Análisis del mercado de almacenamiento de energía en EE.UU.

El mercado del almacenamiento de energía en las próximas décadas

Es probable que los sistemas de almacenamiento de energía sean un elemento clave de una red del futuro baja en carbono, flexible y resistente. La generación de energía renovable en el sector eléctrico estadounidense ha aumentado drásticamente en los últimos años, y se espera que el mercado de almacenamiento de energía registre un crecimiento significativo en el futuro.

Cada vez son más las empresas que se dedican a este sector. 10 principales empresas de baterías de almacenamiento de energía en EE.UU. sobre la industria del almacenamiento de energía en Estados Unidos.

Además, la demanda del mercado de almacenamiento de energía aumenta con el énfasis en el despliegue de energías limpias al tiempo que se mantiene un funcionamiento fiable del sistema eléctrico.

Estados Unidos y países de todo el mundo se centran cada vez más en los casos de uso para hacer frente a los cortes del sistema eléctrico, y hacen cada vez más hincapié en la investigación y el análisis de la fiabilidad y resistencia del sistema eléctrico.

Al mismo tiempo, el coste de la tecnología de almacenamiento de energía ha descendido significativamente en los últimos años, y se están desarrollando más y diferentes tecnologías de almacenamiento de energía. Estos factores aumentan la atención sobre el papel vital que desempeñan los sistemas de almacenamiento de energía como activo clave de descarbonización y garantizan una alimentación fiable de la red en el creciente mercado del almacenamiento de energía.

Los sistemas de almacenamiento de energía ofrecen muchas ventajas potenciales a la red. Los sistemas de almacenamiento de energía pueden almacenar y suministrar electricidad, complementando las instalaciones de generación de energía eólica y solar, y proporcionando electricidad cuando disminuye la disponibilidad de estos recursos. Cuando se combinan con fuentes de energía renovables u otras energías limpias, los sistemas de almacenamiento de energía tienen la capacidad de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero.

Los sistemas de almacenamiento de energía también pueden mejorar la utilización de las líneas de transmisión y, al mismo tiempo, compensar o ralentizar la construcción de nuevas instalaciones de generación para proporcionar picos de capacidad o satisfacer la demanda del mercado de almacenamiento de energía para reservas operativas.

Por último, los sistemas de almacenamiento de energía distribuida pueden reducir la tensión operativa en la red durante los periodos de máxima demanda. Esta flexibilidad es importante para el crecimiento previsto de los vehículos eléctricos y los posibles aumentos de carga derivados de la electrificación de otros usos finales.

A medida que el coste de los sistemas de almacenamiento de energía siga disminuyendo y la red integre más fuentes de energía renovables variables, el despliegue de sistemas de almacenamiento de energía aumentará significativamente en las próximas décadas. Pero también plantea interrogantes, como por ejemplo, ¿cómo afectará el almacenamiento de energía al funcionamiento y desarrollo de la red en las próximas décadas?

Cuantificar el valor de un sistema de almacenamiento de energía es más complejo que cuantificar el valor de una instalación de generación de energía renovable, como la energía solar o la eólica, debido a las propiedades de los sistemas de almacenamiento de energía que afectan a la generación, la transmisión y la distribución.

El Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) pretende profundizar en el conocimiento de cómo los sistemas de almacenamiento de energía pueden añadir valor al sistema eléctrico.

Cuánto valor se añade al sistema eléctrico, cuánto almacenamiento de energía puede desplegarse económicamente y una comprensión de cómo el despliegue del almacenamiento afecta al funcionamiento y la evolución del sistema eléctrico.

Aumentar el despliegue y la duración del almacenamiento de energía a lo largo del tiempo, crear algunas previsiones a largo plazo para el despliegue diurno (sub-12 horas) de sistemas de almacenamiento de energía en EE.

El despliegue del almacenamiento de energía tiene potencial para aumentar significativamente -al menos cinco veces la capacidad instalada acumulada de los sistemas de almacenamiento de energía desplegados hoy para 2050- y desempeñará un papel integral en la determinación de la futura combinación de redes de coste optimizado para el mercado de almacenamiento de energía.

8 conclusiones clave sobre el futuro del mercado de almacenamiento de energía y su impacto en el sistema eléctrico. Estas importantes lecciones y enseñanzas pueden ayudar a los responsables políticos, a los desarrolladores de tecnología y a los operadores de red a prepararse para la próxima oleada de despliegue del almacenamiento de energía.

Se prevé un rápido crecimiento de la capacidad instalada

La adopción del almacenamiento diurno de energía en el sector eléctrico estadounidense tiene un enorme potencial económico y demuestra la creciente competitividad de costes de los sistemas de almacenamiento de energía.

Utilizando un modelo avanzado de expansión de la capacidad a gran escala, se constata que, en varios escenarios, los sistemas de almacenamiento de energía de un día (duración < 12 horas) son competitivos en costes en el mercado del almacenamiento de energía, para los sistemas de almacenamiento de energía, las instalaciones de energía eólica, las instalaciones de energía solar y una serie de supuestos de costes y rendimiento para las centrales eléctricas de gas natural.

En todos los escenarios, la capacidad total instalada de sistemas de almacenamiento de energía desplegados en el futuro mercado de almacenamiento de energía oscila entre 100GW y 650GW. Y un rango tan amplio está impulsado por diversos factores, como el coste de los sistemas de almacenamiento de energía, los precios del gas natural y el aumento de los costes de las energías renovables.
Incluso el escenario más conservador supondría multiplicar por cinco la capacidad instalada en comparación con el despliegue acumulado de 23 GW de almacenamiento de energía, la mayoría hidroeléctrica de bombeo, para 2020.

Es interesante observar que, incluso sin políticas adicionales de reducción del carbono, las energías renovables y los sistemas de almacenamiento de energía se desplegarán en gran medida, lo que demuestra su creciente competitividad de costes como recursos para proporcionar servicios de energía y capacidad.

En un escenario de simulación de descarbonización significativo pero incompleto, las emisiones de carbono del sector eléctrico estadounidense se reducen entre 46% y 82% en comparación con 2005, y en 2050, la energía renovable variable (ERV) estará disponible en EE.UU. La cuota de la capacidad total instalada alcanza entre 43% y 81%.

Normalmente se emplean sistemas de almacenamiento con una duración de 4 a 6 horas, impulsados por las sinergias inherentes con las instalaciones de generación de energía solar, pero los sistemas de almacenamiento con duraciones más largas suelen desplegarse en los últimos años de modelización.

Sistema de almacenamiento de energía Capacidad de almacenamiento de energía y amplio rango de despliegue

Los sistemas de almacenamiento de energía con baterías de iones de litio liderarán la cuota de mercado del almacenamiento de energía

Previsiones de desarrollo del mercado de almacenamiento de energía en el futuro para el coste de los sistemas de almacenamiento de baterías a escala comercial y otras tecnologías de almacenamiento de energía que impulsan la mayor parte del crecimiento previsto identificado en la capacidad instalada.

La mayoría de los sistemas estacionarios de almacenamiento de energía que se espera que se desplieguen a corto plazo son sistemas de almacenamiento de energía con baterías, especialmente sistemas de almacenamiento de energía con baterías de iones de litio. El dominio de los sistemas de almacenamiento de energía con baterías de iones de litio en el mercado de almacenamiento de energía, al menos a corto plazo, está impulsado por su crecimiento en múltiples mercados, como la electrónica de consumo y las aplicaciones estacionarias de almacenamiento de energía, así como los vehículos eléctricos.

En la figura se muestra un ejemplo del coste histórico y futuro de un paquete de baterías de iones de litio, que muestra el rápido descenso del coste de los sistemas de almacenamiento de energía en los últimos años. El gráfico también muestra que la gran mayoría de las baterías se utilizan en aplicaciones de transporte, lo que puede ser el motor más importante del desarrollo de la tecnología de baterías y de la reducción de su coste.

Utilizar diversas proyecciones de costes futuros de los sistemas de almacenamiento en baterías a escala de servicios públicos para evaluar los costes globales del sistema, incluidos los inversores, el equilibrado del sistema y la instalación.

El coste de las baterías de iones de litio ha descendido más de 80% en la última década y se espera que siga bajando gracias a la continua escala de producción impulsada por la demanda de vehículos eléctricos.

Se espera que el escenario de referencia del sistema de almacenamiento de energía mediante baterías a escala comercial siga reduciendo los costes. El lado izquierdo mide los costes sobre la base de $/kWh (capacidad de almacenamiento), mientras que el lado derecho mide los costes sobre la base de $/kW (capacidad instalada). En la previsión se parte de un proyecto de almacenamiento en baterías de 60 MW.

La curva de la izquierda muestra el coste total de la capacidad de almacenamiento de energía (kWh) del sistema de almacenamiento de energía, que es una medida comúnmente utilizada en el mercado de almacenamiento de energía. Se trata del coste total de la instalación del sistema de almacenamiento de energía. En el caso de las aplicaciones estacionarias de almacenamiento de energía, también se incluyen los costes relacionados con la electricidad (relacionados con el almacenamiento y la conversión) y los costes relacionados con la energía (medio de almacenamiento).

En general, los costes asociados a la electricidad no aumentan con la duración, es decir, son los mismos para un sistema de almacenamiento de energía de 2 horas que para uno de 10 horas, y es aquí donde el coste de la capacidad de almacenamiento de energía (kWh) aumenta con la duración. En la figura se muestra el desglose de costes por electricidad y duración.

La curva de la derecha muestra el coste de la capacidad instalada (kW), una medida del coste de las instalaciones tradicionales de generación de electricidad utilizadas por las empresas de servicios públicos. Con esta medida, su coste aumenta con la duración.

A medida que aumenta la duración, el coste de las baterías es un componente importante de los sistemas de almacenamiento de energía con baterías. A medida que el coste de las baterías disminuye con el tiempo, los sistemas de almacenamiento con baterías de mayor duración caen más rápidamente que el coste global de los sistemas de almacenamiento con baterías de menor duración.

Aunque la mayoría de los sistemas de almacenamiento de energía desplegados en el mercado de almacenamiento de energía en los últimos años son sistemas de almacenamiento de energía con baterías, diversas tecnologías de almacenamiento de energía pueden entrar en el mercado de almacenamiento de energía a medida que los costes caigan o el valor del almacenamiento de energía a largo plazo aumente.

La figura resume las estimaciones de costes de capital para 15 tipos diferentes de sistemas de almacenamiento de energía y tecnologías de almacenamiento de energía en distintas fases de comercialización. Para obtener el coste total, los costes relacionados con la capacidad instalada (eje x) se multiplican por el número de horas (duración) y se suman a los costes relacionados con la electricidad (eje y).

También se representa un área de costes de esta relación, que puede ser más o menos aplicable a aplicaciones a corto o largo plazo. Tomando como referencia los sistemas de almacenamiento con baterías, las líneas azules representan segmentos del mercado de almacenamiento de energía en los que las tecnologías alternativas son o pueden ser más rentables cuando se comercialicen.

Es importante señalar que para la mayoría de las tecnologías de almacenamiento de energía, la distinción entre estos componentes relacionados con la potencia y la energía no es absoluta, y puede ser difícil distinguir entre estos componentes. En la Figura 4 no se tienen en cuenta muchos otros factores importantes, como la eficiencia de carga-descarga de ida y vuelta y las posibles limitaciones de ubicación.

Debido a la diferencia entre los costes relacionados con la electricidad y los relacionados con la energía, determinadas tecnologías pueden ser más adecuadas para diferentes aplicaciones de almacenamiento de energía en función de la duración requerida. Las tecnologías de bajo coste eléctrico (pero alto coste energético) pueden ser más adecuadas para aplicaciones a corto plazo, mientras que los dispositivos con mayores costes relacionados con la electricidad pero menores costes relacionados con la energía pueden ser más competitivos en aplicaciones a largo plazo.

A medida que se desarrolle la red del mercado de almacenamiento de energía, es probable que las aplicaciones de mayor duración desempeñen un papel cada vez más importante, lo que puede aumentar las posibilidades de adopción de más tecnologías de almacenamiento de energía. La zona del extremo izquierdo contiene tecnologías con costes energéticos muy bajos (que utilizan cavernas o depósitos subterráneos) muy adecuadas para aplicaciones estacionales de sistemas de almacenamiento de energía.

En general, los sistemas de almacenamiento de energía mediante baterías dominan actualmente el mercado del almacenamiento de energía, pero es probable que otras tecnologías de almacenamiento de energía sigan mejorando en el futuro. A medida que el sistema eléctrico evoluciona y el papel del almacenamiento de energía cambia con el tiempo, otras tecnologías pueden tener nuevas oportunidades de mercado de almacenamiento de energía si pueden competir con el almacenamiento de energía de la batería en el coste.

Coste de la capacidad de almacenamiento de energía ($/kWh) frente al coste de la capacidad instalada ($/kW) para diversas tecnologías de almacenamiento de energía. Las tecnologías de almacenamiento de energía con bajos costes relacionados con la capacidad instalada pero altos costes relacionados con la capacidad de almacenamiento de energía pueden ser más adecuadas para aplicaciones de almacenamiento de energía a corto plazo, mientras que las tecnologías de almacenamiento de energía con altos costes relacionados con la capacidad instalada y bajos costes relacionados con la capacidad de almacenamiento de energía en el mercado de almacenamiento de energía son en mayo más competitivas en aplicaciones de almacenamiento de energía a largo plazo. Los costes previstos pueden cambiar a medida que la tecnología se desarrolle y comercialice

La posibilidad de fijar la capacidad es un motor competitivo para el despliegue en el mercado del almacenamiento de energía

Un marco para la expansión del papel del almacenamiento de energía en el sistema eléctrico analiza las múltiples fuentes de valor que aportan los sistemas de almacenamiento de energía en cuatro fases de despliegue del almacenamiento de energía a escala de servicios públicos.

Capacidad fija: Satisface la demanda de los usuarios durante los picos de demanda del sistema eléctrico y sustituye la capacidad de las instalaciones tradicionales de generación de energía, como las instalaciones de generación de energía a gas natural.

Desplazamiento temporal de la energía: Almacenamiento de electricidad a bajo precio durante los periodos de baja demanda neta y liberación de electricidad durante los periodos de alta demanda neta. Esto incluye evitar la generación de energía renovable no utilizable.

Reservas operativas: Respuestas rápidas a los desequilibrios de la oferta y la demanda causados por cambios aleatorios e interrupciones. Varios tipos de reservas incluyen la regulación de frecuencia y las reservas de contingencia.

Evitar la modernización o mejora de las instalaciones de transmisión: Compensar o reducir la necesidad de mejorar o modernizar las instalaciones de transmisión desplegando sistemas de almacenamiento de energía en zonas con limitaciones, cargando cuando la energía es suficiente y descargando cuando el sistema de transmisión local se acerca o alcanza su capacidad máxima.

Los sistemas de almacenamiento de energía pueden prestar múltiples servicios al mismo tiempo o en momentos diferentes (lo que suele denominarse "apilamiento de valores"). Para determinar el valor relativo de estos servicios en la red de mercado de almacenamiento de energía en evolución, en el estudio se simularon varios escenarios, con sistemas de almacenamiento de energía activados o desactivados para proporcionar reservas individuales o combinadas, capacidad y la capacidad de transferir tiempo.

Aunque el valor de los retrasos en las transmisiones es importante, es difícil aislarlo de los demás y es muy regional, por lo que no se intenta aislar el valor de los retrasos en las transmisiones.

En la figura se muestra un ejemplo de un caso de referencia de uso, en el que la limitación de los servicios que puede prestar un sistema de almacenamiento de energía muestra que, para aprovechar al máximo el potencial de un sistema de almacenamiento de energía, los servicios de capacidad son más importantes que el time-shifting de energía o las reservas operativas. La figura no tiene en cuenta el impacto de los intereses relacionados con la transmisión, que son importantes pero muy regionales.

Para 2050, se habrán desplegado unos 200 GW de sistemas de almacenamiento de energía en el mercado estadounidense. Se alcanzarán 30% de su potencial de "los cuatro servicios" cuando sólo proporcionen servicios de cambio temporal de energía. Sin embargo, pueden desplegarse 150GW de almacenamiento de energía si el sistema de almacenamiento de energía sólo proporciona capacidad fija y tiene valor económico.

La prestación de servicios de reserva operativa sólo aumentará el despliegue en una cantidad relativamente pequeña, en parte debido a la limitada reserva operativa necesaria y a la saturación de la demanda de reserva debido a los sistemas de almacenamiento de energía desplegados principalmente para proporcionar servicios de capacidad y de cambio de hora.

En general, esto demuestra que los sistemas de almacenamiento de energía son capaces de proporcionar una capacidad de almacenamiento estable y compensar la necesidad de generación convencional para satisfacer los picos de demanda, lo que es fundamental para aprovechar todo su potencial. La capacidad real de un sistema de almacenamiento de energía para proporcionar capacidad fija depende en gran medida de su duración y de su correlación con la duración de la carga neta máxima en la zona de despliegue.

La duración de los picos de carga neta depende de varios factores, entre ellos la energía solar y el aumento del almacenamiento de energía.

El almacenamiento de energía no es la única opción de flexibilidad

La capacidad de aumentar la flexibilidad del sistema eléctrico, satisfacer los picos de demanda y ayudar a hacer frente a la mayor variabilidad de la demanda neta en el mercado del almacenamiento de energía se expresa a menudo en forma de curva de oferta flexible. En la figura se ofrece un ejemplo de este concepto, que ilustra los recursos que pueden proporcionar servicios de flexibilidad.

Históricamente, el almacenamiento de energía se ha considerado una de las opciones más caras para aumentar la flexibilidad de la red en el mercado del almacenamiento de energía. Sin embargo, la caída de los costes puede cambiar su posición relativa en la curva de oferta elástica.

Es importante destacar que el almacenamiento de energía es sólo uno de los diversos recursos que pueden aportar flexibilidad a la red del mercado de almacenamiento de energía para alinear mejor la oferta de generación con la demanda de electricidad.

curva de oferta elástica

Una descarbonización rentable requiere la consideración de todos los recursos, incluida la flexibilidad potencial, en gran medida desaprovechada, de la demanda final de electricidad. La flexibilidad de la demanda puede lograrse mediante diversos mecanismos, desde señales de precios hasta la concentración de fuentes de energía distribuidas o la carga flexible de vehículos eléctricos. Pueden prestarse muchos de los mismos servicios que los sistemas de almacenamiento de energía, como la reducción de la demanda neta máxima y la modificación del horario de la generación variable.

La figura muestra la demanda del mercado de almacenamiento de energía y el enorme potencial de utilización de los sistemas de almacenamiento de energía en la industria energética. Las columnas 1 y 3 de la figura muestran los resultados del escenario base.

Las columnas 2 y 4 suponen despliegues adicionales de respuesta a la demanda para evaluar su impacto en los sistemas de almacenamiento de energía y en las decisiones generales de inversión. En estos casos, la demanda flexible reduce la demanda global de energía y el valor de las transferencias de energía en el tiempo.

Como resultado, se ha producido una reducción de los despliegues de sistemas de almacenamiento de energía, especialmente cuando el coste de estos sistemas es moderado, lo que pone de relieve la posible competencia entre la demanda flexible y los sistemas de almacenamiento de energía.

Se necesita más investigación para comprender plenamente las oportunidades potenciales de despliegue de la respuesta a la demanda en el mercado del almacenamiento de energía. Hay que tener en cuenta los costes de implantación, la aceptación social, la disponibilidad durante los periodos de pico neto (que puede variar con un mayor despliegue de generación variable) y los mecanismos de implantación.

Aunque los sistemas de almacenamiento de energía pueden competir cada vez más con recursos como la demanda flexible, la descarbonización al menor coste requiere el análisis de una serie de opciones de flexibilidad que pueden ayudar a habilitar las energías renovables y otras fuentes de energía limpia.

A medida que aumente la demanda de flexibilidad y capacidad de respuesta de la carga, habrá menos demanda de capacidad para el mercado de almacenamiento de energía en 2050, independientemente de si el mercado de almacenamiento de energía tiene una alta respuesta de la demanda, para escenarios de bajo coste de las renovables y la batería.

El mayor despliegue de instalaciones de energía solar indica una menor duración de los picos de carga neta

El gráfico ilustra cómo cambia la carga neta diaria durante la hora punta de California, con la contribución de la generación solar aumentando de 0% a 20% de la carga anual.

Una consecuencia clave del mayor despliegue de instalaciones de energía solar en casi todos los lugares que presentan picos de demanda desde el mediodía hasta la noche es la reducción de la duración de los periodos de carga neta máxima.

Esto reduce el tiempo (y, por tanto, los costes) del sistema de almacenamiento de energía necesario para proporcionar capacidad fija, lo que constituye una importante fuente de valor.

El mayor despliegue de instalaciones de energía solar indica una menor duración necesaria para que los sistemas de almacenamiento de energía proporcionen capacidad fija

La figura ilustra cómo las operaciones de los sistemas de almacenamiento de energía varían con la carga neta a medida que aumenta la capacidad instalada de las instalaciones de generación de energía solar. La curva superior muestra una visión general de la carga y descarga media diurna del almacenamiento de energía en el mercado estadounidense de almacenamiento de energía en condiciones simuladas en 2020, donde los sistemas de almacenamiento de energía se cargan principalmente por la noche, lo que corresponde a los niveles de carga neta más bajos.

El panel inferior muestra los resultados de las condiciones simuladas para el mercado de almacenamiento de energía en 2030, con un gran aumento del despliegue de energía solar. La mayor parte del tiempo de carga de los sistemas de almacenamiento de energía se desplazará al mediodía, coincidiendo con la disponibilidad del exceso de energía solar.

En términos de valor del sistema de almacenamiento de energía, el cambio más importante se produce en el modo de descarga. Durante la temporada alta de verano del mercado de almacenamiento de energía en 2020, para ampliar el tiempo de descarga, el sistema de almacenamiento de energía debe funcionar con una parte de la capacidad instalada, lo que reduce su capacidad de satisfacer la demanda máxima del sistema eléctrico.

En el mercado de almacenamiento de energía en 2030, el sistema de almacenamiento de energía puede descargarse a plena capacidad instalada debido a un periodo punta de corta duración más tarde en el día debido a la generación de energía solar.

Potencial de capacidad máxima de almacenamiento de energía diurna (hasta 12 horas) como curva de función de contribución solar (izquierda) y potencial de desplazamiento temporal de energía diurna como curva de contribución de generación solar (derecha).

Los cambios en los patrones de carga neta máxima aumentan el potencial del sistema de almacenamiento de energía para satisfacer la demanda máxima y aumentan las oportunidades de cambio temporal de energía. El gráfico muestra el potencial de almacenamiento de energía diurno (<12 horas) al año en Estados Unidos para proporcionar capacidad máxima en cada caso, trazado en función de la contribución a la generación solar.

Esta curva representa la capacidad del sistema de almacenamiento de energía que puede proporcionar de forma fiable una capacidad fija durante los periodos de alta demanda en el mercado de almacenamiento de energía y puede sustituir a la capacidad pico tradicional. En relación con los niveles de 2020, el potencial de los sistemas del mercado de almacenamiento de energía de EE. UU. para satisfacer la demanda máxima se ha duplicado, y la energía solar genera el 35% de la electricidad.

Con el tiempo, esta tendencia se estabilizó, ya que en muchas regiones la carga neta máxima se desplazó al invierno, cuando la capacidad de generación de energía solar era menor.

A medida que el despliegue de instalaciones de energía solar y batería solar en el mercado del almacenamiento de energía aumenta, también aumenta el potencial del almacenamiento de energía para proporcionar un potencial de cambio temporal, como se muestra en el gráfico.

La relación entre la energía eólica y el almacenamiento diurno y nocturno es menos relevante porque los patrones de generación de energía eólica no se comportan de forma consistente de un día para otro, y las sinergias entre la energía eólica y la capacidad del sistema de almacenamiento se producen en periodos de tiempo más largos .

También existe una relación importante entre la generación eólica y la capacidad de los sistemas de almacenamiento de energía para proporcionar beneficios de transmisión, lo que hace que la interacción global entre los sistemas de almacenamiento de energía y la generación eólica sea más compleja que la interacción entre los sistemas de almacenamiento de energía y las instalaciones de generación solar.

A medida que aumenta el papel de las energías renovables en el sistema eléctrico, el mayor valor y oportunidad del almacenamiento de energía se traduce en un aumento de su despliegue.

Capacidad del sistema de almacenamiento de energía en función de la contribución de las energías renovables

El gráfico muestra la capacidad total del mercado de almacenamiento de energía en función de la contribución de la energía renovable bajo una serie de supuestos y restricciones a través de múltiples escenarios de investigación. En conjunto, estos estudios consideraron más de 200 escenarios, con una contribución de la energía renovable que oscila entre 20% y 100%, lo que demuestra la estrecha relación entre las instalaciones de generación de energía renovable y los sistemas de mercado de almacenamiento de energía desplegados en un gran número de escenarios, Estos escenarios tienen diferentes supuestos y limitaciones.

Cómo evolucionará la adopción de instalaciones de generación de energía solar distribuida (del lado del usuario) y sistemas de almacenamiento de energía en baterías en el mercado del almacenamiento de energía en las próximas décadas. Nuevas características del modelo de demanda del mercado de almacenamiento de energía de generación distribuida del NREL.

Se prevé que para 2050, los clientes del mercado de almacenamiento de energía en Estados Unidos utilizarán instalaciones de generación de energía solar para desplegar sistemas de almacenamiento de energía en baterías. En general, en estos escenarios estudiados, se describe el futuro potencial del mercado de almacenamiento de energía de los sistemas de almacenamiento de energía del lado del consumidor y se identifican los principales impulsores de la adopción.

En todos los escenarios del estudio, los sistemas distribuidos de almacenamiento de energía en baterías desplegados junto con instalaciones de generación de energía solar tienen un enorme potencial económico, y la escala de despliegue de los sistemas de almacenamiento de energía en baterías desplegados en Estados Unidos oscilará entre 85GW/170GWh y 244GW/490GWh.

Pero el potencial de adopción por parte de los clientes es mucho menor debido al largo periodo de amortización. El menor coste de las baterías y el mayor valor de la energía de reserva aumentan la adopción por parte de los clientes en el modelado.

La tasa de adopción prevista de los sistemas de almacenamiento de energía distribuida en el mercado de almacenamiento de energía aumenta con el tiempo a medida que disminuyen los costes, y aumenta significativamente si disminuyen los costes de las instalaciones de energía solar.

La reducción del coste de las instalaciones de energía solar también afecta significativamente al despliegue y la adopción de proyectos de energía solar más almacenamiento y, además, el despliegue de sistemas de almacenamiento de energía puede estar relacionado de forma no lineal con la reducción del coste de las instalaciones de energía solar.

Además de los escenarios principales, también se evalúan escenarios con previsiones de costes de instalaciones de energía solar rompedoras (muy bajos) y costes de baterías bajos. En este escenario, la adopción prevista de sistemas distribuidos de almacenamiento de energía en baterías superará los 40 GW (82 GWh).

La duración de los sistemas de almacenamiento de energía puede aumentar a medida que aumenten los despliegues

En el proceso de suministro de capacidad fija, un factor clave para determinar la competitividad del mercado de almacenamiento de costes del sistema de almacenamiento de energía es determinar la duración mínima requerida. En gran parte de EE.UU., los operadores locales del mercado de almacenamiento de energía han determinado que una duración de 4 horas es suficiente para satisfacer la demanda eléctrica máxima en verano.

A medida que aumenten los despliegues del mercado de almacenamiento de energía, crecerá la duración de los periodos de carga punta neta, lo que requerirá más capacidad de almacenamiento (durante periodos más largos) para suministrar electricidad. El gráfico muestra la demanda neta del mercado de almacenamiento de energía para diferentes cantidades de sistemas de almacenamiento de energía durante un periodo de demanda máxima de tres días en el escenario de despliegue del mercado de almacenamiento de energía de referencia para 2050.

También muestra la demanda neta con mayor o menor capacidad instalada en el mercado de almacenamiento de energía. El aumento de los niveles de despliegue de los sistemas de almacenamiento de energía amplía los periodos punta, aumentando así la capacidad de almacenamiento de energía necesaria para proporcionar capacidad fija y seguir reduciendo la demanda neta punta.

A medida que aumentan los despliegues de almacenamiento de energía, también se amplían los periodos de carga neta máxima, lo que exige sistemas de almacenamiento de energía de mayor duración para garantizar un suministro eléctrico estable.

El mayor despliegue de instalaciones de generación de energía solar puede ayudar a compensar este efecto. Sin embargo, este beneficio es limitado, ya que en algunos casos se espera que los sistemas de almacenamiento de energía de menor duración sean desclasificados (lo que también significa un menor valor), lo que proporciona al mercado de almacenamiento de energía para el despliegue de sistemas de almacenamiento de energía de mayor duración Proporciona incentivos adicionales.

La duración media de los despliegues de sistemas de almacenamiento de energía aumenta con la capacidad total instalada de sistemas de almacenamiento de energía, hasta unos 200 GW.

El gráfico muestra la duración media del despliegue de nuevos sistemas de almacenamiento de energía frente a la capacidad total del mercado de almacenamiento de energía con cambios en el coste de las baterías de referencia. Los despliegues iniciales son principalmente sistemas de almacenamiento de energía de 2-4 horas, debido a que se producen principalmente durante los picos de tarde más cortos en verano.

Estas horas punta se mantuvieron a medida que se discutía el efecto de escala del despliegue de instalaciones de energía solar. Es necesario aumentar la duración del sistema de almacenamiento de energía para hacer frente a periodos punta de mayor duración.

Esto abre más oportunidades de mercado de almacenamiento de energía para las tecnologías emergentes que pueden durar más tiempo o para las tecnologías existentes de almacenamiento de energía de larga duración, como las instalaciones de generación de energía hidroeléctrica por bombeo.

La tecnología de los sistemas de almacenamiento de energía estacional es especialmente importante

Evaluar escenarios de descarbonización significativos pero incompletos para el mercado de almacenamiento de energía. Sin embargo, estos escenarios, y los evaluados en trabajos relacionados, apuntan a un papel potencial para los sistemas de almacenamiento de energía de varios días o estacionales a medida que el sistema eléctrico cambia a contribuciones de energía renovable muy altas (más de 90% renovables).

Los desajustes estacionales en la oferta de energías renovables y la demanda de electricidad indican oportunidades potenciales para los sistemas estacionales de almacenamiento de energía. El gráfico anterior muestra el uso intensivo de sistemas de almacenamiento de energía térmica en verano, mientras que la aplicación de sistemas de almacenamiento de energía térmica es mínima en primavera en el gráfico siguiente.

Durante los periodos de producción eólica relativamente baja en verano y de producción solar relativamente baja en invierno, los recursos de almacenamiento de energía térmica se utilizan en abundancia.

La capacidad de las energías renovables y del almacenamiento diurno de energía para satisfacer esta demanda se reduce al saturarse el suministro eléctrico durante gran parte del año, como ilustran las reducciones mostradas en el gráfico siguiente.

Todos los sistemas de almacenamiento de energía diurna adicionales en el mercado de almacenamiento de energía permanecen inactivos durante la mayor parte del año, lo que reduce su rentabilidad. Los sistemas de almacenamiento de energía estacional pueden ofrecer una alternativa económica para almacenar el exceso de generación de energía en primavera y otoño y transferirlo a verano e invierno.

La figura muestra los resultados de otro conjunto de casos en el mercado del almacenamiento de energía, evaluando el escenario de energía limpia 100%. En estos casos, se simulan sistemas estacionales de almacenamiento de energía en forma de turbinas de gas que utilizan combustibles renovables como el hidrógeno.

En estos escenarios, se despliega un gran número (400 GW+) de sistemas estacionales de almacenamiento de energía, lo que demuestra el valor de contar con una tecnología capaz de superar los desajustes estacionales en los sistemas de generación renovable y demanda de electricidad. Otras tecnologías de sistemas de almacenamiento de energía estacional también podrían desempeñar este papel si son suficientemente competitivas en costes.

Capacidad instalada y generación de electricidad para alcanzar el escenario de demanda de 100% en 2050

Conclusión

Aunque se indica que se espera que la capacidad instalada de los sistemas de almacenamiento de energía desplegados en el mercado del almacenamiento de energía se quintuplique de aquí a 2050, todavía existen algunas incertidumbres que pueden modificar el crecimiento de la capacidad instalada y la trayectoria de evolución del mercado del almacenamiento de energía identificados en este estudio. Entre las incertidumbres se incluyen:

Crecimiento y compensación del sistema de almacenamiento de energía

Importante despliegue de sistemas de almacenamiento de energía en varios escenarios de evolución de la red. Incluso sin políticas de descarbonización, el almacenamiento de energía es muy competitivo como nueva fuente de capacidad máxima, y muchas previsiones del mercado de almacenamiento de energía apuntan a un crecimiento significativo.

Sin embargo, sigue siendo importante reconocer que los cambios tecnológicos o políticos pueden afectar al crecimiento de los sistemas de almacenamiento de energía. A pesar de los importantes cambios introducidos en el marco regulador en la última década, el almacenamiento de energía sigue siendo una tecnología difícil de evaluar y compensar adecuadamente, especialmente en mercados reestructurados. Si los sistemas de almacenamiento de energía no reciben una compensación justa, puede dar lugar a un despliegue subóptimo en el mercado del almacenamiento de energía.

Evolución tecnológica

Los sistemas de almacenamiento de energía con baterías de iones de litio han dominado el mercado de los sistemas de almacenamiento de energía en los últimos años. Sin embargo, se ha realizado una gran labor de I+D para mejorar otras tecnologías del mercado de almacenamiento de energía. Múltiples tecnologías del mercado de almacenamiento de energía pueden competir con los sistemas de almacenamiento de energía de baterías de iones de litio.

Especialmente para las aplicaciones del mercado de almacenamiento de energía de mayor duración. Las partes interesadas pueden beneficiarse si consideran las oportunidades futuras de las tecnologías emergentes y la próxima generación de tecnologías existentes, como las instalaciones hidroeléctricas de bombeo.

Sistema de almacenamiento de energía como recurso de capacidad

La importancia de los sistemas de almacenamiento de energía como recursos de capacidad. Este valor, así como el despliegue del almacenamiento, depende de una valoración y compensación adecuadas de los sistemas de almacenamiento de energía, que dependen de unas reglas de mercado que reflejen la capacidad de los sistemas de almacenamiento de energía para proporcionar una capacidad estable a medida que aumenta el despliegue del almacenamiento y de las energías renovables. Sus reglas pueden tener en cuenta el impacto de un mercado basado en precios marginales sobre los ingresos para garantizar que sean suficientes para apoyar una capacidad instalada óptima de los sistemas de almacenamiento de energía.

El papel de la carga flexible

Para descarbonizar el sector eléctrico al menor coste en el mercado del almacenamiento de energía, sigue siendo importante utilizar diversos recursos flexibles, algunos de los cuales pueden ser menos costosos que el almacenamiento de energía. Una mejor descripción de la respuesta de la demanda, el potencial real de contribución y el coste de las cargas flexibles es esencial para comprender mejor las oportunidades de mercado para los sistemas de almacenamiento de energía.

Sistema de almacenamiento de energía y energías renovables

A medida que aumentan los objetivos de descarbonización de la red, los sistemas de almacenamiento de energía son una tecnología facilitadora importante para desplegar la generación de energía limpia. Existen importantes sinergias entre el almacenamiento diurno de energía y las instalaciones de energía solar, pero esto puede cambiar debido a una serie de factores.

La posible electrificación a gran escala de la calefacción podría desplazar los picos de carga en gran parte de EE.UU. al invierno, lo que crearía picos de demanda más largos y dificultaría la satisfacción de la demanda del mercado de almacenamiento de energía y energía solar.

Este cambio podría aumentar el valor de la energía eólica y de los sistemas de almacenamiento de energía de larga duración. Los sistemas de almacenamiento de energía de menor coste y mayor duración, y su capacidad para mejorar la utilización de la transmisión, también pueden generar más oportunidades de sinergia en el mercado del almacenamiento de energía. batería de aerogenerador y sistemas de almacenamiento de energía.

Sistema distribuido de almacenamiento de energía

Los sistemas de almacenamiento de energía distribuida tienen un enorme potencial económico en todos los escenarios de investigación del mercado de almacenamiento de energía, pero es posible que los clientes sólo estén dispuestos a comprarlos si obtienen un retorno más rápido de su inversión. Los flujos de valor emergentes y los mecanismos de compensación en evolución para la energía distribuida pueden incentivar una mayor adopción.

Además, la electrificación puede tener un impacto positivo o negativo en la adopción de sistemas en el mercado del almacenamiento de energía. Por ejemplo, durante los cortes de electricidad en invierno, un cambio a gran escala a la calefacción eléctrica puede aumentar significativamente el valor de tener energía de reserva en un edificio.

En cambio, la creciente adopción de vehículos eléctricos y su potencial para proporcionar energía de reserva puede limitar la adopción de sistemas de almacenamiento de energía distribuida. Para comprender estos matices, es necesario investigar más sobre el comportamiento de los clientes en este ámbito.

Duración de la evolución de los sistemas de almacenamiento de energía

Muestra la tendencia general del mercado de almacenamiento de energía con el aumento de la duración de los sistemas de almacenamiento de energía, dada su capacidad para satisfacer la demanda punta de verano. El valor inicial de los sistemas de almacenamiento de energía de 4 horas es elevado, sin embargo, a medida que aumentan los despliegues de sistemas de almacenamiento de energía, las duraciones más largas suelen ser más competitivas.

Aunque esta tendencia obedece a diversos factores, por ejemplo, puede llegar a compensar el valor de la capacidad de los sistemas de almacenamiento de energía de corta duración. Los sistemas de almacenamiento de energía de mayor duración pueden prestar servicios adicionales, como la resistencia de la red, o servir de complemento o sustitución de nuevas transmisiones.

El papel del sistema estacional de almacenamiento de energía

A medida que los sistemas eléctricos se acercan a la energía 100% limpia, el almacenamiento de energía puede desempeñar un papel cada vez más importante, y puede desempeñar múltiples funciones en un sistema eléctrico en transformación. Las tecnologías estacionales clave de almacenamiento de energía implican la producción y el almacenamiento de combustibles renovables para diversas aplicaciones en la industria o el transporte.

Por lo tanto, los sistemas estacionales de almacenamiento de energía pueden compartir los costes de infraestructura con otras aplicaciones. Los costes de estas tecnologías de almacenamiento de energía estacional y las compensaciones relacionadas con la eficiencia y la interacción con el tiempo de los sistemas de almacenamiento de energía de menor duración requieren más estudios.