Le utility possono risolvere il problema dello stoccaggio di energia rinnovabile?

La rapida crescita delle fonti di energia rinnovabile, come l'energia eolica e solare, ha portato in primo piano una sfida critica: come immagazzinare e distribuire efficacemente questa energia intermittente. Le utility, alle prese con il crescente aumento del carico e impegnate a raggiungere gli obiettivi di decarbonizzazione a zero emissioni, si trovano di fronte a una domanda urgente: quanta energia rinnovabile possono integrare prima di raggiungere limiti pratici?

Il massimale di integrazione delle energie rinnovabili

Sulla base delle nostre discussioni con le utility in varie località, il limite massimo per la penetrazione delle energie rinnovabili nel loro mix energetico senza soluzioni di stoccaggio significative o importanti miglioramenti dell'interconnessione è compreso tra il 30% e il 40%. Oltre questa soglia, l'intermittenza dell'energia eolica e solare inizia a porre delle sfide.

Sebbene i piani varino, molte utility puntano al 70%-80% di energie rinnovabili entro l'inizio del 2030. Mentre la penetrazione delle energie rinnovabili è già elevata in alcune aree, come il Texas e la California, gli stati del medio Atlantico, del nord-est e del Pacifico nord-occidentale devono affrontare ostacoli maggiori nel raggiungere questi obiettivi a causa della minore intensità della produzione di energia eolica e solare date le condizioni meteorologiche in quelle regioni.

L'elusiva soluzione di stoccaggio a lunga durata

Per oltre un decennio, lo stoccaggio a batteria di lunga durata su scala industriale è stato il Santo Graal per far aumentare la penetrazione delle energie rinnovabili. Idealmente, questa soluzione immagazzinerebbe energia per più di 24 ore e preferibilmente fino a una settimana. Tuttavia, nonostante la ricerca in corso, deve ancora emergere un'opzione economicamente praticabile che funzioni alla scala necessaria per alimentare intere città o regioni.

Le attuali soluzioni di stoccaggio spesso funzionano bene su piccola scala, ma faticano a passare a una scala più ampia. I principi fisici lo impediscono o i costi diventano proibitivi. Sebbene le innovazioni tecnologiche come le batterie allo stato solido, le batterie al sodio o le soluzioni a idrogeno facciano occasionalmente notizia, spesso non sono in grado di alimentare una grande città durante interruzioni di lunga durata o periodi prolungati di bassa generazione di energia rinnovabile.

La necessità di un migliore stoccaggio è duplice: prepararsi a carenze di energia rinnovabile per più giorni e ridurre gli sprechi. In alcune regioni, come la California, l'energia rinnovabile in eccesso generata durante le ore di punta rimane inutilizzata a causa della mancanza di capacità di stoccaggio.

Soluzioni a breve termine e tecnologie alternative

Nonostante queste sfide, le utility stanno investendo molto nello stoccaggio dell'energia. Il mercato globale è quasi triplicato l'anno scorso ed è sulla buona strada per superare i 100 gigawattora di capacità per la prima volta nel 2024 (Figura 1). Le grandi utility regolamentate come NextEra, Xcel e AES sono all'avanguardia nella costruzione di sistemi di stoccaggio su scala di rete.

I modelli attuali in genere utilizzano batterie agli ioni di litio che possono contenere solo da due a quattro ore di energia. Queste soluzioni di breve durata aiutano a gestire le fluttuazioni giornaliere, immagazzinando l'elettricità durante i periodi di picco della generazione rinnovabile e reimmettendola nella rete quando la domanda di elettricità è elevata, ma non affrontano i disallineamenti di alimentazione a lungo termine o la pianificazione della resilienza.

Poiché le utility riconoscono che le batterie agli ioni di litio probabilmente non sono la soluzione definitiva per le loro esigenze di stoccaggio di lunga durata e su larga scala, le tecnologie alternative stanno attirando maggiormente l'attenzione. Le batterie a flusso e le batterie agli ioni di sodio, ad esempio, utilizzano materiali economici e abbondanti, risolvendo potenzialmente i problemi di approvvigionamento e disponibilità associati al litio. Sebbene il loro peso e le loro dimensioni le rendano poco pratiche per i veicoli elettrici, potrebbero funzionare bene per lo stoccaggio stazionario.

L'idrogeno è un'altra opzione spesso discussa, anche se la sua promessa è rimasta "tra 10 anni" per un po' di tempo. I principali ostacoli all'adozione diffusa di queste tecnologie sono i costi e l'efficienza. Ad esempio, la produzione di idrogeno verde richiede un funzionamento costante e ad alta operatività per essere economicamente sostenibile, il che è difficile quando si fa affidamento su fonti di energia rinnovabile intermittenti.

Implicazioni e possibili scenari

L'assenza di una soluzione praticabile per l'accumulo di energia di lunga durata ha implicazioni di vasta portata:

1. Le utility potrebbero dover ritardare le dismissioni degli impianti a combustibili fossili e fare maggiormente affidamento sul gas naturale come soluzione a breve termine, costruendo potenzialmente nuovi impianti a gas. Se da un lato ciò potrebbe rallentare i progressi verso gli obiettivi di decarbonizzazione, dall'altro contribuirebbe a garantire l'affidabilità della rete, poiché le richieste di elettricità derivanti dalla crescita dei data center per l'IA e il passaggio a un'economia più elettrificata aumenteranno nel prossimo decennio.

Se i servizi pubblici regolamentati daranno la priorità al raggiungimento degli obiettivi di zero emissioni nette rispetto alla costruzione di nuovi impianti a gas, l'energia potrebbe potenzialmente essere generata dal settore privato. In alternativa, i prezzi dell'elettricità potrebbero aumentare, rallentando potenzialmente la crescita dei data center e riportando la domanda di elettricità a un livello più gestibile.

2. L'espansione degli impianti eolici e solari può incontrare limitazioni poiché gli operatori di rete faticano a bilanciare la domanda e l'offerta intermittenti. Ciò potrebbe potenzialmente rallentare il ritmo di adozione delle energie rinnovabili in alcune regioni.

Inoltre, le installazioni potrebbero rallentare nelle regioni con un'abbondanza di energia rinnovabile e prezzi negativi dell'energia. L'aggiunta di più energie rinnovabili potrebbe aggravare il problema della saturazione eccessiva in queste regioni senza un'economia favorevole per gli sviluppatori.

3. I data center, che hanno bisogno di elettricità costante e hanno clienti Big Tech con ambiziosi obiettivi di sostenibilità, possono esplorare opzioni alternative come i reattori nucleari su piccola scala per soddisfare le loro esigenze energetiche mantenendo gli impegni di sostenibilità.

4. La stabilità della rete diventa più impegnativa senza un'adeguata capacità di stoccaggio, portando potenzialmente a un aumento della volatilità nei mercati dell'energia e a problemi di affidabilità durante periodi prolungati di bassa produzione di energie rinnovabili.

Gli incentivi potrebbero stimolare ulteriormente l'innovazione

La strada da percorrere per lo stoccaggio di energia rinnovabile rimane incerta, ma è probabile che gli incentivi per lo sviluppo e l'implementazione di soluzioni di stoccaggio su larga scala e di lunga durata aumentino. Poiché le utility e le aziende tecnologiche spingono per trovare soluzioni e la frequenza e la durata delle interruzioni di corrente aumentano potenzialmente con una maggiore incidenza di condizioni meteorologiche estreme, l'innovazione in questo settore sarà fondamentale.

Per gli investitori, il mercato dell'accumulo di energia presenta un panorama complesso con pochissime opportunità di investimento in azioni pubbliche pure-play. Molte aziende sono ancora nelle prime fasi di sviluppo e devono affrontare problemi di redditività, in particolare le aziende ad alta intensità di liquidità in un contesto di tassi di interesse elevati. Il settore può anche essere volatile e dipendere dal sostegno governativo, il che lo rende potenzialmente più adatto a portafogli diversificati.

Ci aspettiamo che le grandi aziende di utility leader nello sviluppo delle energie rinnovabili, come NextEra, AES e Iberdrola, guidino i progressi a lungo termine nello stoccaggio dell'energia. Sebbene regolamentate, sono in prima linea negli attuali sviluppi dello stoccaggio e stanno investendo in tecnologie di stoccaggio di nuova generazione come l'idrogeno.

Riteniamo che le utility possano a termine risolvere il problema dello stoccaggio di energia rinnovabile. Per ora, tuttavia, nonostante i loro progressi, il Santo Graal dell'accumulo di energia rimane appena fuori portata.

 

INFORMAZIONI IMPORTANTI

Il settore energetico può risentire in modo significativo delle fluttuazioni dei prezzi dell'energia e dell'offerta e della domanda di combustibili, della conservazione, del successo di progetti di esplorazione e delle normative fiscali e statali in generale.

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