Energie rinnovabili: i sistemi di stoccaggio di energia a batteria (BESS) come fattori abilitanti

Lo stoccaggio a batteria è essenziale per la generazione di energia rinnovabile e aiuta le alternative a contribuire in modo costante al fabbisogno energetico mondiale, nonostante il carattere intrinsecamente intermittente delle fonti sottostanti. La flessibilità offerta dai sistemi BESS li renderà parte integrante di applicazioni come il peak shaving, nell’ottimizzazione dell’autoconsumo e nell’alimentazione di riserva in caso di interruzioni.

Con il calo dei prezzi delle batterie, i sistemi BESS diventano più redditizi e offrono un’opportunità significativa. Secondo l’analisi di McKinsey, nel 2022 sono stati investiti più di 5 miliardi di dollari nei BESS, quasi il triplo rispetto all’anno precedente. McKinsey prevede che il mercato globale dei BESS raggiungerà tra i 120 e i 150 miliardi di dollari entro il 2030, più del doppio delle dimensioni attuali. Ma si tratta ancora di un mercato frammentato, con molti fornitori che si chiedono dove e come competere.

Le opportunità principali

I BESS si dividono in tre segmenti: le installazioni front-of-the-meter (FTM) su scala pubblica, che di solito superano i dieci megawattora (MWh); le installazioni commerciali e industriali behind-the-meter (BTM), che di solito vanno da 30 kilowattora (kWh) a dieci MWh; e le installazioni residenziali BTM, che di solito sono inferiori a 30 kWh.

McKinsey prevede che i BESS su scala pubblica, che già rappresentano la maggior parte della nuova capacità annuale, cresceranno di circa il 29% all’anno per il resto del decennio, rappresentando il più veloce dei tre segmenti. I 450-620 gigawattora (GWh) di installazioni annue su scala pubblica previsti per il 2030 darebbero ai BESS di questo segmento una quota fino al 90% del mercato totale in quello stesso anno.

Gli utenti delle installazioni FTM sono principalmente utility, gestori di rete e sviluppatori di fonti rinnovabili che cercano di bilanciare l’intermittenza delle fonti rinnovabili, di fornire servizi di stabilità nella rete o di rinviare costosi investimenti nelle proprie strutture. I fornitori di BESS in questo segmento sono generalmente produttori di batterie integrati verticalmente o grandi integratori di sistemi. Si differenzieranno in base a costi e dimensioni, affidabilità, esperienza nella gestione dei progetti e capacità di sviluppare sistemi di gestione dell’energia e soluzioni software per l’ottimizzazione della rete e il trading.

Le implementazioni di sistemi BESS stanno già avvenendo su scala molto ampia. Gran parte degli investimenti in queste soluzioni è destinata a servizi che aumentano la flessibilità dei fornitori di energia. Nel lungo periodo, la crescita dei BESS deriverà maggiormente dalla costruzione di parchi solari ed eolici, che avranno bisogno di batterie per gestire le proprie esigenze di stoccaggio di breve periodo.

I modelli di reddito per i BESS front-of-the-meter su scala pubblica dipendono fortemente dalle dinamiche delle regioni in cui i fornitori stanno entrando. La maggior parte degli operatori di BESS su scala pubblica persegue una strategia di revenue stacking, ovvero di assemblaggio dei ricavi da una varietà di fonti. Potrebbero partecipare a servizi ausiliari, arbitraggio e aste di capacità. In Italia ci sono operatori BESS che hanno saputo farsi strada vincendo una delle aste di capacità del Paese incentrate sulle rinnovabili. Gli operatori BESS che si sono affermati in questo segmento hanno compreso il valore di rispondere individualmente ai Paesi e alle loro specifiche normative, senza utilizzare una strategia monolitica.

Trovare valore nel segmento commerciale e industriale

Il settore commerciale e industriale (C&I) è il secondo segmento in ordine di grandezza e il CAGR del 13% previsto da McKinsey dovrebbe consentire al settore C&I di raggiungere tra i 52 e i 70 GWh di incrementi annuali entro il 2030.

Il settore C&I ha quattro sottosegmenti. Il primo è quello delle infrastrutture di ricarica dei veicoli elettrici (EVCI). Secondo il McKinsey Center for Future Mobility, i veicoli elettrici passeranno dal 23% circa di tutte le vendite globali di veicoli nel 2025 al 45% nel 2030. Questa crescita richiederà una rapida espansione delle stazioni di ricarica normali e dei supercharger, con pressioni per l’infrastruttura di rete annuale. Per evitare questo problema, le aziende e i proprietari delle stazioni di ricarica potrebbero scegliere di installare sistemi di stoccaggio BESS nelle proprie proprietà. Si sono già create partnership tra operatori BESS e produttori di veicoli elettrici per costruire un maggior numero di infrastrutture di ricarica, anche in località remote.

C’è poi il sottosegmento delle infrastrutture critiche, come torri di telecomunicazione, centri dati e ospedali. Qui le batterie al piombo forniscono solitamente un backup temporaneo fino a quando non viene ripristinata l’alimentazione o vengono attivati i generatori diesel. Oltre a sostituire le batterie al piombo, i prodotti BESS agli ioni di litio possono essere utilizzati per ridurre la dipendenza dai generatori diesel, meno ecologici, e possono essere integrati con fonti rinnovabili come l’energia solare sui tetti. In alcuni casi, l’energia in eccesso immagazzinata in una batteria può consentire alle organizzazioni di generare ricavi attraverso i servizi di rete. Diversi operatori di telecomunicazioni e proprietari di data center stanno già passando ai BESS come soluzione di continuità e per i vantaggi aggiuntivi che questi offrono.

Il terzo sottosegmento è quello delle infrastrutture pubbliche, degli edifici commerciali e delle fabbriche. Questo sotto-segmento utilizzerà principalmente i sistemi di accumulo di energia per contribuire alla riduzione dei picchi, all’integrazione con le fonti rinnovabili in loco, all’ottimizzazione dell’autoconsumo, alle applicazioni di backup e alla fornitura di servizi di rete. McKinsey ritiene che i BESS abbiano il potenziale per ridurre i costi energetici in questi ambiti fino all’80%.

L’ultimo sotto-segmento C&I è costituito dalle applicazioni per l’estrazione mineraria, l’edilizia, l’esplorazione di petrolio e gas ed eventi come i festival all’aperto. La crescita potenziale è rappresentata dall’abbandono da parte dei clienti dei generatori diesel o a gas a favore di soluzioni a basse emissioni come i BESS e i generatori ibridi. Un fattore principale che spinge l’adozione in questo segmento sono le normative future (tra cui l’iniziativa Big Buyers della Commissione Europea incentrata sulla sostenibilità e il piano di Oslo per l’azzeramento delle emissioni nei cantieri edili entro il 2025). Molte delle aziende che effettueranno il passaggio inizieranno a convertirsi a soluzioni di gruppi elettrogeni ibridi piuttosto che passare immediatamente e completamente ai BESS.

I sistemi BESS in ambito residenziale

Le installazioni residenziali, con circa 20 GWh nel 2030, rappresentano il segmento più piccolo dei BESS, ma capace di offrire opportunità di innovazione e differenziazione in aree che vanno dal tradizionale stoccaggio domestico alla creazione di microgrid in comunità remote. Dal punto di vista delle vendite, i BESS possono essere abbinati a pannelli fotovoltaici o integrati in case intelligenti o in sistemi di ricarica domestica per veicoli elettrici. I prodotti su misura aiuteranno gli utenti residenziali a raggiungere obiettivi quali l’autosufficienza, l’ottimizzazione dell’autoconsumo e la riduzione dei picchi di consumo energetico, e potrebbero significare margini più elevati in questo ambito. Una recente survey di McKinsey sull’acquisto di energia alternativa suggerisce che l’interesse degli utenti per un prodotto BESS si riduce ad alcuni fattori, a partire dal prezzo, dalla sicurezza e dalla facilità di installazione.

Il posizionamento strategico

La catena del valore dei BESS inizia con i produttori di componenti di accumulo, tra cui le celle e i pacchi di batterie, gli inverter, gli alloggiamenti e altri componenti essenziali per l’equilibrio del sistema. Secondo le stime di McKinsey, i fornitori di questa parte della catena riceveranno circa la metà dei profitti del mercato dei BESS.

I system integrator, con attività che comprendono la progettazione e lo sviluppo di sistemi di gestione dell’energia e di altri software per rendere i BESS più flessibili e utili, dovrebbero ottenere un altro 25-30% del monte profitti disponibile, secondo quanto previsto da McKinsey.

Tra il 10 e il 20% del monte profitti è legato alle attività di vendita, alle organizzazioni di sviluppo dei progetti, ad altre attività di acquisizione dei clienti e alla messa in servizio.

La tecnologia delle batterie: i principali sviluppi

Per gli utenti, i principali parametri di misurazione delle batterie sono la durata del ciclo e l’economicità. Le batterie agli ioni di litio sono attualmente dominanti perché soddisfano le tali esigenze. Il catodo di nichel manganese e cobalto erano la soluzione principale per le batterie, ma è stato superato dal fosfato di ferro e litio (LFP). Il lito è però scarsamente disponibile, il che ha aperto le porte a una serie di altre tecnologie interessanti e promettenti, in particolare le opzioni basate su celle come gli ioni di sodio (Na-ion), il sodio-zolfo (Na-S), le batterie metallo-aria e quelle a flusso.

Quella agli ioni di sodio è una tecnologia da tenere d’occhio. Le batterie agli ioni di sodio sono però ancora indietro rispetto a quelle agli ioni di litio per alcuni aspetti importanti. Hanno infatti una durata di ciclo inferiore (2.000-4.000 contro 4.000-8.000 per il litio) e una densità energetica inferiore (120-160 wattora per chilogrammo contro 170-190 wattora per chilogrammo per le LFP). Tuttavia, gli ioni di sodio hanno il potenziale per essere meno costosi – fino al 20% in meno rispetto alle LFP, secondo l’analisi McKinsey – e la tecnologia continua a migliorare, soprattutto con la produzione su scala. Un altro vantaggio è la sicurezza: le batterie al sodio sono meno soggette alla fuga termica. Le batterie agli ioni di sodio sono anche sostenibili, perché l’impatto ambientale dell’estrazione del litio è elevato.

È quindi probabile che le batterie agli ioni di sodio conquistino una quota crescente del mercato dei BESS. Si prevede infatti che almeno 6 produttori avvieranno la produzione di batterie agli ioni di sodio nel 2023. I system integrator potrebbero voler configurare i propri sistemi in modo che la transizione verso le batterie agli ioni di sodio sia semplice, non appena queste saranno ampiamente disponibili.

Il successo nel mercato dei BESS

Ci sono quattro azioni che possono contribuire al successo in questo mercato:

1. Identificare un’esigenza non soddisfatta nella catena del valore – In un settore nascente come questo, è utile per le aziende pensare a nuovi segmenti di prodotti e servizi in cui entrare, sia attraverso movimenti organici che inorganici. Il software è un’area particolarmente importante da esplorare. Il valore dei sistemi di stoccaggio si evolverà probabilmente dal solo hardware al software che controlla e migliora il sistema, liberando l’opportunità di acquisire segmenti di clienti più ampi e margini più elevati. Gli operatori dei BESS devono sviluppare queste competenze in anticipo.
2. Potenziare la resilienza delle catene di approvvigionamento – Molti componenti critici dei BESS (dalle celle delle batterie ai semiconduttori negli inverter e nei sistemi di controllo) si basano su catene di fornitura complesse, che sono suscettibili di shock di approvvigionamento da una moltitudine di fonti, tra cui la carenza di materie prime e le evoluzioni normative. Le partnership strategiche, il multi-sourcing e l’approvvigionamento locale sono tutte le leve da considerare quando si definisce la propria strategia a livello di supply chain, senza dimenticare di prepararsi a potenziali evoluzioni tecnologiche. un altro collo di bottiglia per gli operatori è rappresentato dalla capacità di progettazione, approvvigionamento e costruzione (EPC), in particolare per le applicazioni front-of-the-meter. Le partnership strategiche con grandi operatori EPC pronti per installazioni BESS su larga scala sono fondamentali per garantire il successo dei progetti BESS.
3. Focalizzarsi sulle caratteristiche di prodotto più importanti – Una strategia di segmentazione dei clienti che informi la roadmap degli operatori aumenterà le probabilità che ogni caratteristica dei prodotti sia rilevante per gli utenti. Ciò è particolarmente importante se si considera che la concorrenza sui prezzi rimarrà probabilmente una realtà permanente nel mercato dei BESS. La giusta roadmap di prodotto aumenterà anche le probabilità di avere una proposta di vendita unica in qualsiasi segmento in cui l’azienda si trovi.
4. Pensare in grande, muoversi in fretta – Se è vero che il mercato è molto frammentato, è anche vero che alcuni grandi operatori stanno iniziando ad accumulare quote di mercato. Questo alza la posta in gioco per tutte le aziende, soprattutto per quelle piccole che hanno iniziato un decennio fa come progetti di ricerca e che oggi hanno a propria disposizione un prezioso bagaglio di proprietà intellettuale. Queste aziende dovranno probabilmente correre dei rischi per avere una possibilità di guadagnare quote ed evitare di essere scalzate dalle società più grandi.