Η συνεχής αντικατάσταση της παραγωγής ενέργειας από ορυκτά καύσιμα με διακοπτόμενης φύσης ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, όπως η αιολική και η ηλιακή ενέργεια, θα απαιτήσει αποθήκευση ενέργειας μακράς διάρκειας (LDES) για τη διατήρηση της αξιοπιστίας των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας, τονίζει ο οίκος αξιολόγησης S&P. Ωστόσο, η έλλειψη κινήτρων για τις επενδύσεις LDES κινδυνεύει να «χτυπήσει» την ανάπτυξη των τεχνολογιών που απαιτούνται για την κάλυψη αυτού του κενού.
Σύμφωνα με του αναλυτές της S&P, το 99% της υπάρχουσας χωρητικότητας αποθήκευσης που είναι εγκατεστημένη παγκοσμίως, εξαιρουμένων των εγκαταστάσεων αντλούμενης υδραυλικής αποθήκευσης (PHS), βρίσκεται στο φάσμα μικρής διάρκειας ή κάτω από οκτώ ώρες, και το 75% του συνόλου είναι κάτω από τέσσερις ώρες.
Αυτό συμβαίνει επειδή οι κατασκευαστές έργων αποθήκευσης έχουν ελάχιστα έως καθόλου οικονομικά κίνητρα να επενδύσουν σε αποθήκευση μεγάλης διάρκειας αυτήν τη στιγμή.
Τα έσοδα συνήθως προέρχονται από τη μετατόπιση της ενέργειας εντός της ημέρας για να επωφεληθούν από ευκαιρίες αρμπιτράζ τιμών ή από συμφωνίες με τις αρχές ηλεκτρικής ενέργειας για την παροχή βραχυπρόθεσμων βοηθητικών υπηρεσιών, όπως ρύθμιση συχνότητας ή σταθερή χωρητικότητα. Μολονότι οι μεγαλύτερες διάρκειες αποθήκευσης έχουν οφέλη, οι υφιστάμενοι περιφερειακοί μηχανισμοί χωρητικότητας δεν παρέχουν κίνητρα για την αποθήκευση πέραν των τεσσάρων ωρών, καθώς η παραγωγή ορυκτών μπορεί να καλύψει τυχόν απροσδόκητα μεγάλα κενά διακοπών αιολικής και ηλιακής ενέργειας.
Ωστόσο, σε ένα μέλλον απαλλαγής από τις εκπομπές άνθρακα, τονίζει η S&P, ο ρόλος της αποθήκευσης για την αντιμετώπιση των διακοπών αυτών και τη διατήρηση της αξιοπιστίας θα αυξηθεί σημαντικά – το ίδιο και η απαιτούμενη διάρκεια αποθήκευσης. Αυτό σημαίνει ότι θα απαιτηθούν νέοι μηχανισμοί της αγοράς που θα αμείβουν επαρκώς την επένδυση LDES.
Η ανάπτυξη μηχανισμών αγοράς δεν θα είναι απλή και η πρόκληση θα μεγαλώνει παράλληλα με τις στοχευμένες διάρκειες, αυξάνοντας την πολυπλοκότητα για την αποθήκευση πολλών ημερών.
Οι περισσότερες από τις διακοπές της αιολικής και της ηλιακής ενέργειας είναι σχετικά σύντομες και προβλέψιμες. Επομένως, ακόμη και σε σενάρια απαλλαγής από τον άνθρακα, η αποθήκευση μικρής διάρκειας θα παραμείνει κυρίαρχη.
Η εύρεση τρόπου ανταμοιβής ενός asset που θα χρησιμοποιηθεί μόνο σε λίγες καταστάσεις έκτακτης ανάγκης – όταν τόσο η αιολική όσο και η ηλιακή παραγωγή δεν είναι διαθέσιμες για πολυήμερες περιόδους – είναι πιθανό να είναι περίπλοκη και δαπανηρή.
Μελλοντικές απαιτήσεις της αγοράς
Η ανάγκη για LDES θα ποικίλλει ανάλογα με την περιοχή και τις πηγές καθαρής ενέργειας, όπως η υδροηλεκτρική ενέργεια και η γεωθερμία, σημειώνει η S&P. Άλλα εργαλεία ευελιξίας, όπως η ανταπόκριση στη ζήτηση, θα διαδραματίσουν επίσης βασικό ρόλο για την ενίσχυση της χωρητικότητας της αιολικής και ηλιακής ενέργειας στο μέλλον.
Όλες οι αγορές ωστόσο, θα απαιτήσουν κάποια χωρητικότητα LDES σε ένα σενάριο πλήρους απαλλαγής από τον άνθρακα, για να διατηρήσουν την αξιοπιστία των ενεργειακών τους συστημάτων. Αυτό θα απαιτήσει την ανάπτυξη ανύπαρκτων προς το παρόν μηχανισμών αγοράς που παρέχουν κίνητρα για την LDES, τονίζει η S&P.
Αυτή η έλλειψη οικονομικού κινήτρου εγείρει επίσης μια τεχνολογική πρόκληση: το μεγαλύτερο μέρος της χωρητικότητας αποθήκευσης ενέργειας που χρησιμοποιείται τα τελευταία χρόνια χρησιμοποιεί συστήματα βασισμένα σε μπαταρίες ιόντων λιθίου, τα οποία κλιμακώνονται σε κόστος μαζί με τη διάρκεια.
Παρά την πρόσφατη βουτιά στο κόστος ιόντων λιθίου, η τεχνολογία είναι απίθανο να γίνει ποτέ οικονομική ή πρακτική σε διάρκεια άνω των 12 ωρών ή πολλών ημερών. Ένα από τα βασικά συστατικά της τεχνολογίας ιόντων λιθίου είναι το ανθρακικό λίθιο, του οποίου οι τιμές τον Ιούνιο σύμφωνα με την S&P διαμορφώθηκαν στα 92.000 γουάν/ανά τόνο στην Κίνα.
Αρκετές εναλλακτικές τεχνολογίες μπορούν να αυξήσουν τη διάρκεια αποθήκευση ενέργειας με οριακό κόστος. Ενώ μερικές από αυτές είναι άμεσα διαθέσιμες, έχουν περιορισμούς στην τοποθέτησή τους. Για παράδειγμα, η αντλούμενη αποθήκευση υδροηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιείται εδώ και δεκαετίες, αλλά απαιτεί τη διαθεσιμότητα διαφορετικών υψομέτρων γης για την κατασκευή και η κατασκευή μπορεί να είναι περίπλοκη και χρονοβόρα. Η αποθήκευση ενέργειας πεπιεσμένου αέρα (CAES) εξαρτάται από τη διαθεσιμότητα υπόγειων σπηλαίων για αποθήκευση, ενώ η συγκεντρωμένη ηλιακή ενέργεια (CSP) είναι εξαιρετικά εντατική σε κεφαλαιακά και λειτουργικά έξοδα και χρήση γης.
Οι περισσότερες άλλες τεχνολογίες βρίσκονται ακόμη σε πρώιμα στάδια ανάπτυξης και δεν προσελκύουν επενδύσεις για να επιταχύνουν την πρόοδό τους. Σύμφωνα με την S&P το 88,5% των έργων LDES που δεν έχουν ακόμη ξεκινήσει τη λειτουργία τους χρησιμοποιούν μία ενιαία τεχνολογία: την αντλούμενη αποθήκευση υδροηλεκτρικής ενέργειας.
Χωρίς επενδύσεις, πολλές από αυτές τις τεχνολογίες ενδέχεται να μην είναι έτοιμες όταν προκύψει η ανάγκη για LDES και υπάρχουν οι απαιτούμενοι μηχανισμοί της αγοράς, γεγονός που θα μπορούσε να καθυστερήσει τη μετάβαση από τις ορυκτές πηγές, τονίζει η S&P.
Αναδυόμενες τεχνολογίες
Οι τεχνολογίες αποθήκευσης κατηγοριοποιούνται συνήθως με βάση τον τρόπο με τον οποίο αποθηκεύεται η ενέργεια, όπως επισημαίνει ο οίκος. Αυτές οι κατηγορίες περιλαμβάνουν ηλεκτροχημική αποθήκευση, όπως μπαταρίες, μηχανική αποθήκευση, όπως αποθήκευση με αντλία υδροληψίας ή αποθήκευση πεπιεσμένου αέρα, θερμική αποθήκευση, όπως λιωμένο αλάτι CSP και χημική αποθήκευση, για παράδειγμα, υδρογόνο.
Σήμερα, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου αντιπροσωπεύουν πάνω από το 90% της παγκόσμιας εγκατεστημένης χωρητικότητας αποθήκευσης ενέργειας, επικεντρωμένη κυρίως σε εφαρμογές μικρής διάρκειας περίπου δύο έως τεσσάρων ωρών.
Οι εναλλακτικές τεχνολογίες αποθήκευσης βρίσκονται σε διαφορετικά επίπεδα τεχνολογικής ετοιμότητας σήμερα, με τις πιο ώριμες τεχνολογίες να είναι οι CAES και PHS. Άλλα χημικά μπαταριών, όπως το θειούχο νάτριο και ο οξικός μόλυβδος, υπήρχαν πριν το ιόν λιθίου πραγματικά απογειωθεί. Οι μπαταρίες ροής, που χρησιμοποιούν παραλλαγές βαναδίου και σιδήρου, έχουν φτάσει σε σημαντικό επίπεδο ωριμότητας στην ανάπτυξή τους.
Παρά την πρόοδο αυτή, η κλίμακα των έργων που έχουν υλοποιηθεί μέχρι στιγμής παραμένει σχετικά μικρή, συνήθως δεκάδες μεγαβάτ στις περισσότερες περιπτώσεις, επισημαίνει η S&P. Ωστόσο, τα πλεονεκτήματα της χρήσης μη κρίσιμων υλικών, η ευκολότερη ανακύκλωση και η μεγαλύτερη διάρκεια ζωής είναι όλο και πιο σημαντικά τεχνολογικά οφέλη, ιδιαίτερα σε έναν κόσμο που δίνει ολοένα και μεγαλύτερη προτεραιότητα στην ενεργειακή ασφάλεια και ανεξαρτησία.
Μια βασική πρόκληση για πολλές εναλλακτικές τεχνολογίες αποθήκευσης είναι η έλλειψη της κατασκευαστικής κλίμακας που αξιοποιεί το λίθιο από τη βιομηχανία ηλεκτρικών οχημάτων, η οποία επέτρεψε δραματικές μειώσεις κόστους την τελευταία δεκαετία.
Οι τεχνολογίες εκτός λιθίου, όπως το CAES, η αποθήκευση ενέργειας υγρού αέρα, το νάτριο, η αποθήκευση βαρύτητας, μπορούν να αξιοποιήσουν τις υπάρχουσες αλυσίδες εφοδιασμού από παρακείμενες βιομηχανίες με τον ίδιο τρόπο που το έχει κάνει το ιόν λίθιο, όπως εκτιμά ο οίκος. Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιείται για το CAES, για παράδειγμα, έχει ιστορικό πολλών δεκαετιών, πράγμα που σημαίνει ότι οι υπάρχουσες αλυσίδες εφοδιασμού έχουν ήδη εδραιωθεί.
Μια άλλη αξιοσημείωτη εξέλιξη σε αυτόν τον τομέα είναι ο αυξανόμενος αριθμός ανακοινώσεων κατασκευής ιόντων νατρίου, σημειώνει η S&P. Η τεχνολογία ιόντων νατρίου επωφελείται από καθιερωμένες αλυσίδες εφοδιασμού εξαρτημάτων και παρόμοιες διαδικασίες παραγωγής με τα ιόντα λιθίου. Το πολύ χαμηλότερο κόστος πρώτων υλών του νατρίου σημαίνει ότι οι μπαταρίες νατρίου θα μπορούσαν να επιτύχουν χαμηλότερο κόστος σε σύγκριση με λίθιο σε διάρκεια ακόμη και άνω των οκτώ ωρών.
