Más ciclos de almacenamiento exigen un mercado spot de energía sólido
Existen múltiples razones detrás de la baja tasa de utilización de estaciones de almacenamiento de energía con baterías de litio en China:
Mala calidad de los sistemas de almacenamiento de apoyo: Los inversores suelen construir instalaciones de almacenamiento simplemente para cumplir con los requisitos regulatorios de las cuotas de conexión a la red eólica y solar. En busca de costos ultrabajos, algunos adquieren baterías de baja calidad o incluso de segunda mano, mientras que los sistemas de protección contra incendios se minimizan o se eliminan por completo. Como resultado, tanto los operadores de la red como los de las plantas se muestran reacios a desplegar estos sistemas de almacenamiento por motivos de seguridad.
Unidades de almacenamiento de energía a pequeña escala: La capacidad de los sistemas de almacenamiento asociados a proyectos de energía renovable suele ser insuficiente, lo que plantea riesgos operativos para el despacho de la red eléctrica. Esto desalienta tanto a los operadores como a la red a aprovechar al máximo estos sistemas.
Falta de modelos de negocio viables: Muchas centrales de almacenamiento de energía no generan ingresos por la carga y descarga. Algunas se limitan a abastecer a una sola planta eólica o solar y no pueden operar de forma independiente ni conectarse directamente a la red, lo que les dificulta participar en el despacho de la misma.
Con la promoción del modelo de arrendamiento de capacidad de almacenamiento de energía, cada vez más centrales eólicas y solares optan por no construir sus propios sistemas de almacenamiento. En su lugar, satisfacen las necesidades de conexión a la red mediante el arrendamiento de capacidad. A medida que crece el número de centrales independientes de almacenamiento de energía de más de 100 MW y el almacenamiento de energía se empieza a utilizar en la práctica, convirtiéndose en entidades de mercado independientes responsables de sus propias ganancias y pérdidas, los problemas de mala calidad de los equipos y la pequeña escala han mejorado considerablemente. Sin embargo, el modelo de negocio sigue siendo un gran desafío.
Las centrales de almacenamiento de energía solo participan en los ciclos de carga y descarga cuando los ingresos por descarga superan el coste de la carga. En ese momento, un comercializador envía una curva de carga y descarga a la plataforma de negociación, que el equipo de control centralizado transmite a la central de almacenamiento para su ejecución, completando así un ciclo completo. El requisito previo para todo este proceso es la existencia de un mercado spot de energía que refleje las diferencias de precio de la electricidad en horas punta y valle. Cabe afirmar que el mercado spot de energía se ha convertido en un obstáculo clave que limita actualmente el desarrollo del almacenamiento de energía.
Calendario de vida de la batería: otro cuello de botella
La vida útil de la batería se evalúa mediante dos parámetros clave: vida útil del calendario y vida útil del ciclo. El final de cualquiera de los parámetros marca el final de la vida útil de la batería.
La "vida útil" se refiere al tiempo que una batería puede mantener su rendimiento original desde su fabricación, incluso si no se usa o se usa con poca frecuencia. La vida útil refleja el envejecimiento gradual de los componentes químicos y la estructura de la batería con el tiempo.
Por otro lado, el “ciclo de vida” se refiere a la cantidad de ciclos de carga y descarga que puede experimentar una batería en condiciones normales de uso antes de que su rendimiento disminuya a un nivel específico, generalmente un cierto porcentaje de su capacidad nominal, como el 80 %.
Actualmente, las baterías de fosfato de hierro y litio LiFePO₄ para almacenamiento de energía suelen diseñarse con una vida útil superior a 8,000 ciclos y una vida útil de hasta 10 años. En aplicaciones de almacenamiento orientadas a la energía (p. ej., regulación de frecuencia en centrales térmicas), la vida útil suele ser el factor limitante. Por el contrario, en el almacenamiento orientado a la energía, que se utiliza principalmente para la reducción de picos diarios, el número real de ciclos de carga y descarga a lo largo de su vida útil es muy inferior a la especificación de diseño (suponiendo un promedio de un ciclo completo al día), por lo que la vida útil suele ser el factor limitante.
Sin embargo, muchos fabricantes de baterías se centran en promocionar la "vida útil" como argumento de venta clave para sus nuevos productos, mientras que rara vez mencionan la "vida útil". En el caso de los sistemas de almacenamiento orientados a la energía, la vida útil debería ser una preocupación mayor.
Según datos del Instituto de Investigación de Energía Eléctrica de China, la vida útil operativa promedio real del almacenamiento de energía en China es inferior a 3 años, mientras que la esperada es de 10 años. En el caso del almacenamiento de energía, la vida útil promedio real es inferior a 8 años, en comparación con los 15 años esperados. La relación entre el ciclo de vida real del sistema y el ciclo de vida de una celda individual, probado en laboratorio, es inferior a 0.5 en promedio, mientras que la expectativa es superior a 0.85. La insuficiente vida útil de las baterías se ha convertido en otro obstáculo clave para el desarrollo del almacenamiento de energía.
Cuello de botella 1 en el desarrollo del almacenamiento de energía: el mercado spot de energía
El valor de la flexibilidad del almacenamiento de energía depende del mercado spot de energía
En nuestro análisis anterior sobre el valor energético multidimensional, observamos que el almacenamiento de energía, a diferencia de las fuentes de energía tradicionales, no genera electricidad; debe cargarse primero, lo que significa que su valor energético neto es negativo. Sin embargo, sistemas como las baterías de LiFePO₄ pueden trasladar el excedente de energía solar del mediodía a las horas punta de la tarde, cuando los precios de la electricidad son más altos. Esto confiere a los sistemas de almacenamiento, incluidas las baterías de iones de litio, una considerable flexibilidad.
En situaciones de demanda máxima, el almacenamiento proporciona una capacidad de descarga de respuesta rápida, lo que también contribuye a la confiabilidad. Este valor de confiabilidad se reconoce mejor a través de los mercados de capacidad o los mecanismos de compensación, mientras que el valor de la flexibilidad depende de los mercados spot de energía y los servicios auxiliares.
A medida que los paquetes de baterías solares de litio se combinan cada vez más con los sistemas fotovoltaicos, el almacenamiento de energía desempeñará un papel fundamental en la reducción de picos, más que la regulación de frecuencia o el soporte de rampas. La demanda de reducción de picos supera con creces la de regulación de frecuencia, y el mercado de servicios auxiliares es relativamente limitado.
Para liberar todo el potencial de las tecnologías de almacenamiento, como las baterías de litio y hierro LiFePO₄, e impulsar tasas de utilización más elevadas, es esencial desarrollar un mercado energético sólido, especialmente uno con verdaderas diferencias de precios entre picos y valles.
Cuello de botella 2 en el desarrollo del almacenamiento de energía: vida útil de la batería
Las estaciones de almacenamiento de energía utilizan principalmente baterías LiFePO₄, pero la economía está limitada por la vida útil del calendario.
Según el tipo de material catódico utilizado, las baterías de litio convencionales se clasifican en dos tipos principales: baterías de LiFePO₄ (LFP) y baterías de níquel-cobalto-manganeso (NCM). Las baterías de LiFePO₄ ofrecen ventajas significativas en términos de seguridad, ciclo de vida y rentabilidad. Si bien su densidad energética es menor en comparación con las baterías de NCM, esta desventaja no es crítica para las centrales de almacenamiento de energía a gran escala, lo que convierte a las baterías de LiFePO₄ en la opción preferida para dichas aplicaciones.
Según datos de BloombergNEF (BNEF), la participación de las baterías LFP en los sistemas globales de almacenamiento de energía aumentó del 33% en 2020 al 84% en 2023, y se espera que se mantenga por encima del 90% durante los próximos cinco años.
En términos de aplicaciones:
Las baterías LiFePO₄ se utilizan ampliamente en sistemas de almacenamiento de energía comerciales e industriales (C&I), con configuraciones comunes que incluyen Sistema de batería de iones de litio solar de alto voltaje de 204 V, 256 V, 512 V, 100 Ah, 280 Ah y 300 Ah así como en Sistemas de almacenamiento de energía residencial 48 V 51.2 V 100 Ah 200 Ah 280 Ah o paquetes de baterías lifepo15 integrados de 30 kWh y 4 kWh.
Las baterías NCM, por otro lado, se utilizan principalmente en la movilidad eléctrica debido a su mayor densidad energética. Sus aplicaciones típicas incluyen motocicletas eléctricas (baterías de iones de litio de 48v, 60v, 72v, 50ah, 70ah), Patinetes eléctricos (baterías de litio de 36 V, 48 V, 6 Ah, 10 Ah y 15 Ah), y Carritos de golf (paquetes de baterías lifepo48 de 60 V, 72 V, 100 V, 200 Ah, 300 Ah y 4 Ah).
En aplicaciones de ingeniería, la vida útil y el estado de envejecimiento de los sistemas de baterías LiFePO₄ generalmente se evalúan utilizando dos indicadores clave: vida útil del ciclo y vida útil del calendario.
El ciclo de vida se refiere a la cantidad de ciclos de carga y descarga que una batería LiFePO₄ puede experimentar en condiciones estándar (como temperatura y tasas de carga y descarga específicas), ya sea a través de ciclos convencionales o en condiciones específicas de profundidad de descarga, hasta que alcanza los criterios de fin de vida definidos.
La vida útil, por otro lado, representa el tiempo que una batería puede mantener su rendimiento cuando se almacena a una temperatura específica en estado de circuito abierto (sin funcionamiento). Refleja el envejecimiento de la batería cuando se mantiene en modo de espera.
En los sistemas de almacenamiento de energía, la vida útil es más crítica que la vida útil en ciclos. Cuando se utilizan baterías de LiFePO₄ en aplicaciones de almacenamiento, la profundidad y frecuencia de los ciclos de carga y descarga suelen ser inciertas y dependen en gran medida de la demanda de la red. En la mayoría de los casos reales, el número real de ciclos que realizan los sistemas de baterías de fosfato de hierro y litio es significativamente menor que la capacidad de diseño.
Sin embargo, dado que los sistemas de almacenamiento de energía deben permanecer en modo de espera durante largos periodos, el envejecimiento del calendario continúa produciéndose independientemente del uso. Esta degradación continua, incluso sin ciclos frecuentes, convierte la vida útil de la batería en una limitación clave para la viabilidad económica de los sistemas de almacenamiento basados en LiFePO₄.
En esencia, si bien las baterías de litio LiFePO₄ son conocidas por su larga vida útil y seguridad, su rendimiento económico en aplicaciones de almacenamiento de energía se ve cada vez más limitado por el envejecimiento del calendario. Por lo tanto, la vida útil del calendario se ha convertido en otro obstáculo importante para el desarrollo de baterías rentables. Soluciones de almacenamiento de energía con baterías solares de litio.
