Il potenziale di sviluppo del mercato dei sistemi di accumulo in Italia

Il 16 novembre Milano ospita la presentazione dell’Energy Storage Report realizzato dall’Energy & Strategy Group che approfondisce, con il consueto approccio analitico, il settore dei sistemi di accumulo e i diversi ambiti di applicazione.

Vi proponiamo in anteprima i principali risultati del Rapporto, invitandovi ad iscrivervi alla presentazione del 16 novembre al Politecnico di Milano (Campus Bovisa La Masa).

Lo Storage Energy Report si pone un obiettivo ambizioso: quello di fare chiarezza in un ambito, i sistemi di accumulo di energia appunto, ove spesso l’attenzione agli aspetti tecnologici o alla “moda” ha lasciato in secondo piano la valutazione economica dei ritorni e dei rendimenti. Un ambito dove estremamente differenti sono le possibilità di applicazione dei sistemi di accumulo, in ambito domestico, industriale e commerciale, nelle utilities ed al servizio delle infrastrutture di rete e dove il quadro normativo – come sempre nell’energia, ma anche qui con ridotta attenzione da parte dei “non addetti ai lavori” – gioca un ruolo fondamentale nel definire le reali potenzialità di mercato.

Le tecnologie per i sistemi di accumulo elettrico

Nel 2016 risultano installati a livello globale oltre 170 GW di capacità così suddivisi: 60 GW in Asia, 45 GW in Europa (con l’Italia nella lista delle top 10 countries a livello globale con circa 7 GW di installato totale), 21 GW negli USA e la restante quota di 44 GW distribuita nel Resto del Mondo. Tuttavia, di questi 170 GW, oltre il 95% è rappresentato da soluzioni tecnologiche di tipo meccanico, ed ancor più in particolare da pompaggi idroelettrici, con il resto delle soluzioni tecnologiche (chimiche, elettrochimiche, elettriche e termiche) a dividersi i circa 6 GW di capacità restante. Un tale squilibrio ha indubbiamente delle ragioni storiche, con i pompaggi idroelettrici che hanno rivestito soprattutto in passato un ruolo preponderante (per non dire unico, quando ancora le altre tecnologie erano ad un livello di sviluppo embrionale) nella realizzazione di sistemi di accumulo, avendo il vantaggio tra l’altro di poter raggiungere scale anche decisamente elevate.

E’ tuttavia indubbio che oggi – soprattutto in Europa e in larga parte dei Paesi occidentali – il ricorso al pompaggio idroelettrico sia molto più raro, per i costi ed i tempi di investimento e per le caratteristiche di impatto “ambientale” che a questi è associato.

Fra le soluzioni tecnologiche per i sistemi di accumulo quelle che invece sono soggette ad una dinamica di sviluppo in crescita sono gli storage elettrochimici, che sia a livello residenziale, con la diffusione a livello globale di “batterie” per usi domestici (che anche in Italia hanno visto nel corso dell’ultimo anno un numero di installazioni compreso tra le 2.000 e le 3.000 unità) e con il crescente volume di investimenti per “batterie” da impiegarsi per il controllo e la stabilizzazione delle infrastrutture di trasmissione e distribuzione (non in Italia però e per le ragioni che si vedranno più avanti). I sistemi di accumulo elettrici (SMES e SuperCapacitori), da un lato, sono ancora ad un grado di sviluppo embrionale, mentre quelli chimici e termici, che pure vedono soluzioni disponibili commercialmente, hanno ambiti di applicazione più limitati, spesso connessi a determinate configurazioni produttive (come i campi solari termodinamici per i sali fusi).

Non è un caso quindi che oltre il 90% dei nuovi investimenti in sistemi di accumulo a livello globale siano dedicati alle soluzioni elettrochimiche che, per le loro caratteristiche di scalabilità, sono anche quelle maggiormente adatte al paradigma di generazione distribuita di energia, che sempre più va affermandosi nei Paesi avanzati.

Se si guarda nel dettaglio, rimandando ovviamente al Rapporto per ulteriori approfondimenti e per un quadro completo dei vantaggi e degli svantaggi delle alternative disponibili, le “batterie” elettrochimiche più performanti in termini di energia specifica (Wh/kg che è indicatore “principe” nel determinare le potenzialità di impiego di questi sistemi, giacché ne influenza decisamente la “portabilità”) sono quelle agli ioni di litio e al sodio-nichel (anche dette ad alta temperatura).

Le batterie a ioni di litio in particolare appaiono quelle che si adattano meglio anche ad applicazioni di piccola e media taglia (sotto i 100 kW) grazie alla minore complessità di esercizio, mentre sulle taglie maggiori queste sono in competizione con le batterie sodio-nichel (considerando su queste taglie non più un problema il fatto che le batterie operino ad elevate temperature). Le batterie redox al vanadio sembrano destinate a pagare l’eccessiva complessità, mentre le batterie al piombo, nonostante siano le più diffuse, vedono decisamente appannati i loro vantaggi rispetto alle tecnologie concorrenti.

Se l’analisi condotta sino ad ora ha guardato alle prestazioni tecniche ed ai vantaggi e svantaggi di applicazione, è evidente come sia necessario analizzare anche il costo attuale e attesto delle alternative tecnologiche prese in esame.

Il quadro che ne esce – come riportato in figura – è piuttosto chiaro:

• le batterie al piombo godono di un notevole vantaggio di costo (arrivando a livelli che sono circa ½ di quelli delle batterie agli ioni di litio), che deriva indubbiamente dalle economie di scala e di esperienza (nello sviluppo del processo produttivo) che le caratterizza;
• le batterie redox al vanadio sono le più costose – anche per effetto della loro complessità – e quindi quelle oggi meno competitive sul mercato;
• le batterie agli ioni di litio e al sodio-nichel hanno un posizionamento molto simile sul mercato e, pur rimanendo come visto su livelli di costo più elevati delle batterie al piombo, possono a buon ragione considerarsi le principali competitor sul mercato futuro degli accumuli.

Se si aggiunge la prospettiva di riduzione di costi nell’orizzonte dei prossimi 10 anni (sino quindi al 2025) appare con ancora maggior evidenza questo “testa a testa”. Le batterie al piombo, infatti, nonostante le attività di ottimizzazione del processo produttivo ancora in corso, sono previste riuscire a limare ulteriormente il costo di investimento sino ad un “massimo” del 5%. Le batterie redox al vanadio possono invece vantare – soprattutto per effetto della riduzione della complessità dell’architettura della batteria – riduzioni di costo attese anche nell’ordine del 20%. Le batterie sodio-nichel sono previste con una riduzione di costo che supera il 30%, ma per le batterie agli ioni di litio sono possibili modifiche del costo anche nell’ordine del 40%. La ”battaglia” quindi della generazione distribuita di energia pare doversi combattere tra le soluzioni a maggiore energia specifica.

Impieghi dei sistemi di accumulo

La tecnologia è solo una delle prospettive da cui guardare il tema dei sistemi di accumulo. Altrettanto importante è l’analisi degli impieghi di questi sistemi. Ai fini del presente Rapporto, si è deciso di introdurre una classificazione alternativa, che invece che guardare al tipo di comportamento “elettrico” richiesto al sistema di accumulo, si focalizza sull’attore principale del sistema per cui vengono impiegati i sistemi di accumulo. In particolare quindi si sono distinti:

• gli impieghi denominati “servizi di rete”, dove i sistemi di accumulo sono utilizzati (dal gestore di rete o da altri soggetti ne perseguano i medesimi obiettivi) per garantire  il corretto  funzionamento della rete di trasmissione e distribuzione, sia in termini di qualità di erogazione del servizio che di sicurezza del sistema;
• gli impieghi denominati «riserva di energia», dove i sistemi di accumulo sono utilizzati da produttori di energia (sia a livello residenziale, commerciale e industriale, con i cosiddetti prosumer, che a livello degli operatori “puri” sul mercato elettrico) al servizio di impianti non programmabili.

E’ guardando a questi due tipi di impieghi che si è sviluppato il testo del Rapporto.

I sistemi di accumulo come “riserva di energia”

E’ evidente come questa forma di impiego sia quella più nota e dibattuta proprio perché interessa da vicino il cossidetto prosumer, ovvero il soggetto che da utente elettrico è divenuto anche produttore di energia, sfruttando il paradigma della generazione distribuita.

Al fine di modellizzare gli impieghi in questo ambito, si è deciso nel Rapporto di considerare il caso di accoppiamento tra sistemi di accumulo e impianti di produzione di energia elettrica da fotovoltaico. In particolare si è considerato il caso di un impianto fotovoltaico da 3 kW (che rappresenta ad oggi oltre il 60% del mercato residenziale e conta all’incirca 180.000 impianti), cui si decida di accoppiare un sistema di accumulo agli ioni di litio di 3 diverse capacità: 2, 4 e 6 kWh. Si sono infine considerate due opzioni: (i) l’impianto fotovoltaico da 3 kW sia già presente e quindi il sistema di accumulo sia aggiunto in logica di retrofit. E’ opportuno sottolineare come, in questo caso, il costo per il sistema di accumulo sia maggiore giacché è necessario sostituire anche l’inverter dell’impianto fotovoltaico per renderlo compatibile con le esigenze impiantistiche di collegamento con i sistemi di accumulo; (ii) l’impianto fotovoltaico ed il sistema di accumulo siano installati ex novoe congiuntamente.

Rimandando al testo del Rapporto per i dettagli delle analisi è qui possibile tuttavia riassumere i risultati come segue.

Nel caso delle batterie più piccole (2 kWh), con l’attuale struttura di costi (5.000 – 5.500 € per il retrofit e 3.500 – 4.000 € per gli impianti ex novo) la redditività dell’investimento sia sempre al di sotto della soglia di accettabilità. Per arrivare – in ogni caso applicativo – alla soglia del 4% sarebbe necessario raggiungere livelli di costo inferiori a 3.000 € / kWh, ossia circa il 33% in meno nel caso di impianti ex novoe oltre il 40% nel caso di retrofit.Questo secondo caso è ancora più complesso giacché richiede un investimento aggiuntivo nell’inverter, componente per il quale (a differenza di quanto avviene per i sistemi di accumulo) è assai difficile prevedere riduzioni significative di costo nei prossimi anni. Considerando il vincolo del tempo di rientro, invece, il costo dovrebbe scendere sino a 1.500 €/kWh per scendere almeno sotto la vita utile della batteria (10 anni). Valore di costo che appare difficilmente raggiungibile.

La situazione per gli impianti da 4 kWh è decisamente migliore per quanto riguarda la redditività dell’investimento, che in quasi tutti i casi è almeno pari o superiore alla soglia del 4%. Considerando il vincolo del tempo di rientro, invece, il costo dovrebbe scendere sino a 3.000 €/kWh per rimanere almeno sotto la vita utile della batteria (10 anni). Valore di costo che rappresenterebbe una riduzione rispetto all’attuale del 40% e 60% nei rispettivi scenari.

Rispetto al caso da 2 kWh il trade off tra il dimensionamento (e quindi l’incremento della quota di autoconsumo “contestuale”) ed il costo del sistema di accumulo pare essere qui risolto in maniera più efficace. Anzi proprio su questa taglia appare possibile costruire scenari di integrazione ancora più spinti ove sia massimizzato il consumo elettrico. Si dà infatti spazio nel Rapporto alla analisi di uno scenario denominato full electric in cui l’intero fabbisogno energetico dell’abitazione (incluso quello che ad oggi normalmente è soddisfatto col gas) è invece soddisfatto attraverso apparecchiature che utilizzano il vettore elettrico (come le cucine ad induzione e le pompe di calore). In questo caso i tempo di ritorno complessivi sono inferiori a 8 anni e con rendimenti “a due cifre” per quanto riguarda l’IRR, anche se è evidente che in questo caso ci si rivolga prettamente al mercato delle nuove abitazioni e sia necessario prevedere in fase di progettazione l’adozione di questo paradigma.

La situazione per gli impianti da 6 kWh presenta una situazione più polarizzata, con gli interventi di realizzazione ex novo che mostrano redditività sopra la soglia di accettabilità, e gli interventi in retrofit che invece sono caratterizzata da maggiori criticità. Se si guarda al PBT, però, sarebbe necessario anche qui arrivare a livelli di costo del 38% inferiori a quelli attuali (circa il 50% nel caso di retrofit) per permettere all’investimento di rientrare prima della vita utile della batteria.

Le riduzioni di costo di investimento necessarie per riportare la situazioni entro criteri di accettabilità dal punto di vista economico appaiono essere molto spesso estremamente significative anche a paragone delleprevisioni sullo sviluppo delle tecnologie. L’impiego dei sistemi di accumulo come “riserva di energia” in ambito residenziale appare ancora lontano dalla piena sostenibilità economica. Soprattutto con riferimento agli interventi di retrofit, che potrebbero giovare della base installata già esistente, non pare – salvo che nel caso di dimensioni intermedie come il 4 kWh – vi possano essere rendimenti dell’investimento tali da giustificarne la diffusione di mercato

E’ dunque evidente che le strade per lo sviluppo del mercato in ambito residenziale non possono che essere due, e per certi versi quasi “antitetiche”:

• una adozione che non si basi su criteri di economicità (peraltro cosa non rara quando il decisore è l’individuo o la famiglia) e quindi privilegi gli aspetti di innovazione tecnologica (sui quali ad esempio puntano alcuni degli operatori di punta del mercato) o di sostenibilità ambientale dell’investimento
• una adozione che passi da un nuovo paradigma di consumo elettrico (estendendo addirittura la configurazione full electric vista qui con la necessità di ricarica di uno o più veicoli elettrici) che renda la produzione distribuita e l’utilizzo efficiente (temporalmente distribuito grazie ai sistemi di accumulo) dell’energia elettrica la “chiave” attorno alla quale vengono progettati i nuovi sistemi residenziali

Appare superfluo, eppure opportuno, sottolineare come la seconda strada – favorita anche dalla riforma tariffaria prima citata – sia quella più desiderabile, ma indubbiamente la più “stretta” , soggetta come è alla necessità di ripresa decisa degli investimenti nel mercato residenziale e di una maggiore e più diffusa consapevolezza delle potenzialità e delle caratteristiche dei sistemi di accumulo elettrici. E’ la prima strada tuttavia quella che caratterizza il mercato odierno e rispetto alla quale una parte degli operatori sta costruendo (forse correndo anche qualche rischio) la propria value proposition.

Per quanto riguarda lo sviluppo negli altri ambiti di impiego dei sistemi di accumulo come “riserva di energia” e dei “sistemi di accumulo per i servizi di rete” vi rimandiamo all’intero Executive Summary dell’Energy Storage Report che trovate a fondo pagina.

Certo dal Rapporto emerge che le opportunità per l’impiego di sistemi di accumulo nel nostro Paese come fornitori di “servizi di rete” sono evidenti, non solo nel 2016 (dove le tensioni sul Mercato dei Servizi di Dispacciamento hanno creato spesso condizioni di prezzo decisamente “fuori mercato”) ma anche nel 2015, che invece è il risultato di un percorso virtuoso di riduzione dei costi del MSD.

Se si aggiungono le attese riduzioni di costo di investimento per i sistemi di accumulo ed il fatto che il mercato del Dispacciamento sia in realtà molto più ampio del “solo” MSD (come anche dimostrato dai casi di altri Paesi riportati in questo Capitolo) ci si rende conto di come le possibilità siano già oggi più che concrete. Non è un caso che le zone con il potenziale maggiore siano quelle meridionali, dove maggiore è la presenza di impianti rinnovabili non programmabili e dove storicamente più critica è la condizione della domanda e della offerta di energia.

E’ possibile pensare ad un nuovo paradigma di gestione delle rete nazionale che tenga in considerazione i sistemi di accumulo come strumento chiave, soprattutto in congiunzione con il contributo delle rinnovabili non programmabili? E’ possibile vedere nei sistemi di accumulo delle alternative – da valutare economicamente e nell’impatto complessivo – ad investimenti infrastrutturali nella rete? La risposta che i dati lasciano supporre è ovviamente positiva.

Il potenziale di mercato in Italia per i sistemi di accumulo

Usando la medesima distinzione tra impieghi vista sino ad ora, è stato poi possibile stimare il potenziale di mercato in Italia per i sistemi di accumulo da qui al 2025.

Innanzittutto si è stimato il potenziale di mercato dei sistemi di accumulo come riserva di energia come costituito da 3 componenti chiave:

• le nuove realizzazioni residenziali, in particolare quelle sviluppate secondo il paradigma full electric, ossia l’accoppiamento di sistemi di produzione localizzati (fotovoltaico), sistemi di accumulo ed utenze esclusivamente elettriche per soddisfare i fabbisogni energetici della famiglia (inclusa l’eventuale mobilità);
• le realizzazioni residenziali in retrofit su impianti esistenti, dove l’impiego dei sistemi di accumulo è in accoppiamento ad impianti di produzione di energia localizzati esistenti ed è quindi richiesto l’adeguamento dell’impianto con la sostituzione dell’inverter;
• le realizzazioni non residenziali, per prosumer commerciali o industriali o nei casi di impianti stand alone di produzione di energia da fonti rinnovabili non programmabili.

La tabella riposta le ipotesi di propensione all’adozione per ciascuna delle componenti sopra identificate.

Come conseguenza diretta di quanto visto sopra, il mercato potenziale dei sistemi di accumulo come “riserva di energia” da qui al 2025 può essere stimato in 150 milioni di €, di cui il 50% relativo ai sistemi ex novo (con oltre 25.000 realizzazioni) ed il restante 50% al retrofit (pari a circa 21.000 realizzazioni). Il valore è dunque interessante anche se complessivamente si raggiunge solo tra il 15%-20% del totale della base installata al 2025 di impianti residenziali di produzione di energia localizzati (fotovoltaici) e non si prevede alcuna penetrazione del mercato non residenziale.

Non pare invece esserci un mercato di una qualche significatività nel caso delle utenze non residenziali. Infatti, in questi casi come discusso in precedenza, da un lato, la progettazione dell’impianto di produzione di energia è stata nella maggior parte di casi pensata per massimizzare ex ante il consumo di energia contestuale e, dall’altro lato, negli impianti stand alone è invece troppo poco rilevante economicamente il beneficio dall’effetto di time shift o di continuità della produzione che potrebbe essere garantito dai sistemi di accumulo.

Per quanto riguarda invece il potenziale dei sistemi di accumulo per i “servizi di rete” si è ritenuto opportuno considerare i valori di prezzo sul MSD registrati nel 2015 (e non considerando quindi l’effetto distorsivo rispetto al trend del 2016) e riportare due scenari:

• uno scenario conservativo, dove l’ingresso (ed il conseguente dimensionamento) del “Batterista Puro” avvenga solo per operare in condizioni di prezzo dell’energia transata a “salire” superiori a 275 €/MWh
• uno senario espansivo, dove l’ingresso (ed il conseguente dimensionamento) del “Batterista Puro” avvenga per operare in condizioni di prezzo dell’energia transata a “salire” superiori a 175 €/MWh, ossia in modo molto più organico al funzionamento del mercato

Il mercato potenziale dei sistemi di accumulo nei “servizi di rete” da qui al 2025 può essere stimato in circa 90 milioni di € nello scenario conservativo e sino a 420 milioni di € nello scenario espansivo, che ha peraltro maggiori possibilità di accadimento. Complessivamente quindi si tratta di un mercato potenziale grande sino a quasi 3 volte quello degli impieghi come “riserva di energia”.

Se si considera che questo mercato di fatto oggi non esiste, giacchè i sistemi di accumulo non sono ammessi ad operarvi, e che la stima fatta è conservativa in quando considera solo un parte del mercato del Dispacciamento (in particolare il MSD “a salire”), ci si rende conto della rilevanza delle decisioni assunte o da assumere in merito.

Se è poi vero che l’aumento della competizione (come al contrario ha dimostrato l’andamento nel mercato del 2016) porta a ridurre il costo del Dispacciamento è ragionevole assumere un effetto “a cascata” dell’ingresso dei sistemi di accumulo. Se si ipotizza che i sistemi di accumulo entrati sul MSD permettano almeno di tagliare i picchi di prezzo dell’energia transata “a salire”, i benefici per il Sistema Paese (rappresentato in questo caso da Terna che si accolla gli oneri del Dispacciamento)  potrebbero essere quantificabili in 321 milioni di €. Un valore che da solo sarebbe equivalso al 29% del MSD 2015 e che corrisponderebbe (essendo però un risparmio annuale) all’installazione di 230 MW di sistemi di accumulo.

Il mercato dei sistemi di accumulo nel nostro Paese è di fronte ad un bivio:

• restare un mercato tutto sommato di nicchia, rivolto quasi esclusivamente ai clienti residenziali e con una spinta fondamentale che non è quella economica, ma la “moda” o l’attenzione all’ambiente da parte del cliente finale
• divenire un mercato organico al sistema di generazione dell’energia (come peraltro già accade in altri Paesi europei), ampliando i propri confini al mondo delle imprese e permettendo la nascita di operatori specializzati che possano sfruttare i sistemi di accumulo per partecipare attivamente al mercato. In questo secondo caso – come visto nel Capitolo 4 – anche per gli impianti rinnovabili utility scale l’adozione di sistemi di accumulo troverebbe dei razionali economici convincenti, con numeri quindi anche maggiori di quelli qui riportati nello scenario espansivo

Gli operatori specialistici dei sistemi di accumulo, il sistema imprenditoriale dell’energia e soprattutto il regolatore hanno l’arduo compito oggi di decidere quale strada intraprendere.

Scarica l’Executive Summary dell’Energy Storage Report

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