Els operadors de xarxa han estat llançant diners al problema de l'emmagatzematge des de fa anys, i els resultats són per tot arreu. Alguns mercats veuen que les instal·lacions creixen més ràpidament del que ningú va predir, mentre que d'altres no poden obtenir projectes amb permís malgrat les necessitats òbvies.
El desajust entre generació i càrrega no és nou. El solar no produeix res a la nit, el vent mor durant els períodes de calma i algú ha de mantenir els llums encesos independentment. Els sistemes d'emmagatzematge d'energia a gran escala es continuen posicionant com la solució, però els patrons de desplegament suggereixen que els requisits econòmics i tècnics varien molt segons les condicions locals.
Per què implementar sistemes d'emmagatzematge d'energia a gran escala?
No hi ha una resposta. La regulació de freqüència necessita temps de resposta en mil·lisegons. L'arbitratge energètic requereix hores de durada. L'afaitat màxim requereix patrons de ciclisme diferents que la potència de reserva. Els operadors de xarxa necessiten eines que puguin gestionar múltiples requisits, i les centrals elèctriques tradicionals ho proporcionen a través de característiques inherents que les bateries han de replicar mitjançant programari i controls.
La Xina va instal·lar més de 16 GW de nou emmagatzematge a escala de xarxa-només el 2023. Aquest nombre supera el que Europa i Amèrica del Nord combinades van aconseguir desplegar. La bretxa reflecteix avantatges de fabricació, suport polític agressiu i menys barreres reguladores per a la connexió a la xarxa. Que altres regions puguin tancar aquesta bretxa segueix sent qüestionable tenint en compte com s'han consolidat aquests avantatges.
La reserva d'energia Hornsdale de Tesla al sud d'Austràlia va entrar en funcionament el 2017 amb una capacitat de 100 MW / 129 MWh i es va pagar en uns tres anys segons els informes de l'operador de https://arena.gov.au. Però aquest projecte es va beneficiar de les condicions específiques del mercat al sud d'Austràlia que no existeixen a tot arreu - alta volatilitat dels preus a l'engròs, interconnectors envellits i requisits de regulació de freqüència que valoraven els temps de resposta ràpids més que la durada.
Compartiments de durada i densitat{0}}
Les bateries d'ions de liti-ofereixen 2-4 hores de descàrrega a la potència nominal. La densitat d'energia se situa al voltant de 250-340 Wh/kg per a les químiques actuals. Aquestes especificacions funcionen bé per als serveis diaris de bicicletes i freqüència, però es queden curtes quan necessiteu emmagatzematge estacional o capacitat de còpia de seguretat de diversos dies.
L'eficiència-anada i tornada del 85-95% sona bé fins que no tingueu en compte la degradació durant la vida útil del projecte de 15 a 20 anys. L'esvaïment de la capacitat no és lineal, les càrregues auxiliars consumeixen l'energia disponible i la gestió tèrmica consumeix energia que no apareix als números d'eficiència dels titulars.
La hidràulica bombejada continua sent més del 90% de la capacitat d'emmagatzematge global i ho farà durant dècades. Aquestes instal·lacions funcionen durant 50+ anys amb una degradació mínima, poden descarregar entre 6 i 20 hores en funció de la mida de l'embassament i tenen característiques de rendiment previsibles. Tanmateix, la geografia limita on es poden desenvolupar nous llocs, i l'autorització triga anys quan es plantegen preocupacions ambientals.
La dinàmica de costos no és senzilla
Els preus de les bateries van caure d'uns 1.100 dòlars/kWh el 2010 a menys de 140 dòlars/kWh el 2023, segons el seguiment de Bloomberg a https://bnef.com -, aquesta trajectòria va transformar l'economia del projecte en diversos mercats. Però els costos dels materials generen preus mínims que l'escala de fabricació per si sola no pot superar.
Els preus del liti van augmentar de manera espectacular el 2022 abans de retrocedir una mica. Les cadenes de subministrament de níquel i cobalt s'enfronten a les seves pròpies limitacions. La hipòtesi que els costos seguiran disminuint a ritmes històrics no es manté quan la disponibilitat de matèries primeres es converteixi en la limitació vinculant en lloc de l'eficiència de la producció.
Alguns mercats ara veuen que l'emmagatzematge competeix amb els picos de gas en pura economia sense subvencions. Altres encara necessiten pagaments de capacitat o altres mecanismes per tancar les bretxes de finançament. La dispersió entre aquests resultats depèn dels preus locals de l'electricitat, els nivells de penetració de les renovables, les limitacions de transmissió i la combinació de generació existent de manera que no es redueix a fórmules simples.
Els codis de xarxa no es van dissenyar per a instal·lacions de bateries de 300 MW que poden variar 600 MW al sistema en qüestió de segons canviant de la càrrega a la descàrrega. Els operadors de transport van haver de reescriure els esquemes de protecció i els procediments operatius. Algunes regions es van adaptar ràpidament. Altres van crear colls d'ampolla que van endarrerir els projectes durant anys malgrat l'economia viable.
El programari importa més del que la gent s'adona
Els algorismes de control fan o trenquen projectes d'emmagatzematge a escala d'utilitat-. L'optimització dels cicles de càrrega/descàrrega, la gestió de la degradació, la participació en múltiples serveis del mercat simultàniament, la coordinació amb els operadors de xarxa - La sofisticació d'aquests sistemes determina si els projectes compleixen les projeccions financeres. Diverses instal·lacions primerenques van tenir un rendiment inferior perquè les estratègies de control no eren adequades per a la complexitat a què s'enfrontaven.
L'apilament d'ingressos sembla senzill fins que trobeu regles de mercat que prohibeixen comptar la mateixa capacitat diverses vegades o participar en diversos mercats simultàniament. Un sistema físicament capaç de proporcionar diversos serveis pot limitar-se contractualment o reglamentàriament a monetitzar només un o dos. Aquestes limitacions varien dràsticament entre jurisdiccions i canvien a mesura que els reguladors descobreixen com gestionar els recursos d'emmagatzematge que no s'ajusten a les categories de generació o càrrega tradicionals.
Les tecnologies alternatives continuen lluitant per la tracció
Bateries de flux, emmagatzematge d'aire comprimit, emmagatzematge d'energia d'aire líquid - aquestes alternatives es discuteixen constantment com a solucions per a una durada més llarga a un cost més baix per MWh. Les xifres de desplegament segueixen sent minúscules, però.
Highview Power va encarregar una instal·lació d'aire líquid de 50 MW / 250 MWh al Regne Unit durant l'any 2022, tal com es documenta a https://highviewpower.com, que representa una de les poques alternatives a escala-comercial més enllà dels ions de liti-i la hidràulica bombada. Si això indica una adopció més àmplia o segueix sent una aplicació nínxol depèn de les trajectòries de costos que encara no s'han materialitzat.
Hi ha un desacord fonamental sobre els requisits de durada. Quantes 8+ hores d'emmagatzematge necessita la xarxa en comparació amb els sistemes de-durada més curta i els recursos complementaris? Els estudis de diferents organitzacions arriben a conclusions contradictòries sobre els requisits d'emmagatzematge per a escenaris d'alta penetració renovable, amb diferencials que reflecteixen suposicions sobre la flexibilitat de la demanda, l'expansió de la transmissió i la capacitat continuada de combustibles fòssils més que l'anàlisi tècnica.
Els bancs es troben còmodes amb els projectes d'emmagatzematge a mesura que creixen els historials operatius, tot i que les condicions de finançament varien considerablement. Alguns mercats tenen contractes normalitzats i han establert precedents. Altres tracten cada projecte com una avaluació de risc única que requereix una diligència deguda personalitzada. Els costos de l'assegurança pel risc d'incendi de la bateria van baixar a mesura que milloraven els sistemes de seguretat, però segueixen sent una partida que afecta els càlculs de viabilitat.
El pipeline de desenvolupament mostra que les instal·lacions que es fan més grans de - 500 MW que fa una dècada haurien semblat poc realistes ara són habituals i que els projectes a escala d'1 GW-estan en fase de planificació. Aquesta escalada comporta reduccions de costos per-MW mitjançant l'estandardització i la infraestructura compartida alhora que concentra el risc de fiabilitat de la xarxa en punts únics. Que aquesta compensació-tingui sentit depèn de la vostra visió de la fiabilitat de la tecnologia i dels requisits de redundància de la xarxa.
Les limitacions de fabricació mosseguen més del previst
La capacitat de fàbrica de cèl·lules i sistemes va créixer substancialment, però les cadenes de subministrament es mantenen esteses durant els augments de la demanda. Els terminis de lliurament dels components principals s'estenen a 12-18 mesos. L'escassetat de material va provocar retards en els projectes que no tenien res a veure amb la preparació de la tecnologia o la disponibilitat de finançament.
La Xina produeix més del 75% de la producció mundial de cèl·lules d'ions de liti-. Aquesta concentració crea avantatges de costos a través de l'escala i també vulnerabilitats de la cadena de subministrament en funció de les perspectives geopolítiques. Altres regions estan abocant capital a la producció nacional, però posar-se al dia requereix temps quan l'experiència de fabricació és tan important com la inversió de capital.
Les consideracions de resiliència climàtica tenen en compte el desplegament d'emmagatzematge més enllà dels beneficis d'integració renovable. La tempesta d'hivern de Texas del 2021 va mostrar com la generació convencional pot no estar disponible exactament quan més es necessita. L'emmagatzematge proporciona una capacitat de còpia de seguretat que és difícil de quantificar en mètriques de fiabilitat tradicionals, però cada cop més valorada pels reguladors i els serveis públics que s'ocupen dels augments extrems de la freqüència climàtica.
L'evolució de la tecnologia supera l'adaptació del marc normatiu. El que tenia sentit per a la planificació de la xarxa fa cinc anys no reflecteix les capacitats ni els costos actuals. Aquesta bretxa crea oportunitats per a projectes que es poden moure ràpidament mentre les empreses de serveis públics establertes treballen a través de cicles de planificació més llargs i processos d'aprovació que no estaven dissenyats per a recursos d'emmagatzematge.
La trajectòria del sector suggereix que el creixement ràpid continuarà, tot i que la distribució entre regions i aplicacions segueix sent desigual. Les capacitats tècniques s'han adaptat en gran mesura als requisits -, els marcs econòmics i reguladors ara determinen les taxes de desplegament més que la preparació tecnològica.
La participació al mercat es complica ràpidament
Els diferents mercats majoristes d'electricitat tenen regles diferents sobre com pot participar l'emmagatzematge i quins serveis compten per a les obligacions de capacitat. PJM tracta l'emmagatzematge de manera diferent que CAISO, que utilitza estructures diferents a les d'ERCOT. Els projectes han d'entendre el disseny del mercat local abans de finalitzar les especificacions tècniques perquè el que funciona en un mercat pot ser subòptim en altres llocs.
Els mercats de serveis auxiliars proporcionen ingressos importants en algunes regions, però amb prou feines existeixen en altres. El valor de la regulació de la freqüència varia en funció de les característiques de la xarxa, la composició de la flota de generadors existents i els nivells de penetració renovables. Un projecte que tingui sentit en una interconnexió pot tenir problemes per dibuixar 200 milles de distància sota un operador de xarxa diferent amb regles de mercat diferents.
Les cues d'interconnexió estan obstruïdes amb projectes d'emmagatzematge a l'espera d'estudis d'impacte de la xarxa i de les assignacions de costos d'actualització. El temps d'espera s'estén en anys en algunes regions. Mentrestant, la tecnologia continua millorant i els costos continuen baixant, la qual cosa significa que els projectes que van entrar a les cues fa dos anys poden necessitar redissenys per incorporar equips més nous i més barats quan obtinguin l'aprovació per interconnectar-se.
El suport polític varia enormement
Els crèdits fiscals a la inversió van transformar l'economia del projecte en algunes jurisdiccions. Altres regions depenen de mercats de capacitat o mandats d'energies renovables que incentiven indirectament l'emmagatzematge. Uns quants llocs no han fet gairebé res en matèria de política-però encara es veuen implementats perquè els fonaments del mercat funcionen sense subvencions.
La durabilitat del suport polític importa tant com la seva generositat. Els inversors necessiten la confiança que els marcs no canviaran dràsticament a la meitat de la vida útil del projecte de 20 anys. Els canvis de política retroactius en alguns mercats europeus van espantar els desenvolupadors i van frenar el desplegament durant anys, fins i tot després que finalment es van implementar marcs més estables.
Les polítiques d'-estat als EUA creen un mosaic de requisits i incentius que dificulten les estratègies de desenvolupament-nacionals. Els agressius mandats d'emmagatzematge de Califòrnia van impulsar el desplegament primerenc, però van crear colls d'ampolla de la cadena de subministrament, ja que els desenvolupadors competien per una capacitat de fabricació limitada. Altres estats es van moure més lentament i es van beneficiar de les lliçons apreses i de la millora de la disponibilitat tecnològica.
Els processos de planificació de la transmissió necessiten una actualització per tenir en compte les capacitats d'emmagatzematge. La planificació tradicional suposava que els recursos de generació es quedaven en llocs fixos, però les bateries es poden desplegar gairebé a qualsevol lloc amb connexió a la xarxa. Aquesta flexibilitat crea un valor que els planificadors de transmissió no han sabut del tot com incorporar als seus models i anàlisis de-costos de beneficis.
Darrere de-el-indicador versus la part frontal-de-les decisions de desplegament del comptador impliquen diferents grups d'interessats, estructures de finançament i supervisió normativa. Algunes aplicacions pertanyen clarament a una categoria, però moltes podrien anar de qualsevol manera segons els models de propietat i les estratègies d'optimització d'ingressos. La divisió entre aquests modes de desplegament canvia a mesura que els mercats evolucionen i les regulacions canvien.
Els requisits de seguretat contra incendis es continuen revisant a mesura que s'acumula més experiència operativa. Les primeres instal·lacions utilitzaven sistemes de gestió tèrmica més senzills que es van mostrar inadequats en determinats modes de fallada. Els projectes més nous incorporen múltiples sistemes de seguretat redundants que afegeixen costos però redueixen les primes d'assegurança i el control regulador. El punt d'equilibri entre la despesa en seguretat i el risc acceptable segueix canviant a mesura que la indústria madura.