L'energia renovable d'emmagatzematge de bateries fa referència als sistemes que capturen i emmagatzemen l'electricitat generada a partir de fonts renovables com el solar i el vent, i després l'alliberen quan sigui necessari. Aquests sistemes d'emmagatzematge d'energia de bateries (BESS) resolen el repte fonamental de les energies renovables: el sol no sempre brilla i el vent no sempre bufa, però la demanda d'electricitat no s'atura mai.
L'escala de creixement de l'emmagatzematge de la bateria
El mercat d'emmagatzematge de bateries ha arribat a un punt d'inflexió. La capacitat de la bateria a escala-de serveis públics dels EUA va superar els 26 gigawatts el 2024, cosa que va suposar un augment del 66% respecte a l'any anterior. Els proveïdors d'energia van afegir 10,4 GW de nova capacitat només el 2024, i les projeccions suggereixen que 18,2 GW més entraran en línia el 2025.
Aquestes no són incorporacions modestes a la graella. El projecte d'emmagatzematge Gemini Solar Plus de Nevada, en funcionament des del juliol de 2024, combina una granja solar de 690-MW amb un sistema de bateries de 380 MW capaç d'emmagatzemar 1.416 megawatts-hora. La instal·lació de Moss Landing de Califòrnia és la més gran del país amb 750 MW. Projectes d'aquesta magnitud haurien estat econòmicament impossibles fa una dècada.
El creixement reflecteix una transformació més àmplia. A nivell mundial, el mercat d'emmagatzematge d'energia de les bateries es va expandir un 44% el 2024, instal·lant 69 GW de capacitat. Wood Mackenzie preveu que el mercat global superarà 1 terawatt durant la propera dècada-gairebé set vegades la capacitat instal·lada actual. La Xina i els Estats Units estan impulsant aquesta expansió, amb Texas i Califòrnia que representen aproximadament 20 GW de capacitat nord-americana.
El que fa que aquest creixement sigui sostenible és l'economia. Els costos de les bateries d'ions de liti-s'han reduït més d'un 90% durant l'última dècada, i només el 2024 es va registrar un descens del 40%. Aquest col·lapse de preus va transformar l'emmagatzematge de la bateria d'un accessori car per a la xarxa en una pedra angular econòmicament viable dels sistemes d'energia renovable.
Com l'emmagatzematge de les bateries permet l'energia renovable
L'energia renovable crea un desajust de la-oferta de demanda que resolen les bateries. Els panells solars generen la màxima potència al voltant del migdia, quan la demanda sovint és menor, mentre que la demanda màxima d'electricitat arriba al vespre després de la posta de sol. Els patrons de vent segueixen la seva pròpia lògica, sovint generen més a la nit en moltes regions. Sense emmagatzematge, aquest excés d'energia renovable es redueix (es malgasta) o requereix plantes de combustibles fòssils per omplir els buits.
Els sistemes d'emmagatzematge de bateries es carreguen durant els períodes d'excés de generació renovable i es descarreguen durant els períodes d'alta-demanda. Això no és només teòric-està passant a gran escala. Durant les hores solars punta de Califòrnia, els sistemes de bateries absorbeixen gigawatts d'excés de potència. Quan la demanda nocturna augmenta i la generació solar baixa, aquestes mateixes bateries es descarreguen, desplaçant la necessitat de centrals de gas natural.
La mecànica implica una coordinació sofisticada. El programari intel·ligent de la bateria utilitza algorismes per controlar les condicions de la xarxa en temps real-, i decideix quan carregar, quan descarregar-se i a quina velocitat. Els sistemes de control poden respondre a les necessitats de la xarxa en mil·lisegons, proporcionant serveis que van des de l'estabilització instantània de la freqüència fins al desplaçament d'energia de diverses-hores.
Un sistema típic de bateries d'ions de liti-escala de xarxa- consta de tres components principals. El mateix paquet de bateries emmagatzema energia mitjançant reaccions electroquímiques. Els inversors converteixen el corrent continu de les bateries en corrent altern compatible amb la xarxa. L'equilibri del sistema inclou equips de refrigeració, extinció d'incendis, sistemes de monitorització i infraestructura de connexió a la xarxa. Aquests components treballen conjuntament per aconseguir eficiència-anada i tornada al voltant del 85 %, és a dir, el 85 % de l'energia que s'utilitza en la càrrega torna a sortir durant la descàrrega.
El marc de durada d'emmagatzematge
Entendre l'emmagatzematge de la bateria requereix reconèixer que les diferents aplicacions necessiten diferents durades d'emmagatzematge i que no totes les bateries tenen el mateix propòsit.
Regulació de la freqüència: de segons a minuts
La xarxa elèctrica ha de mantenir una freqüència precisa-60 Hz als Estats Units. Fins i tot les petites desviacions poden danyar l'equip o causar apagats. Els sistemes d'emmagatzematge de bateries excel·lent en la regulació de freqüència perquè responen en fraccions de segon, molt més ràpid del que els generadors tradicionals poden augmentar o baixar.
Aquestes aplicacions no requereixen una gran capacitat energètica. Una bateria es pot descarregar només uns minuts alhora, moltes vegades al dia. El valor prové de la velocitat i la capacitat de resposta, no de la durada d'emmagatzematge.
Afaitat màxim i canvi de càrrega: 1-4 hores
Això representa el punt ideal per a la tecnologia actual d'ions de liti-. La majoria dels sistemes de bateries instal·lats el 2024 es van dissenyar per a una durada de descàrrega d'1 a 4 hores. Es carreguen durant els períodes de baixa-demanda quan la generació renovable supera el consum, i després es descarreguen durant els períodes de demanda punta.
L'economia funciona perquè aquestes bateries es poden descarregar diàriament, generant ingressos a través de múltiples serveis. Redueixen els càrrecs de demanda per als clients comercials, proporcionen capacitat a la xarxa durant les hores punta i permeten l'arbitratge del temps-d'-ús-comprar barat-potència punta i venda de potència punta cara.
La graella de Califòrnia demostra clarament aquest patró. Els sistemes de bateries es carreguen regularment durant la sobregeneració solar del migdia i es descarreguen durant el pic del vespre, un fenomen conegut com abordar la "corba de l'ànec". Aquesta finestra de descàrrega de 3-4 hores s'alinea perfectament amb la bretxa entre la disminució solar de la tarda i la reducció de la demanda d'anar a dormir.
Ciclisme diari: 4-10 hores
Els sistemes de-durada més llarga poden emmagatzemar la generació renovable del matí per utilitzar-la a la nit o capturar l'energia solar de la tarda per a la demanda durant la nit. L'estudi de futurs d'emmagatzematge del National Renewable Energy Laboratory va examinar els sistemes dissenyats per emmagatzemar fins a 10 hores d'energia, projectant-los que canviaran el paper de l'emmagatzematge a escala de serveis públics-.
El repte és el cost. Cada hora addicional d'emmagatzematge requereix més capacitat de la bateria, augmentant els costos del sistema. Un sistema de 4-hores pot costar 160 $ per kWh, mentre que un sistema de 10-hores augmenta el cost per{-kWh a causa de les cèl·lules addicionals necessàries. Tanmateix, la caiguda dels preus de les bateries està fent que els sistemes d'ions de liti de llarga durada siguin més viables.
Multi-dia a estacional: la bretxa actual
Els períodes prolongats de baixa generació renovable-de vegades anomenats esdeveniments "Dunkelflaute" a Europa-representen el problema no resolt de l'emmagatzematge. Durant un període de 10 dies de vent feble i sol limitat, satisfer la demanda de la xarxa requeriria molt més emmagatzematge del que existeix actualment.
Physics World va calcular que el Regne Unit necessitaria aproximadament 5 terawatts-hores d'emmagatzematge per cobrir deu dies consecutius de baixa-generació-més de 100 vegades la capacitat actual de la bateria del país. Amb els costos actuals, això seria prohibitiu. Les bateries d'ions de liti-són només rendibles-per al ciclisme diari, no per a l'emmagatzematge de diversos-dies o estacionals.
Aquest buit és on les tecnologies alternatives entren en escena, tot i que poques han arribat a escala comercial.
Evolució de la tecnologia de la bateria
Les bateries d'ions de liti-dominen els desplegaments actuals, però el panorama tecnològic s'està diversificant en funció de les necessitats de les aplicacions.
El fosfat de ferro de liti pren el relleu
Dins de la química dels ions de liti-, es va produir un canvi significatiu cap al 2022. El fosfat de ferro de liti (LFP) s'ha convertit en la química principal per a l'emmagatzematge estacionari, desplaçant les bateries de níquel manganès cobalt (NMC) que dominaven anteriorment.
LFP ofereix diversos avantatges per a aplicacions de xarxa. És més estable tèrmicament, reduint el risc d'incendi. No requereix cobalt, abordant els problemes de cost i d'aprovisionament ètic. Les bateries LFP poden suportar més cicles de càrrega-descàrrega, i alguns fabricants afirmen que tenen una vida útil de 16 anys en comparació amb la degradació de 2-3 anys que va afectar les generacions anteriors.
La compensació és la densitat d'energia. Les bateries LFP emmagatzemen menys energia per quilo que les NMC, però per a aplicacions de xarxa estacionària on el pes no importa, això no és un inconvenient important. El cost i la longevitat són més importants, i LFP guanya en tots dos.
La Xina fabrica la gran majoria de bateries LFP. Aquesta concentració ha generat preocupacions sobre la cadena de subministrament, impulsant els esforços nord-americans i europeus per augmentar la capacitat de producció nacional. No obstant això, aquestes instal·lacions s'enfronten a un desavantatge de costos, ja que les bateries dels Estats Units i d'Europa costen aproximadament un 20% més que els equivalents-fabricats xinesos.
Alternatives emergents per a diferents necessitats
Les bateries-d'ions de sodi han generat interès com a alternativa al liti. El sodi és abundant i barat-hi ha "una tona de sodi a tot arreu", tal com va assenyalar un investigador de NREL. La tecnologia és menys propensa a la fugida tèrmica i podria ser molt més barata que l'ió-liti. No obstant això, les bateries-d'ions de sodi encara no són comercialment madures per a aplicacions a escala-de xarxa, i la caiguda dels preus de LFP ha reduït la urgència de desenvolupar alternatives.
Les bateries de flux representen un enfocament diferent del problema de la durada. Aquests sistemes emmagatzemen energia en electròlits líquids que flueixen a través de les cèl·lules, amb dipòsits separats per a càrregues positives i negatives. L'avantatge és que la capacitat d'energia s'escala independentment de la capacitat de potència-pots fer que emmagatzemin més energia simplement utilitzant tancs més grans. Les bateries de flux teòricament poden mantenir la seva capacitat durant milers de cicles sense degradació.
El repte és la petjada i la complexitat del projecte. Les bateries de flux requereixen un espai i una infraestructura importants, la qual cosa les fa menys atractives que els sistemes compactes d'ions de liti-per a la majoria d'aplicacions. Continuen sent una tecnologia de nínxol, tot i que la investigació continua sobre químiques millorades.
Els investigadors de la Universitat de Columbia van anunciar avenços en les bateries de potassi-sodi-sofre el setembre de 2024. Aquestes utilitzen materials abundants i econòmics i van aconseguir resultats prometedors a temperatures intermèdies al voltant dels 75 graus, molt per sota dels 250 graus + requerits pels dissenys anteriors. La innovació d'electròlits de l'equip va dissoldre precipitats sòlids problemàtics que limitaven les versions anteriors. Queda per veure si aquesta investigació es tradueix en productes comercialment viables, però indica l'amplitud del desenvolupament de la bateria en curs.
Rendiment i integració del món real-
La diferència entre els projectes pilot i el desplegament a escala-grid implica navegar per realitats tècniques i econòmiques complexes.
Sistemes d'emmagatzematge-híbrids renovables
Aproximadament 3,2 GW de la capacitat de bateries de 9,2 GW afegits als EUA durant el 2024 provenien de sistemes híbrids ubicats amb granges solars. Aquesta combinació crea avantatges operatius més enllà de la simple connexió de la generació renovable a l'emmagatzematge separat.
Els sistemes híbrids poden compartir la infraestructura de connexió a la xarxa, reduint els costos i la complexitat d'interconnexió. L'electricitat de CC dels panells solars pot fluir directament a les bateries acoblades de CC-a través d'un convertidor, evitant les pèrdues d'eficiència de múltiples conversions de CA-CC. Els desenvolupadors del projecte poden optimitzar la mida de la bateria en relació amb la capacitat solar, de vegades instal·lant bateries amb més potència que la matriu solar per maximitzar la utilització de la connexió a la xarxa.
Aquestes instal·lacions híbrides suavitzen els perfils de generació renovable. En lloc d'injectar energia solar molt variable directament a la xarxa, la bateria absorbeix les fluctuacions, proporcionant una potència constant i distribuïble. Des del punt de vista de l'operador de la xarxa, una instal·lació d'emmagatzematge solar-plus-configurada correctament pot funcionar gairebé com un generador controlable.
Serveis de xarxa i acumulació d'ingressos
Els sistemes d'emmagatzematge de bateries no depenen d'una única font d'ingressos. El model de negoci consisteix en l'"acumulació d'ingressos"-recaptant els ingressos de diversos serveis.
La regulació de freqüència paga les bateries perquè responguin ràpidament a les desviacions de la freqüència de la xarxa, ajudant a mantenir els 60 Hz precisos necessaris. Els mercats de capacitat compensen l'emmagatzematge per estar disponible per descarregar-se durant els períodes de demanda punta, fins i tot si no se'ls sol·licita. L'arbitratge energètic implica cobrar quan els preus de l'electricitat a l'engròs són baixos i descarregar quan els preus augmenten. Alguns propietaris de bateries també proporcionen capacitat de reserva o participen en programes de resposta a la demanda.
Aquesta diversitat de fonts d'ingressos millora l'economia del projecte, però també afegeix complexitat. Els sistemes de gestió de bateries s'han d'optimitzar entre les oportunitats de la competència, equilibrant els pagaments de regulació de freqüència amb les oportunitats d'arbitratge energètic alhora que garanteix que la bateria tingui capacitat suficient per als compromisos del mercat de capacitat.
Dades de rendiment real
El rendiment real-de la bateria demostra tant la capacitat de la tecnologia com les seves limitacions. Durant el febrer de 2024, els sistemes de bateries de Texas van proporcionar prop d'1 GW d'energia durant una emergència del sistema, demostrant la fiabilitat de l'emmagatzematge quan més es necessitava.
La flota de bateries de Califòrnia s'ha convertit en una part integral de les operacions de la xarxa. CAISO, l'operador de la xarxa de Califòrnia, depèn ara de les bateries per gestionar la rampa de la tarda a mesura que la generació solar disminueix. Els dies habituals, la descàrrega de la bateria comença a augmentar al voltant de les 5-6 p. m., arriba al màxim entre les 7 i les 8 p. m. i es redueix a les 22:00, un cicle de descàrrega d'aproximadament 4 hores que coincideix amb el repte de la corba de l'ànec de l'estat.
Tanmateix, es produeixen interrupcions i problemes de rendiment. Les configuracions incorrectes, els errors del programari i els errors dels equips han fet que els sistemes de bateries a escala de xarxa-desconnectin inesperadament. Les estadístiques globals de fallades del 2018-2023 mostren que les taxes de fallades disminueixen a mesura que la indústria madura, però els sistemes de bateries segueixen sent més complexos i potencialment propensos a fallar que els generadors tradicionals.
El Laboratori Nacional d'Energies Renovables ha estat fent un seguiment d'aquests patrons operatius per informar la planificació de la xarxa. La seva anàlisi suggereix que a mesura que el desplegament de la bateria augmenta, garantir la fiabilitat requereix no només més capacitat, sinó també diversitat geogràfica i redundància del sistema.
Transformació econòmica i dinàmica del mercat
La dramàtica caiguda del cost de l'emmagatzematge de les bateries ha remodelat l'economia energètica, però hi ha barreres financeres importants.
Una anàlisi del 2018 del MIT Technology Review va examinar el cost d'assolir nivells elevats de penetració de renovables. L'estudi va trobar que construir la generació renovable i l'emmagatzematge necessaris per assolir els objectius de Califòrnia augmentaria els costos de manera exponencial. Amb una penetració renovable del 80%, els investigadors van calcular que els costos superarien els 1.600 dòlars per megawatt-hora en comparació amb els 49 dòlars per MWh amb un 50% d'energies renovables. Fins i tot suposant que les bateries costarien aproximadament un-terç dels preus del 2018, l'economia va quedar "completament dominada pel cost d'emmagatzematge", tal com va assenyalar l'analista del Clean Air Task Force Steve Brick.
Sis anys després, els costos de les bateries s'han reduït més de la reducció prevista d'un-terç. Els sistemes de bateries-contenidors que costaven 250 dòlars per kWh el 2020 van caure per sota dels 140 dòlars per kWh el 2023 i van continuar disminuint fins al 2024. Els costos dels projectes de Wood Mackenzie podrien caure per sota dels 100 dòlars per kWh el 2030.
Aquestes caigudes de preus estan transformant la viabilitat del projecte. Els projectes d'emmagatzematge de bateries que no tenien sentit econòmic el 2018 ara són competitius. La Llei de reducció de la inflació va introduir crèdits fiscals per a la inversió per a l'emmagatzematge autònom el 2022, millorant encara més l'economia del projecte i accelerant el desplegament.
No obstant això, l'escala d'inversió requerida segueix sent sorprenent. El govern del Regne Unit estima que l'emmagatzematge de bateries i les tecnologies de xarxa relacionades podrien estalviar el sistema energètic del Regne Unit fins a 40.000 milions de lliures el 2050, però arribar a aquest punt requereix una inversió inicial massiva. Els 12,5 GW de capacitat instal·lada existents a Califòrnia representen milers de milions de capital desplegat, però això cobreix només una fracció de les necessitats d'emmagatzematge eventuals de l'estat.
La concentració geogràfica del desplegament de la bateria reflecteix on s'alineen l'economia i la política. Texas (8 GW instal·lats el 2024) i Califòrnia (12,5 GW) junts representen més de tres-quartes parts de la capacitat de la bateria dels EUA. Tots dos estats tenen recursos d'energia renovable substancials, polítiques de suport i mercats elèctrics que recompensen econòmicament la flexibilitat d'emmagatzematge.
A nivell internacional, la Xina fabrica aproximadament la meitat de la capacitat global de les bateries i domina la cadena de subministrament de matèries primeres. Les empreses xineses controlen més del 60% de la capacitat de fabricació de bateries d'ions de liti-i més del 90% de la capacitat de processament de matèries primeres com el liti, el cobalt, el níquel i el grafit. Aquesta concentració genera preocupacions sobre la seguretat del subministrament i ha provocat esforços per construir la capacitat de fabricació occidental, encara que a costos més elevats.
Reptes i limitacions
Malgrat el ràpid creixement, l'emmagatzematge de la bateria s'enfronta a obstacles no resolts que limiten el seu paper final en la transició energètica.
Restriccions de matèries primeres
Escalar l'emmagatzematge de la bateria al nivell de terawatt requereix quantitats massives de liti, cobalt, níquel i altres materials. La mineria de liti al desert d'Atacama de Xile i llocs similars té impactes ambientals significatius, inclòs l'esgotament de l'aigua i els danys als ecosistemes. La mineria de cobalt, concentrada a la República Democràtica del Congo, comporta importants preocupacions ètiques i ambientals.
A mesura que la producció de bateries augmenta cap als 965 gigawatts-hora a Europa l'any 2030, la demanda de material augmentarà dràsticament. Els colls d'ampolla de la cadena de subministrament podrien frenar el desplegament o augmentar els costos, sobretot si la demanda de vehicles elèctrics competint crea escassetat. El desenvolupament d'infraestructures de reciclatge i químiques alternatives com ara l'ió-sodi representa un camí cap endavant, però encara no s'ha escalat prou per reduir la pressió sobre l'extracció de material verge.
Preocupacions de seguretat i medi ambient
Les grans concentracions de bateries-d'ions de liti presenten riscos d'incendi. S'han produït diversos incendis d'-instal·lacions d'emmagatzematge de bateries d'alt perfil, inclosos incidents a les instal·lacions de McMicken del Servei Públic d'Arizona el 2019 i altres llocs. Els sistemes moderns incorporen sofisticats sistemes d'extinció d'incendis, gestió tèrmica i monitorització, però el risc no s'ha eliminat.
L'eliminació--al final de la vida útil presenta un altre repte. Les bateries es degraden amb el pas del temps i normalment assoleixen el 70-80% de la capacitat original després de 10-15 anys d'ús. L'eliminació d'aquests sistemes de manera segura i la recuperació de materials valuosos requereixen desenvolupar una infraestructura de reciclatge que amb prou feines existeix avui dia. El model d'avaluació del reciclatge de bateries d'ió de liti de NREL intenta mapejar les cadenes de subministrament i els impactes del reciclatge, però el reciclatge de bateries a escala comercial segueix sent incipient.
Els electròlits químics de les cèl·lules de la bateria poden ser càustics i perillosos si tenen fuites. Els veïns de les instal·lacions d'emmagatzematge de bateries proposades de vegades s'oposen als projectes a causa d'aquestes preocupacions mediambientals i de seguretat, especialment a les zones rurals on les terres agrícoles podrien veure's afectades per accidents.
Colls d'ampolla d'interconnexió i integració a la xarxa
Tenir bateries a punt per instal·lar no importa si no es poden connectar a la xarxa. La cua d'interconnexió als Estats Units s'ha convertit en un coll d'ampolla important. A partir del 2023, els projectes d'emmagatzematge de bateries que buscaven la connexió a la xarxa s'enfrontaven a temps d'espera màxims de 50 mesos des de la sol·licitud inicial fins a l'acord d'interconnexió, després dels quals la construcció real trigarà anys addicionals.
Això significa que els projectes que es van posar en línia el 2025 probablement es van unir a la cua d'interconnexió al voltant del 2018. Els canvis en la cadena de subministrament, les fluctuacions de costos i l'evolució de la tecnologia durant aquests llargs terminis afecten la viabilitat del projecte. Alguns desenvolupadors abandonen els projectes a mitja-cua si l'economia es deteriora.
La pròpia infraestructura de xarxa requereix actualitzacions per gestionar grans instal·lacions de bateries. Els sistemes de distribució dissenyats per al flux d'energia-unidireccional dels generadors centrals als consumidors s'han d'adaptar als fluxos bidireccionals a mesura que les bateries injecten energia durant la descàrrega. Els sistemes de protecció, els equips de regulació de tensió i el programari de control necessiten actualitzacions.
El problema de la durada-cost
La limitació fonamental segueix sent econòmica: les bateries d'ions de liti-funcionen bé per a aplicacions d'1-4 hores, però són prohibitivament cares per a l'emmagatzematge de diversos-dia. Una anàlisi de Physics World de 2023 va calcular que proporcionar al Regne Unit prou emmagatzematge per cobrir deu dies consecutius de baixa -renovable-generació costaria aproximadament 50.000 milions de lliures per a l'emmagatzematge basat en hidrogen o una suma astronòmica equivalent per a bateries als costos actuals.
És per això que l'emmagatzematge de la bateria per si sol no permetrà xarxes 100% renovables. Els períodes prolongats de baixa generació eòlica i solar-que es produeixen a la majoria de regions-requereixen una sobrecàrrega massiva de capacitat renovable, el desenvolupament de tecnologies d'emmagatzematge de llarga-durada que encara no existeixen comercialment, o la retenció de fonts de generació despatxables com el gas natural amb captura de carboni, nuclear o geotèrmica.
El camí cap endavant
L'emmagatzematge de bateries ha passat d'experimental a essencial per a les energies renovables, però el seu paper continua sent un component en una transformació més àmplia del sistema.
Els operadors de xarxa estan aprenent a orquestrar sistemes cada cop més complexos. En lloc de controlar uns quants centenars de grans centrals elèctriques, gestionen milions de recursos distribuïts, com ara bateries, panells solars, aerogeneradors i càrregues controlables. La intel·ligència artificial i els algorismes d'aprenentatge automàtic ajuden a predir els patrons de generació renovable, optimitzar l'enviament de la bateria i equilibrar l'oferta i la demanda entre els segons-a-escales de temps de les estacions.
Puerto Rico exemplifica el potencial de l'emmagatzematge en entorns especialment difícils. La vulnerabilitat de l'illa als huracans i els talls d'electricitat resultants fan que la resiliència energètica sigui crítica. NREL ha estat ajudant a desplegar sistemes solars-i-de bateries individuals a Puerto Rico, proporcionant energia de reserva quan falla la xarxa principal i reduint la dependència dels costosos combustibles fòssils importats.
La investigació continua sobre tecnologies que podrien abordar els buits restants de l'emmagatzematge. Les bateries de ferro-aire, que podrien emmagatzemar energia durant 100 hores, estan en desenvolupament. Les millores de la bateria de flux poden reduir la petjada i el cost. L'emmagatzematge tèrmic-que utilitza electricitat per escalfar sorra, sal o altres materials-ofereix una altra via per a aplicacions de llarga-durada, especialment per a la calor industrial. La "bateria de sorra" de Finlàndia emmagatzema 8 megawatts d'energia tèrmica a 600 graus per proporcionar calefacció a les cases i instal·lacions properes.
La integració de l'emmagatzematge amb la tecnologia vehicle-a-grid representa una altra frontera. Els vehicles elèctrics contenen una capacitat de bateria substancial que es queda inactiva la major part del temps. La tecnologia de càrrega bidireccional podria permetre que els vehicles elèctrics tornin a descarregar energia a la xarxa durant els períodes punta, convertint essencialment milions de vehicles en recursos d'emmagatzematge distribuïts. Austràlia i altres països estan explorant fulls de ruta per convertir aquesta tecnologia en estàndard.
La política i el disseny del mercat seran crucials. Les regions que creen entorns reguladors favorables i mecanismes de mercat que valoren adequadament els múltiples beneficis de l'emmagatzematge probablement es desplegaran més ràpidament. Els crèdits fiscals d'emmagatzematge de la Llei de reducció de la inflació dels EUA van accelerar el desenvolupament; un suport polític similar en altres jurisdiccions podria impulsar el creixement global.
El que queda clar de l'examen de l'evidència és que l'emmagatzematge de la bateria s'ha mogut dels marges al corrent principal de la planificació energètica. Els 26 GW instal·lats als Estats Units a finals de 2024, tot i que són substancials, només representen el començament. La projecció de BloombergNEF de 220 gigawatts d'addicions anuals a nivell mundial per al 2035 suggereix que la taxa de creixement actual, si es manté, farà que l'emmagatzematge de bateries sigui tan fonamental per a les operacions de la xarxa com les línies de transmissió o els transformadors.
La tecnologia no solucionarà tots els problemes. L'emmagatzematge estacional continua essent difícil, les cadenes de subministrament de materials s'enfronten a limitacions i els costos han de continuar disminuint. Però la trajectòria és clara: les energies renovables van escalar ràpidament un cop els costos van caure per sota de la paritat dels combustibles fòssils; L'emmagatzematge de la bateria segueix ara el mateix patró, i els sistemes necessaris per gestionar una xarxa cada cop més renovable estan prenent forma en temps real.
Preguntes freqüents
Quant de temps poden emmagatzemar energia els sistemes d'emmagatzematge de bateries?
La majoria de sistemes de bateries d'ions de liti-a escala de xarxa- instal·lats avui estan dissenyats per a una durada de descàrrega d'1 a 4 hores. Això significa que poden oferir tota la seva potència nominal durant aquest període abans d'esgotar-se. Alguns sistemes més nous s'estenen fins a 6-10 hores, però les durades més llargues augmenten els costos substancialment. La durada d'emmagatzematge depèn de la capacitat física de la bateria (mesurada en megawatts-hora) dividida per la seva velocitat de descàrrega (mesurada en megawatts).
Quina és la vida útil d'un sistema d'emmagatzematge de bateries a escala{0}}grid?
Les bateries modernes de fosfat de ferro de liti que s'utilitzen en l'emmagatzematge a la xarxa solen mantenir un rendiment adequat durant 10-16 anys, depenent dels patrons d'ús. Els sistemes de bateries passen per milers de cicles de càrrega-descàrrega durant la seva vida útil, perdent capacitat gradualment. Una vegada que el rendiment es degrada al voltant del 70-80% de la capacitat original, les bateries solen ser reemplaçades, tot i que continua la investigació sobre la reutilització de les bateries degradades per a aplicacions menys exigents.
Per què els costos de la bateria cauen tan ràpidament?
Tres factors provoquen la disminució dels costos de la bateria. En primer lloc, l'escala de fabricació massiva de vehicles elèctrics va crear volums de producció que van reduir els costos per-unitat. En segon lloc, les millores incrementals en la química de les bateries van augmentar la densitat d'energia i van reduir els requisits de material. En tercer lloc, la competència entre els fabricants, en particular els productors xinesos, va crear un excés d'oferta el 2024, fet que va fer baixar encara més els preus. Les corbes d'aprenentatge suggereixen que els costos continuaran disminuint a mesura que augmenten els volums de producció acumulats.
Les bateries poden substituir completament les centrals de gas natural?
No amb la tecnologia actual. Les bateries excel·lent a l'hora de substituir les plantes "peaker" que funcionen durant unes hores diàries durant la demanda punta. Tanmateix, les plantes de cicle combinat-de gas natural que funcionen contínuament i proporcionen una fiabilitat de diversos-dies continuen sent difícils de substituir per bateries a causa de les limitacions de durada i de costos. Una xarxa totalment renovable necessitaria una sobrecàrrega massiva de la bateria, tecnologies d'emmagatzematge de llarga-durada que encara no existeixen comercialment, o una generació alternativa de baix-carboni distribuïble com la nuclear o la geotèrmica.
Com guanyen diners els sistemes d'emmagatzematge de bateries?
Els projectes d'emmagatzematge de bateries generen ingressos de diverses fonts simultàniament, una pràctica anomenada "apilament d'ingressos". Obtenen ingressos dels serveis de regulació de la freqüència, els pagaments del mercat de capacitat per estar disponibles durant els períodes punta, l'arbitratge energètic comprant energia barata fora de la-punta punta i venent durant els pics de preu i, en alguns casos, demanen serveis de reducció de càrrega o de reserva. La combinació de fonts d'ingressos varia segons la regió i l'estructura del mercat.
Els sistemes d'emmagatzematge de bateries són segurs?
Els sistemes de bateries{0}}a escala de xarxa inclouen funcions de seguretat àmplies, com ara sistemes d'extinció d'incendis, gestió tèrmica, monitorització contínua i salvaguardes físiques. Tanmateix, hi ha riscos que les bateries d'ions de liti--es puguin incendiar si es fan malbé o es gestionen de manera inadequada, i s'han produït diversos incidents-de gran perfil. Els estàndards de seguretat continuen evolucionant a mesura que la indústria madura, i les instal·lacions modernes incorporen lliçons de desplegaments anteriors. La química LFP és generalment més segura que la NMC a causa d'una millor estabilitat tèrmica.