IEA ha compiuto nel settembre 2022 uno studio per fare il punto sullo sviluppo a livello mondiale dei sistemi di accumulo, necessari per stabilizzare le reti elettriche nazionali.
Gli impianti per soddisfare i picchi di richiesta di energia e per tamponare eventuali malfunzionamenti delle centrali di produzione sono sempre stati un componente importante delle reti elettriche nazionali. In passato questi sistemi erano costituiti da centrali termoelettriche con generatori a bassa inerzia (tipicamente motori diesel accoppiati ad alternatori), capaci di andare a regime in pochi minuti, e da stazioni di pompaggio che accumulavano l’acqua nei bacini idroelettrici, pronta per essere usata in caso di bisogno.
La necessità di ridurre progressivamente l’uso dei combustibili fossili, fino a farne del tutto a meno, impone la dismissione delle centrali termoelettriche a bassa inerzia. Rimangono quindi gli impianti idroelettrici con pompaggio, a cui, in tempi recenti, si stanno affiancando i sistemi basati su batterie al litio, la stessa tecnologia che ha conquistato la mobilità elettrica. Questi due sistemi rientrano nella tipologia degli impianti di accumulo o storage.
Come evidenziato nel Net Zero Emissions by 2050 Scenario prodotto da IEA, oggi i sistemi di accumulo sono ancora più fondamentali rispetto al passato, perché l’esigenza di sfruttare in misura sempre maggiore le fonti rinnovabili espone le reti nazionali a una variabilità della produzione di energia non tollerabile dalle utenze. Gli impianti eolici e fotovoltaici, infatti, rientrano in pieno nella categoria delle fonti intermittenti, quindi è necessario sviluppare capienti sistemi di accumulo, di pari passo con le installazioni di pannelli fotovoltaici e di generatori eolici.
L’energia idroelettrica con pompaggio ha ancora un notevole potenziale di sviluppo in diverse regioni del mondo, ma le batterie al litio hanno visto una forte crescita negli ultimi anni, grazie anche al fatto che sono ben scalabili per le esigenze di storage delle reti. Esistono anche altre tecnologie di stoccaggio, come l’aria compressa e a gravità, ma sono assai poco diffuse a livello mondiale. L’idrogeno è un altro candidato interessante per l’accumulo, ma per ora è solo una tecnologia emergente, anche se ha un buon potenziale per lo stoccaggio stagionale di energia rinnovabile.
Ma secondo IEA, i progressi nella diffusione dei sistemi di accumulo, sebbene importanti, non sono in linea con quanto previsto nel Net Zero Scenario. Serve uno sforzo maggiore.
Le capacità degli impianti di accumulo nel mondo
L’energia idroelettrica con pompaggio è ancora oggi la tecnologia di accumulo di rete più diffusa. La potenza totale installata era di circa 160 GW nel 2021. La capacità globale era di circa 8.500 GWh nel 2020, pari a oltre il 90% dello stoccaggio totale di elettricità a livello globale. La capacità più grande al mondo si trova negli Stati Uniti. La maggior parte degli impianti oggi in esercizio è utilizzata per il bilanciamento giornaliero.
Grazie alla loro capacità di erogare energia in maniera istantanea, le batterie sono tipicamente impiegate per il bilanciamento sub-orario, orario e giornaliero. La potenza totale dei sistemi di accumulo a batteria era di quasi 16 GW alla fine del 2021.
Nel prossimo futuro, si prevede che le batterie di rete rappresenteranno la maggior parte della crescita di stoccaggio in tutto il mondo. Nello scenario Net Zero, la capacità di accumulo delle batterie dovrebbe espandersi di circa 44 volte tra il 2021 e il 2030, fino ad arrivare a 680 GW. Solo nel 2030 dovrebbero essere aggiunti quasi 140 GW di capacità. Quindi, per essere in linea con lo scenario Net Zero, le aggiunte annuali devono aumentare in modo significativo, fino a una media di oltre 80 GW all’anno nel periodo 2022-2030.
I tipi di batterie
Sulla base di considerazioni sui costi e sulla densità energetica, le batterie al litio ferro fosfato (LFP) sono la scelta preferita per lo stoccaggio di rete. Le chimiche con maggiore densità energetica, come nichel cobalto alluminio (NCA) e nichel manganese cobalto (NMC), sono molto usate per l’accumulo domestico e per le auto elettriche, applicazioni dove lo spazio disponibile è limitato. Le batterie basate su reagenti chimici liquidi sembrano molto promettenti per i sistemi di rete, dato che non mostrano un degrado delle prestazioni per 25 – 30 anni e richiedono investimenti limitati. Nel luglio 2022 è stata commissionata in Cina la batteria a reagenti liquidi più grande del mondo, con una potenza di 100 MW e un volume di accumulo di 400 MWh.
Nell’ultimo decennio ci sono state sostanziali riduzioni del prezzo delle batterie agli ioni di litio, ma ora si è capito che ulteriori diminuzioni dei costi dipendono non solo dall’innovazione tecnologica ma anche dall’andamento dei prezzi delle materie prime. Purtroppo i costi di produzione del litio per batterie sono in aumento dall’inizio del 2021. Inoltre l’impatto dell’invasione russa dell’Ucraina si avverte anche nel mercato dei metalli per batterie, in particolare per quelli usati nei catodi (nichel e cobalto) e negli anodi (grafite). La Russia, infatti, è il più grande produttore di nichel di classe 1 per batterie (produce il 20% della fornitura mondiale), ed è il secondo e il quarto produttore di cobalto e grafite.
Gli investimenti per nuovi sistemi di accumulo
Gli investimenti globali per l’accumulo a batteria hanno raggiunto quasi 10 miliardi di dollari nel 2021. Oltre il 70% della spesa totale di quell’anno ha riguardato le batterie al litio per gli impianti di rete. Si prevede che gli investimenti per lo stoccaggio a batteria raggiungeranno i 20 miliardi di dollari nel 2022. Per quanto riguarda l’accumulo idroelettrico, gli sviluppi di gran lunga più significativi sono in Cina: dal 2015, l’80% di tutti gli investimenti in questo settore è cinese. Quasi 50 GW di capacità sono attualmente in costruzione in Cina.
Le politiche a favore dell’accumulo
Diverse nazioni stanno stimolando la creazione di sistemi di accumulo, tramite sovvenzioni, riforme normative e sostegno per la ricerca e lo sviluppo. Inoltre si inizia ad affrontare il problema degli ostacoli normativi specifici per i sistemi di accumulo, in particolare la questione del doppio addebito, in cui i sistemi di accumulo vengono addebitati due volte per l’utilizzo della rete: una volta durante la ricarica, un’altra durante la scarica.
- Il Regno Unito ha abolito a gennaio 2020 il doppio addebito della componente di recupero dei costi di rete per gli impianti di accumulo
- Nel febbraio 2021 la Spagna ha pubblicato la sua strategia per lo stoccaggio dell’energia. Il Paese mira all’implementazione entro il 2030 di 20 GW di accumulo, sia di rete sia presso le utenze
- Nel luglio 2021 la Cina ha annunciato l’intenzione di installare oltre 30 GW di stoccaggio a batteria entro il 2025. Si tratta di un aumento di otto volte rispetto alla capacità installata a partire dal 2021
- In Germania, la diffusione dello storage è incoraggiata attraverso le cosiddette aste per l’innovazione, che premiano l’abbinamento delle rinnovabili allo storage: nel 2021 e nel 2022 tutte le offerte vincitrici, che insieme rappresentano oltre 1 GW di capacità, erano progetti che combinavano il solare fotovoltaico con lo storage a batteria
- Negli USA diversi Stati hanno fissato obiettivi per lo stoccaggio. Nel gennaio 2022 il governatore di New York si è impegnato a raddoppiare l’accumulo nello Stato, puntando all’implementazione di almeno 6 GW di stoccaggio entro il 2030. L’Inflation Reduction Act, approvato nell’agosto 2022, include un credito d’imposta sugli investimenti per gli accumuli
IEA: suggerimenti per il prossimo futuro
Per favorire lo sviluppo e la diffusione dei sistemi di accumulo, sia idroelettrico sia a batteria, è importante stimolare il mercato e pianificare anche a lungo termine interventi economici e strutturali. Più in dettaglio, ecco cosa consiglia IEA:
- I governi dovrebbero considerare l’energia idroelettrica di pompaggio e le batterie per la rete come parte integrante dei loro piani energetici strategici a lungo termine, in accordo con la crescita sia delle capacità eolica e solare fotovoltaica sia dell’espansione della rete. La flessibilità delle pianificazioni è fondamentale, inoltre servono meccanismi di supporto dedicati, come le aste di capacità per lo stoccaggio
- I quadri normativi dovrebbero essere costantemente aggiornati, per creare condizioni di parità tra le diverse opzioni di gestione dell’energia e per rafforzare il settore dell’accumulo. La fine della doppia imposizione fiscale è un esempio di aggiornamento normativo. Un altro esempio è il differimento degli investimenti di trasmissione e distribuzione, una misura che può ridurre la necessità di costosi aggiornamenti della rete. Importante è definire la proprietà di questi sistemi di accumulo, dato che in molti mercati lo stoccaggio è considerato un vero e proprio sistema di generazione di energia, che gli operatori di trasmissione e distribuzione non possono possedere. Una soluzione potrebbe essere consentire a questi operatori di procurarsi servizi di accumulo da terzi
- Il riciclaggio delle batterie dal settore automotive elettrico può essere una fonte significativa di approvvigionamento secondario dei minerali critici necessari per la futura domanda di batterie. Politiche mirate, compresi i requisiti minimi di contenuto riciclato, i crediti di riciclaggio commerciabili e le tasse sui materiali vergini, hanno tutte il potenziale per incentivare il riciclaggio e guidare la crescita delle forniture secondarie. Il coordinamento internazionale sarà fondamentale per via della natura globale dei mercati delle batterie e dei minerali critici