Con lo sviluppo e l'utilizzo su larga scala-di nuove fonti energetiche e la crescente domanda di diversità e affidabilità dell'elettricità, ogni aspetto del sistema energetico, dalla produzione al consumo, sta subendo profondi cambiamenti. Le tecnologie e i sistemi di stoccaggio dell'energia hanno eliminato il collo di bottiglia del bilanciamento energetico in tempo reale-nei sistemi energetici tradizionali, migliorando significativamente la flessibilità del sistema energetico. Ciò, a sua volta, guida direttamente la graduale trasformazione dell’architettura del potere, originariamente dominata dai combustibili fossili, in un’architettura dominata da nuove fonti energetiche, e questo processo si sta continuamente approfondendo.
Rispetto ad altre forme ditecnologie di stoccaggio dell’energia, i sistemi di accumulo dell'energia delle batterie (BESS) possiedono diverse caratteristiche di controllo e un'ampia gamma di metodi di integrazione. Ciò consente a BESS di soddisfare le esigenze sia del sistema energetico che dei consumatori in vari modi, attirando così un'attenzione diffusa. Inoltre, la ricerca sulla tecnologia di integrazione BESS ha un impatto diretto sullo sviluppo di BESS ed è diventata una delle tecnologie chiave per la sua-applicazione e divulgazione su larga scala.
Panoramica del mercato dello stoccaggio dell’energia
Secondo le statistiche incomplete del Global Energy Storage Project Database della Zhongguancun Energy Storage Industry Technology Alliance (CNESA), alla fine del 2019, la capacità installata cumulativa dei progetti di stoccaggio dell'energia in tutto il mondo (compresi stoccaggio idroelettrico con pompaggio, stoccaggio dell'energia tramite batterie, stoccaggio dell'energia termica a sale fuso, stoccaggio dell'energia a volano e altri metodi di stoccaggio dell'energia) ha raggiunto 184,6 GW, con un aumento dell'1,9% su base annua. Di questi, lo stoccaggio idroelettrico con pompaggio ha avuto la maggiore capacità installata cumulativa con 171,0 GW, un aumento dello 0,2% su base annua; lo stoccaggio dell’energia tramite batterie è seguito da vicino con una capacità installata cumulativa di 9.520,5 MW; tra le varie tecnologie di accumulo dell'energia delle batterie, le batterie agli ioni di litio-hanno registrato la maggiore capacità installata cumulativa, pari a 8.454,2 MW, come mostrato nella figura.
Capacità installata cumulativa dei progetti globali di stoccaggio dell'energia (in MW)
Alla fine del 2019, la capacità installata cumulativa dei progetti di stoccaggio energetico della Cina ha raggiunto i 32,4 GW, pari al 17,6% del mercato globale, con un aumento del 3,6% su base annua. Di questi, lo stoccaggio idroelettrico con pompaggio ha avuto la maggiore capacità installata cumulativa con 30,3 GW, un aumento dell'1,0% su base annua-su{9}}anno; lo stoccaggio dell'energia tramite batteria si è classificato al secondo posto con una capacità installata cumulativa di 1.709,6 MW, un aumento del 59,4% su base annua. Tra le varie tecnologie di accumulo dell'energia delle batterie, le batterie agli ioni di litio- avevano la maggiore capacità installata cumulativa, pari a 1.377,9 MW, come mostrato nella figura seguente.
Capacità installata cumulativa dei progetti di stoccaggio dell'energia in Cina (Unità: MW)
Sebbene i metodi di stoccaggio fisico dell’energia, rappresentati dallo stoccaggio idroelettrico con pompaggio, dominino ancora i progetti globali di stoccaggio dell’energia, rappresentando il 92,6%, i loro costi di investimento iniziali sono elevati, c’è spazio limitato per future riduzioni dei costi e hanno requisiti elevati per la posizione geografica. Lo stoccaggio dell’energia tramite batterie, come forma importante di stoccaggio dell’energia elettrica, si è sviluppato rapidamente negli ultimi anni. I BESS (Battery Energy Storage Systems) presentano vantaggi tecnici come applicazione flessibile, basse perdite di conversione, velocità di risposta rapida, elevata precisione di regolazione e non sono limitati dalle condizioni geografiche, il che li rende adatti alla produzione di massa e ad applicazioni multi-campo su larga-scala. Ancora più importante, si prevede che il costo dei vari sistemi di accumulo dell’energia delle batterie diminuirà ulteriormente dal 50% al 60%. Pertanto, secondo l’Agenzia internazionale per le energie rinnovabili (IRENA), la scala globale del BESS aumenterà rapidamente fino a 175 GW entro il 2030. Secondo le previsioni della CNESA, tra il 2020 e il 2024, la dimensione del mercato cinese dello stoccaggio dell’energia tramite batterie aumenterà continuamente, con un tasso di crescita annuo composto dal 55% al 65%, raggiungendo oltre 15 GW-24 GW entro il 2024.
Tuttavia, la distribuzione regionale dei progetti di stoccaggio dell’energia tramite batterie rimane molto disomogenea. Sebbene nel 2019 siano stati commissionati nuovi progetti di stoccaggio dell’energia tramite batterie in 49 paesi o regioni del mondo, i primi dieci paesi, rappresentati da Cina, Stati Uniti, Regno Unito, Germania e Australia, hanno rappresentato il 91,6% della capacità globale totale aggiunta nel 2019. La capacità dei progetti di stoccaggio dell’energia tramite batterie in Cina e negli Stati Uniti ha superato i 500 MW, con la Cina, in particolare, salita dal quinto posto nel 2017 e dal secondo nel 2018 al primo posto nel 2019. La Corea del Sud, che si era classificata terza nel 2017 e prima nel 2018, ha registrato una stagnazione nei nuovi progetti di stoccaggio dell’energia tramite batterie nel 2019 a causa di incidenti legati alla sicurezza.
Nel 2019, le prime dieci province (regioni autonome, comuni) in Cina con i più grandi progetti di stoccaggio dell’energia tramite batterie di nuova installazione sono state Guangdong, Jiangsu, Hunan, Xinjiang, Qinghai, Pechino, Anhui, Shanxi, Zhejiang e Henan. La nuova capacità combinata in queste dieci province (regioni autonome, comuni) ha rappresentato l’88,9% della nuova capacità totale della Cina nel 2019.
Grazie ai continui progressi nella tecnologia di stoccaggio dell'energia e al mercato dell'elettricità ben-sviluppato negli Stati Uniti, lo stoccaggio dell'energia tramite batterie è diventato la tecnologia di stoccaggio dell'energia in più rapida crescita-negli Stati Uniti e viene ampiamente applicato in tutti gli aspetti del sistema energetico, compresi generazione, trasmissione, distribuzione e consumo, formando una tabella di marcia tecnologica relativamente chiara e un modello di business efficace.
Il 2019 è stato definito l’anno di svolta per il settore statunitense dello stoccaggio dell’energia, con la capacità installata totale di stoccaggio dell’energia tramite batterie che ha raggiunto in quell’anno i 1.600 MW. Secondo gli ultimi dati pubblicati nel "2019 Energy Storage Monitoring Yearbook" dell'Energy Storage Association (ESA), la nuova capacità totale installata di stoccaggio di energia negli Stati Uniti nel 2019 ha raggiunto 522,7 MW/1113 MWh, con il solo quarto trimestre pari a 186,4 MW/264,2 MWh. McKinsey & Company prevede che la capacità di implementazione dello stoccaggio energetico delle batterie negli Stati Uniti sarà tre volte quella del 2019 nel 2020, più che raddoppiata entro il 2021 e raggiungerà i 7,3 GW entro il 2025; l’investimento totale nel mercato statunitense dello stoccaggio dell’energia nel 2019 è stato di 712 milioni di dollari, mentre si prevede che salirà a 2 miliardi di dollari nel 2020.
A causa delle differenze nei sistemi di alimentazione e nella domanda di elettricità sia a livello nazionale che internazionale, variano anche le principali aree di applicazione della tecnologia di accumulo dell’energia tramite batterie. Prendendo come esempio i sistemi di accumulo dell'energia con batterie agli ioni di litio, a livello globale, l'applicazione più comune è lato rete, come regolazione della frequenza, peak shaving e servizi ausiliari, che rappresentano il 52,7%, seguita dal supporto dell'integrazione dell'energia rinnovabile con il 28,9% e applicazioni distribuite e microreti lato utente con il 18,4%. In Cina, il supporto all'integrazione delle energie rinnovabili è l'applicazione più comune, con il 37,7%, seguita dalle applicazioni lato rete-e lato utente-rispettivamente con il 25% e il 25,3%.
Sebbene il tasso di crescita nel 2019 sia stato relativamente più lento rispetto al tasso di crescita del 126% del mercato globale dello stoccaggio dell’energia nel 2018, lo stoccaggio dell’energia continuerà a mantenere un forte trend di crescita mentre i principali paesi approfondiscono le loro transizioni energetiche e aumentano le loro richieste di flessibilità del sistema energetico. È già diventata una tecnologia chiave per consentire ai paesi di raggiungere i propri obiettivi strategici energetici. Pertanto, a giugno 2020, la capacità installata cumulativa dei progetti di stoccaggio di energia in funzione a livello globale ha raggiunto 185,3 GW, con la capacità installata cumulativa della Cina che ha raggiunto 32,7 GW. Di questi, la capacità installata cumulativa globale di stoccaggio dell'energia tramite batterie ha raggiunto 10.112,3 MW, superando la soglia dei 10 GW, con un aumento del 36,1% su base annua, mentre la capacità installata cumulativa della Cina ha raggiunto 1.831,0 MW, un aumento del 53,9% su base annua.