Sistemi di accumulo dell'energia

Descrizione

La domanda di energia a livello globale è aumentata notevolmente negli ultimi dieci anni e le ragioni sono da ricercare nella crescita economica, nell'aumento della popolazione e nell'industrializzazione dei Paesi in via di sviluppo. Questa domanda di energia deve essere soddisfatta nel modo più stabile e sostenibile possibile, utilizzando le energie rinnovabili(Proton OnSite, 2016).

La variabilità della produzione di energia elettrica è un fenomeno comune quando si tratta di risorse rinnovabili, come il vento e il sole. Di conseguenza, può verificarsi uno squilibrio tra l'energia generata e i modelli di consumo, responsabile del fatto che l'energia non viene necessariamente prodotta nel momento in cui è necessaria. Inoltre, a causa della produzione decentralizzata e diffusa di energia da fonti rinnovabili, l'energia non viene necessariamente prodotta nei luoghi in cui c'è richiesta.

I sistemi di accumulo di energia disaccoppiano la produzione e il consumo di energia e, pertanto, possono aiutare a bilanciare il sistema immagazzinando l'energia disponibile al momento, che non è immediatamente necessaria, per un uso futuro(Distributed Control Methods and Cyber Security Issues in Microgrids, 2020).

Problemi da risolvere

Indiretto grazie a una maggiore integrazione delle energie rinnovabili:

Direttamente attraverso soluzioni di accumulo:

Contesto cittadino

La composizione del prezzo dell'elettricità può influenzare le prestazioni economiche di un sistema di accumulo di energia.

Le normative legali hanno un'enorme influenza e possono promuovere o inibire i sistemi di accumulo in paesi, regioni e città.

Poiché l'accumulo di energia elettrica è principalmente legato alle energie rinnovabili, la vicinanza a un impianto di energia rinnovabile garantisce un approccio olistico per massimizzare il risparmio di emissioni all'interno dei confini tracciati. Ad esempio, l'elettricità generata da una turbina eolica o da un impianto fotovoltaico può essere immagazzinata in un sistema di stoccaggio.

Fattori di supporto

1. Prevalenza di fonti energetiche rinnovabili locali (eolico/solare/CHP gestito con energie rinnovabili)
2. La modernizzazione della rete, come la transizione verso le reti intelligenti, aiuta a integrare i sistemi di accumulo di energia elettrica.
3. Normative locali che supportano i sistemi di accumulo di energia (vedi Iniziative governative)

Iniziative del governo

I risultati economici di molte tecnologie di generazione e stoccaggio dell'energia dipendono fortemente dal quadro normativo, soprattutto per quanto riguarda tasse e imposte. La politica climatica e le implicazioni sul prezzo della CO2 possono potenzialmente spingere le tecnologie a basse emissioni di carbonio. Quindi, il prezzo delle quote si aggiunge ai costi variabili di ogni tecnologia basata sui fossili. Ad esempio, diversi Paesi europei hanno una carbon tax. Portogallo, Svezia, Spagna e Polonia sono solo alcuni esempi (taxfoundation, 2020).

Ci sono state diverse iniziative dell'UE sulle batterie, come Batteries Europe, SET Plan action, i progetti BRIDGE sulle batterie o il progetto BATSTORM(Commissione Europea, 2020).

La maggior parte dei Paesi dell'UE non dispone di un meccanismo di sostegno specifico per i sistemi di accumulo di energia, anche se alcuni hanno implementato misure specifiche. In Germania, ad esempio, esiste un programma di sovvenzioni per la distribuzione di sistemi di accumulo a batteria. L'obiettivo è quello di garantire che gli impianti fotovoltaici abbiano un maggiore beneficio per il sistema complessivo, uniformando la loro esportazione. Mentre alcune soluzioni di accumulo di energia sono commercialmente valide senza sovvenzioni, i progetti più grandi e pesanti dal punto di vista infrastrutturale, come gli impianti di accumulo con pompaggio su larga scala, attualmente faticano ad attrarre investimenti a causa dell'elevato rischio di entrate(cms, 2018).

Mappatura degli stakeholder

Mappa delle parti interessate Stoccaggio di energia

Mappa degli stakeholder di un sistema di accumulo di energia (BABLE, 2021)

Potenziale di mercato

Esistono molte proiezioni sul futuro del mercato dell'accumulo di energia. Alcune di queste differiscono in modo significativo, ma un'affermazione si ritrova in tutte le proiezioni: il mercato dell'accumulo di energia crescerà. Uno studio di Deloitte (2018) identifica diversi fattori di crescita:

• diminuzione dei costi delle tecnologie di accumulo
• Miglioramento delle prestazioni
• La modernizzazione della rete e la sua complessità aumenteranno
• Aumento dell'installazione di energie rinnovabili (da regionale a globale)
• Partecipazione dei sistemi di accumulo ai mercati all'ingrosso dell'elettricità
• Verranno introdotti incentivi finanziari a sostegno dell'uso delle tecnologie di accumulo
• Le tariffe di immissione in rete (FIT) per le energie rinnovabili, basse o in calo, aumentano gli incentivi per l'autoconsumo dell'elettricità prodotta
• Aumento del desiderio di autosufficienza (autarchia energetica), resilienza o indipendenza da parte dei consumatori.
• Regolamenti e politiche nazionali che promuovono soluzioni di accumulo per affrontare sfide specifiche come la dipendenza dalle importazioni, colmare le lacune nel mix di generazione, avvicinarsi agli obiettivi ambientali e di de-carbonizzazione.
• Lo stoccaggio di energia beneficerà probabilmente anche di ampi mandati politici legati all'urbanizzazione e agli obiettivi di qualità della vita nei paesi in via di sviluppo.

Nel 2019, la domanda globale di sistemi di accumulo di energia è stata di 194,32 GW(Region, And Segment Forecasts, 2020). Secondo Bloomberg NEF, il mercato dell'accumulo di energia crescerà cumulativamente fino a 943 GW o 2.857 GWh entro il 2040. Dal 2018 al 2040 verranno investiti 620 miliardi di dollari nello stoccaggio di energia. Entro il 2040, si prevede che l'accumulo di energia rappresenterà il 7% della capacità elettrica totale installata a livello mondiale. Inizialmente, gran parte dell'accumulo di energia elettrica sarà installato dietro al contatore, ma entro la metà degli anni 2030 si prevede che la maggior parte dell'accumulo sarà nel settore utility-scale. Lo sviluppo del mercato nei singoli Paesi è illustrato nella figura seguente(BloomberggNEF, 2018).

Figura: Proiezione della diffusione globale dello stoccaggio cumulativo per paese 2018-2030(Deloitte, 2018)

Struttura dei costi

I costi delle capacità di stoccaggio sono fondamentali per un sistema energetico basato su quote significative di energia rinnovabile. La figura seguente presenta una panoramica con i prezzi specifici per kWh delle varie tecnologie di stoccaggio dell'elettricità negli ultimi anni. Tra le soluzioni attualmente più utilizzate figurano i sistemi a batteria, le tecnologie power to X (elettrolisi in colore marrone) e gli impianti di accumulo a pompa (idroelettrico pompato in colore giallo). La dipendenza tra il prezzo e la capacità installata cumulativa è mostrata sugli assi orizzontali. Si può quindi osservare una correlazione tra la capacità installata e la riduzione dei costi.

Figura: Curve di esperienza per i costi e le capacità installate cumulative di diverse tecnologie di accumulo elettrico(Schmidt, Hawkes, Gambhir, & Staffell, 2017)

Oltre alla riduzione storica dei costi specifici delle capacità di accumulo elettrico, si prevedono ulteriori riduzioni dei costi. Gli studi prevedono che il costo livellato degli accumuli (LCoS) si ridurrà almeno di un terzo o della metà entro il 2030 e il 2050. Inoltre, si prevede che gli ioni di litio diventeranno probabilmente più efficienti dal punto di vista dei costi per quasi tutte le applicazioni di batterie stazionarie a partire dal 2030(Schmidt, Melchior, Hawkes, & Staffell, 2019). L'effetto della riduzione dei costi non è dovuto esclusivamente all'economia di scala, ma anche al livello di maturità delle tecnologie. Una proiezione dello sviluppo degli LCoS è riportata nella figura seguente.

Figura: Proiezione dei costi futuri delle tecnologie di accumulo elettrico(Schmidt, Hawkes, Gambhir, & Staffell, 2017)

Modelli operativi

Modello operativo di un sistema di accumulo di energia (BABLE, 2021)

Requisiti legali

Livello UE

• 2009, 2013 - promozione dell'uso di energia da fonti rinnovabili(Gazzetta ufficiale dell'Unione europea, 2009)(Commissione europea, 2013)
• 2016 - Pacchetto Energia Pulita per tutti gli Europei - tra le altre cose si passa all'energia pulita e si aprono i mercati dell'elettricità allo stoccaggio di energia(Commissione Europea, 2017)
• 2017 - Accumulo di energia - il ruolo dell'elettricità(Commissione Europea, 2017)
• 2018 - Direttiva sulla promozione dell'uso dell'energia da fonti rinnovabili(Gazzetta Ufficiale della Commissione Europea, 2018)
• 2019 - Direttiva sulla progettazione del mercato dell'energia elettrica (rifusione): mira a ridurre le barriere allo stoccaggio dell'energia e impone un appalto non discriminatorio e competitivo dei servizi di bilanciamento e regole eque in relazione all'accesso alla rete e alla tariffazione(Gazzetta ufficiale della Commissione europea, 2019).
• 2020 - Proposta di regolamento del Parlamento europeo e del Consiglio relativo alle pile e ai rifiuti di pile: parte del Green Deal europeo(Commissione europea, 2020), stato febbraio 2021: Parlamento europeo, 2021

Francia (Norton Rose Fullbright, 2019)

• Legge sulla transizione energetica: fissa obiettivi ambiziosi per il 2030 per le energie rinnovabili in Francia, l'accumulo di energia è una necessità per raggiungere gli obiettivi di politica ambientale.

Paesi Bassi(Norton Rose Fullbright, 2019)

• Legge olandese sul clima
• Accordo sul clima