divario, dato quanto sono diventati radicati questi vantaggi.
La Hornsdale Power Reserve di Tesla nell'Australia Meridionale è diventata operativa nel 2017 con una capacità di 100 MW/129 MWh e si è ripagata in circa tre anni sulla base dei rapporti degli operatori di https://arena.gov.au. Ma quel progetto ha beneficiato delle condizioni di mercato specifiche dell'Australia Meridionale che non esistono ovunque - elevata volatilità dei prezzi all'ingrosso, interconnettori obsoleti e requisiti di regolamentazione della frequenza che valorizzano i tempi di risposta rapidi più della durata.
Compromessi tra durata e densità-
Le batterie agli ioni di litio- offrono 2-4 ore di scarica alla potenza nominale. La densità energetica è di circa 250-340 Wh/kg per i prodotti chimici attuali. Queste specifiche funzionano bene per i servizi di ciclismo e frequenza giornalieri, ma non sono all'altezza quando è necessario uno spazio di archiviazione stagionale o una capacità di backup di più giorni.
L'efficienza di andata e ritorno dell'85-95% sembra buona finché non si tiene conto del degrado nell'arco di 15-20 anni di durata del progetto. Il calo della capacità non è lineare, i carichi ausiliari consumano l'energia disponibile e la gestione termica consuma energia che non risulta nei numeri di efficienza principali.
L’idropompaggio rappresenta ancora oltre il 90% della capacità di stoccaggio globale e lo sarà per decenni. Queste strutture funzionano per 50+ anni con un degrado minimo, possono scaricare per 6-20 ore a seconda delle dimensioni del serbatoio e hanno caratteristiche prestazionali prevedibili. Tuttavia, i limiti geografici in cui è possibile sviluppare nuovi siti e l'autorizzazione richiedono anni quando vengono sollevate preoccupazioni ambientali.
La dinamica dei costi non è semplice
Secondo il monitoraggio di Bloomberg su https://bnef.com -, i prezzi delle batterie sono crollati da circa 1.100 dollari/kWh nel 2010 a meno di 140 dollari/kWh entro il 2023, una traiettoria che ha trasformato l'economia dei progetti in più mercati. Ma i costi dei materiali creano prezzi minimi che la scala di produzione da sola non può superare.
I prezzi del litio sono aumentati notevolmente nel 2022 prima di diminuire leggermente. Le catene di approvvigionamento di nichel e cobalto devono affrontare i propri vincoli. L’ipotesi che i costi continueranno a diminuire a tassi storici non è valida quando il vincolo vincolante diventa la disponibilità di materie prime piuttosto che l’efficienza produttiva.
Alcuni mercati ora vedono lo stoccaggio competere con i picchi di gas sulla pura economia senza sussidi. Altri necessitano ancora di pagamenti di capacità o di altri meccanismi per colmare le lacune finanziarie. La differenza tra questi risultati dipende dai prezzi locali dell’elettricità, dai livelli di penetrazione delle rinnovabili, dai vincoli di trasmissione e dal mix di generazione esistente in modi che non si riducono a formule semplici.
I codici di rete non sono stati progettati per installazioni di batterie da 300 MW che possono far oscillare 600 MW sul sistema in pochi secondi passando dalla carica allo scaricamento. Gli operatori di trasmissione hanno dovuto riscrivere gli schemi di protezione e le procedure operative. Alcune regioni si sono adattate rapidamente. Altri hanno creato colli di bottiglia che hanno ritardato i progetti per anni nonostante la fattibilità economica.
Il software conta più di quanto le persone credano
Gli algoritmi di controllo creano o interrompono i progetti di archiviazione-su larga scala. Ottimizzando i cicli di carica/scarica, gestendo il degrado, partecipando a più servizi di mercato contemporaneamente, coordinandosi con gli operatori di rete - la sofisticatezza di questi sistemi determina se i progetti soddisfano le proiezioni finanziarie. Molte delle prime installazioni hanno avuto prestazioni inferiori perché le strategie di controllo non erano adeguate alla complessità che dovevano affrontare.
L'accumulo dei ricavi sembra semplice finché non si incontrano regole di mercato che vietano di contare la stessa capacità più volte o di partecipare a più mercati contemporaneamente. Un sistema fisicamente in grado di fornire diversi servizi può essere contrattualmente o normativamente limitato a monetizzarne solo uno o due. Questi vincoli variano notevolmente tra le giurisdizioni e cambiano man mano che le autorità di regolamentazione capiscono come gestire le risorse di storage che non rientrano nelle tradizionali categorie di generazione o di carico.
Le tecnologie alternative continuano a lottare per la trazione
Batterie a flusso, stoccaggio di aria compressa, stoccaggio di energia con aria liquida - queste alternative vengono discusse costantemente come soluzioni per una durata più lunga a un costo inferiore per MWh. I numeri di distribuzione rimangono tuttavia piccoli.
Highview Power ha commissionato un impianto ad aria liquida da 50 MW/250 MWh nel Regno Unito nel 2022, come documentato su https://highviewpower.com, che rappresenta una delle poche alternative su scala commerciale-oltre agli ioni di litio-e all'idroelettrico con pompaggio. Se ciò segnali un’adozione più ampia o rimanga un’applicazione di nicchia dipende dalle traiettorie dei costi che non si sono ancora materializzate.
C'è un disaccordo fondamentale sui requisiti di durata. Di quanta 8+ ora di spazio di archiviazione ha bisogno la rete rispetto ai sistemi di-durata più breve più risorse complementari? Studi condotti da diverse organizzazioni giungono a conclusioni contraddittorie sui requisiti di stoccaggio per scenari ad alta penetrazione delle rinnovabili, con spread che riflettono ipotesi sulla flessibilità della domanda, sull’espansione della trasmissione e sulla continua capacità di combustibili fossili più che sull’analisi tecnica.
Le banche si stanno abituando ai progetti di storage man mano che i track record operativi crescono, anche se i termini di finanziamento variano considerevolmente. Alcuni mercati hanno contratti standardizzati e hanno stabilito precedenti. Altri trattano ogni progetto come una valutazione del rischio unica che richiede una due diligence personalizzata. I costi assicurativi per il rischio di incendio delle batterie sono diminuiti con il miglioramento dei sistemi di sicurezza, ma rimangono una voce che influisce sui calcoli di fattibilità.
La pipeline di sviluppo mostra installazioni sempre più grandi, strutture da - 500 MW che sarebbero sembrate irrealistiche dieci anni fa sono ormai di routine e progetti su scala da 1 GW- sono in fase di pianificazione. Questa scalabilità comporta riduzioni dei costi per-MW attraverso la standardizzazione e l'infrastruttura condivisa, concentrando al contempo il rischio di affidabilità della rete in singoli punti. La validità di questo compromesso dipende dalla tua visione dell'affidabilità della tecnologia e dei requisiti di ridondanza della rete.
I vincoli produttivi incidono più del previsto
La capacità degli stabilimenti per celle e sistemi è cresciuta notevolmente, ma le catene di approvvigionamento rimangono tese durante i picchi della domanda. I tempi di consegna per i componenti principali si estendono a 12-18 mesi. La carenza di materiali ha causato ritardi nei progetti che non avevano nulla a che fare con la preparazione della tecnologia o la disponibilità di finanziamenti.
La Cina produce oltre il 75% della produzione globale di celle agli ioni di litio-. Tale concentrazione crea vantaggi in termini di costi attraverso la scala e anche vulnerabilità della catena di approvvigionamento a seconda delle prospettive geopolitiche. Altre regioni stanno investendo capitali nella produzione nazionale, ma recuperare il ritardo richiede tempo quando l’esperienza nel settore manifatturiero conta tanto quanto gli investimenti di capitale.
Le considerazioni sulla resilienza climatica influiscono sull’implementazione dello stoccaggio oltre ai vantaggi dell’integrazione delle rinnovabili. La tempesta invernale del Texas del 2021 ha mostrato come la generazione convenzionale possa non essere più disponibile proprio quando è più necessaria. Lo storage fornisce capacità di backup difficili da quantificare nei tradizionali parametri di affidabilità, ma sempre più apprezzate dagli enti di regolamentazione e dai servizi di pubblica utilità che devono affrontare aumenti estremi della frequenza meteorologica.
L’evoluzione tecnologica supera l’adattamento del quadro normativo. Ciò che aveva senso per la pianificazione della rete cinque anni fa non riflette le capacità o i costi attuali. Questo divario crea opportunità per progetti che possono essere spostati rapidamente mentre i servizi di pubblica utilità consolidati lavorano attraverso cicli di pianificazione più lunghi e processi di approvazione che non sono stati progettati per le risorse di storage.
La traiettoria del settore suggerisce che la rapida crescita continuerà, anche se la distribuzione tra regioni e applicazioni rimane disomogenea. Le capacità tecniche si sono ampiamente allineate ai requisiti - l'economia e i quadri normativi ora determinano i tassi di implementazione più della preparazione tecnologica.
La partecipazione al mercato diventa complicata rapidamente
Diversi mercati elettrici all’ingrosso hanno regole diverse su come può partecipare lo stoccaggio e su quali servizi contano ai fini degli obblighi di capacità. PJM tratta lo stoccaggio in modo diverso da CAISO, che utilizza strutture diverse da ERCOT. I progetti devono comprendere la struttura del mercato locale prima di finalizzare le specifiche tecniche perché ciò che funziona in un mercato potrebbe non essere ottimale altrove.
I mercati dei servizi ausiliari forniscono entrate significative in alcune regioni, ma esistono a malapena in altre. Il valore della regolazione della frequenza varia in base alle caratteristiche della rete, alla composizione della flotta di generatori esistente e ai livelli di penetrazione delle energie rinnovabili. Un progetto che abbia senso in un’interconnessione potrebbe avere difficoltà a realizzarsi a 200 miglia di distanza con un operatore di rete diverso con regole di mercato diverse.
Le code di interconnessione sono intasate di progetti di stoccaggio in attesa di studi sull’impatto della rete e di allocazione dei costi di aggiornamento. I tempi di attesa si estendono fino ad anni per alcune regioni. Nel frattempo la tecnologia continua a migliorare e i costi continuano a diminuire, il che significa che i progetti entrati in coda due anni fa potrebbero aver bisogno di riprogettazioni per incorporare apparecchiature più nuove ed economiche nel momento in cui ottengono l’approvazione per l’interconnessione.
Il sostegno politico varia notevolmente
I crediti d’imposta sugli investimenti hanno trasformato l’economia dei progetti in alcune giurisdizioni. Altre regioni si affidano ai mercati della capacità o ai mandati di energia rinnovabile che incentivano indirettamente lo stoccaggio. Alcuni paesi non hanno fatto quasi nulla dal punto di vista politico-ma continuano a prevederne l'implementazione perché i fondamentali del mercato funzionano senza sussidi.
La durabilità del sostegno politico conta tanto quanto la sua generosità. Gli investitori devono avere la certezza che le strutture non cambieranno radicalmente nel corso dei 20 anni di durata dei progetti. I cambiamenti politici retroattivi in alcuni mercati europei hanno spaventato gli sviluppatori e hanno rallentato l’implementazione per anni, anche dopo l’implementazione di strutture più stabili.
Le politiche a livello statale-negli Stati Uniti creano un mosaico di requisiti e incentivi che rendono difficili le strategie di sviluppo su scala nazionale-. Gli aggressivi obblighi di storage della California hanno favorito l'implementazione anticipata, ma hanno creato colli di bottiglia nella catena di fornitura poiché gli sviluppatori hanno gareggiato per una capacità produttiva limitata. Altri stati si sono mossi più lentamente e hanno beneficiato delle lezioni apprese e della migliore disponibilità tecnologica.
I processi di pianificazione della trasmissione devono essere aggiornati per tenere conto delle capacità di archiviazione. La pianificazione tradizionale presupponeva che le risorse di generazione rimanessero in luoghi fissi, ma le batterie possono essere installate quasi ovunque con una connessione alla rete. Questa flessibilità crea valore che i pianificatori della trasmissione non hanno ancora capito come incorporare nei loro modelli e nelle loro analisi dei costi-benefici.
Le decisioni di implementazione dietro-il-metro rispetto a-front-metro coinvolgono diversi gruppi di stakeholder, strutture finanziarie e supervisione normativa. Alcune applicazioni appartengono chiaramente a una categoria, ma molte potrebbero andare in entrambe le direzioni a seconda dei modelli di proprietà e delle strategie di ottimizzazione dei ricavi. La divisione tra queste modalità di implementazione cambia man mano che i mercati si evolvono e le normative cambiano.
I requisiti di sicurezza antincendio continuano a essere rivisti man mano che si accumula maggiore esperienza operativa. Le prime installazioni utilizzavano sistemi di gestione termica più semplici che si rivelarono inadeguati in determinate modalità di guasto. I progetti più recenti incorporano molteplici sistemi di sicurezza ridondanti che aumentano i costi ma riducono i premi assicurativi e il controllo normativo. Il punto di equilibrio tra la spesa per la sicurezza e il rischio accettabile continua a spostarsi man mano che il settore matura.