Habilitar la energía renovable con sistemas de almacenamiento de energía en baterías

Con la siguiente fase Dado que los objetivos del Acuerdo de París se acercan rápidamente, los gobiernos y organizaciones de todo el mundo buscan aumentar la adopción de fuentes de energía renovables. Algunas de las regiones con mayor uso de energía tienen incentivos adicionales para buscar alternativas a la energía tradicional. En Europa, el incentivo surge de una crisis energética. En Estados Unidos, es cortesía de la Ley de Reducción de la Inflación, una ley de 2022 que asigna 370 mil millones de dólares a inversiones en energía limpia.

Estos desarrollos están impulsando el mercado de sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS). El almacenamiento en baterías es un facilitador esencial de la generación de energía renovable, ayudando a que las alternativas hagan una contribución constante a las necesidades energéticas del mundo a pesar del carácter inherentemente intermitente de las fuentes subyacentes. La flexibilidad que proporciona BESS lo hará integral para aplicaciones como reducción de picos, optimización del autoconsumo y energía de respaldo en caso de cortes. Esas aplicaciones están empezando a volverse más rentables a medida que caen los precios de las baterías.

Todo esto ha creado una oportunidad importante. Según nuestro análisis, se invirtieron más de 5.000 millones de dólares en BESS en 2022, casi el triple que el año anterior. Esperamos que el mercado global de BESS alcance entre 120 mil millones y 150 mil millones de dólares para 2030, más del doble de su tamaño actual. Pero todavía es un mercado fragmentado y muchos proveedores se preguntan dónde y cómo competir. Ahora es el momento de determinar dónde estarán las mejores oportunidades en el mercado BESS en rápida aceleración y comenzar a prepararse para ellas.

Aquí hay algunas preguntas (y respuestas) para ayudar a los jugadores de BESS a formular sus estrategias.

La mejor manera de tener una idea de las oportunidades asociadas con BESS es segmentar el mercado por aplicaciones y tamaños de usuarios. Hay tres segmentos en BESS: instalaciones a escala de servicios públicos de frente al medidor (FTM), que suelen ser mayores a diez megavatios-hora (MWh); instalaciones comerciales e industriales detrás del contador (BTM), que normalmente oscilan entre 30 kilovatios-hora (kWh) y diez MWh; y las instalaciones residenciales de BTM, que suelen ser inferiores a 30 kWh (Anexo 1).

Esperamos que BESS a escala de servicios públicos, que ya representa la mayor parte de la nueva capacidad anual, crezca alrededor del 29 por ciento anual durante el resto de esta década, el más rápido de los tres segmentos. Los 450 a 620 gigavatios-hora (GWh) en instalaciones anuales a escala de servicios públicos pronosticados para 2030 darían a BESS a escala de servicios públicos una participación de hasta el 90 por ciento del mercado total en ese año (Anexo 2).

Los clientes de las instalaciones de FTM son principalmente empresas de servicios públicos, operadores de redes y desarrolladores de energías renovables que buscan equilibrar la intermitencia de las energías renovables, proporcionar servicios de estabilidad de la red o aplazar costosas inversiones en su red. Los proveedores de BESS en este segmento generalmente son productores de baterías integrados verticalmente o grandes integradores de sistemas. Se diferenciarán en función del costo y la escala, la confiabilidad, el historial de gestión de proyectos y la capacidad de desarrollar sistemas de gestión de energía y soluciones de software para la optimización y el comercio de la red.

Los despliegues de BESS ya se están produciendo a gran escala. Una empresa energética estadounidense está trabajando en un proyecto BESS que podría llegar a tener una capacidad de seis GWh. Otra empresa estadounidense, con intereses comerciales dentro y fuera de la energía, ya ha superado eso, habiendo alcanzado 6,5 GWh en implementaciones de BESS en 2022. Gran parte del dinero que se invierte ahora en BESS se destina a servicios que aumentan la flexibilidad de los proveedores de energía; por ejemplo, a través de una respuesta de frecuencia firme. A largo plazo, el crecimiento de BESS se derivará más de la construcción de parques solares y eólicos, que necesitarán baterías para satisfacer sus necesidades de almacenamiento de corta duración.

Los modelos de ingresos para BESS a escala de servicios públicos de FTM dependen en gran medida de la dinámica de las regiones a las que ingresan los proveedores. La mayoría de los actores de BESS a escala de servicios públicos siguen una estrategia de acumulación de ingresos o de reunir ingresos de una variedad de fuentes. Podrían participar en subastas de servicios auxiliares, arbitraje y capacidad. Por ejemplo, muchas instalaciones BESS en el Reino Unido actualmente giran en torno a servicios auxiliares como el control de frecuencia. Italia tiene actores BESS que se han abierto paso al ganar una de las subastas de capacidad centradas en energías renovables del país. Las oportunidades en Alemania giran más bien en evitar costosas actualizaciones de la red. Los actores de BESS que han ganado terreno en el segmento de servicios públicos FTM han comprendido el valor de responder individualmente a los países y sus regulaciones en lugar de utilizar una estrategia monolítica.

El comercial e industrial (C&I) es el segundo segmento más grande, y la CAGR del 13 por ciento que pronosticamos para él debería permitir que C&I alcance entre 52 y 70 GWh en adiciones anuales para 2030.

Los C&I tienen cuatro subsegmentos. El primero es la infraestructura de carga de vehículos eléctricos (EVCI). Los vehículos eléctricos pasarán de aproximadamente el 23 por ciento de todas las ventas mundiales de vehículos en 2025 al 45 por ciento en 2030, según el Centro McKinsey para la Movilidad del Futuro. Este crecimiento requerirá una rápida expansión de las estaciones de carga regulares y supercargadores, lo que ejercerá presión sobre la infraestructura de la red actual y requerirá actualizaciones costosas y que requieren mucho tiempo. Para evitar esto, las empresas y propietarios de estaciones de carga pueden optar por instalar un BESS en sus propiedades. Ya se han formado asociaciones entre los actores de BESS y los productores de vehículos eléctricos para construir más EVCI, incluso en ubicaciones remotas.

El siguiente subsegmento de C&I es la infraestructura crítica, como torres de telecomunicaciones, centros de datos y hospitales. En este subsegmento, las baterías de plomo-ácido generalmente brindan respaldo temporal a través de un suministro de energía ininterrumpida durante los cortes hasta que se reanuda la energía o se encienden los generadores diésel. Además de reemplazar las baterías de plomo-ácido, los productos BESS de iones de litio también se pueden utilizar para reducir la dependencia de generadores diésel menos respetuosos con el medio ambiente y se pueden integrar con fuentes renovables como la energía solar en los tejados. En ciertos casos, el exceso de energía almacenada en una batería puede permitir a las organizaciones generar ingresos a través de los servicios de red. Varios actores de las telecomunicaciones y propietarios de centros de datos ya están cambiando a BESS como su solución de suministro de energía ininterrumpida y por los beneficios adicionales que ofrece BESS.

El tercer subsegmento es el de infraestructura pública, edificios comerciales y fábricas. Este subsegmento utilizará principalmente sistemas de almacenamiento de energía para ayudar a reducir los picos, la integración con energías renovables in situ, la optimización del autoconsumo, aplicaciones de respaldo y la prestación de servicios de red. Creemos que BESS tiene el potencial de reducir los costos de energía en estas áreas hasta en un 80 por ciento. El argumento a favor del BESS es especialmente sólido en lugares como Alemania, América del Norte y el Reino Unido, donde a menudo se aplican cargos por demanda.

El último subsegmento de C&I consta de entornos hostiles: aplicaciones para minería, construcción, exploración de petróleo y gas, y eventos como festivales al aire libre. La fuente del crecimiento será que los clientes se alejen de los generadores diésel o de gas en favor de soluciones de bajas emisiones como BESS y generadores híbridos. Un factor principal que impulsa la adopción en este segmento son las próximas regulaciones (incluida la iniciativa Big Buyers de la Comisión Europea centrada en la sostenibilidad y el plan de Oslo para lograr cero emisiones netas en las obras de construcción para 2025). Muchas de las empresas que hagan el cambio comenzarán convirtiéndose a soluciones de grupos electrógenos híbridos en lugar de pasar inmediatamente por completo a BESS.

Las instalaciones residenciales, que alcanzarán unos 20 GWh en 2030, representan el segmento BESS más pequeño. Pero el residencial es un segmento atractivo dada la oportunidad de innovación y diferenciación en áreas que van desde el almacenamiento doméstico tradicional hasta la creación de microrredes en comunidades remotas. Desde una perspectiva de ventas, BESS puede combinarse con paneles fotovoltaicos o integrarse en hogares inteligentes o sistemas de carga de vehículos eléctricos domésticos. Los productos personalizados ayudarán a los clientes residenciales a alcanzar objetivos como la autosuficiencia, el autoconsumo optimizado y un menor consumo máximo de energía, y pueden significar mayores márgenes en este sector. Nuestra reciente encuesta de consumidores sobre compras de energía alternativa sugiere que el interés en un producto BESS se reducirá a algunos factores, comenzando por el precio, la seguridad y la facilidad de instalación (Anexo 3).

En un mercado nuevo como este, es importante tener una idea de los ingresos y márgenes potenciales asociados con los diferentes productos y servicios. La cadena de valor de BESS comienza con los fabricantes de componentes de almacenamiento, incluidos paquetes y celdas de batería, y de inversores, carcasas y otros componentes esenciales en el equilibrio del sistema. Según nuestras estimaciones, los proveedores de esta parte de la cadena recibirán aproximadamente la mitad de las ganancias del mercado BESS.

Luego están las actividades de integración de sistemas, incluido el diseño y desarrollo general de sistemas de gestión de energía y otro software para hacer que BESS sea más flexible y útil. Esperamos que estos integradores obtengan otro 25 a 30 por ciento del fondo de ganancias disponible.

Finalmente, entre el 10 y el 20 por ciento del fondo de ganancias está asociado con entidades de ventas, organizaciones de desarrollo de proyectos, otras actividades de adquisición de clientes y puesta en servicio (Anexo 4).

Desde una perspectiva tecnológica, las principales métricas de baterías que preocupan a los clientes son el ciclo de vida y la asequibilidad. Las baterías de iones de litio dominan actualmente porque satisfacen las necesidades de los clientes. El cátodo de níquel, manganeso y cobalto solía ser la química principal de la batería, pero el fosfato de hierro y litio (LFP) lo ha superado como una opción más barata. (Los clientes de fosfato de hierro y litio parecen estar dispuestos a aceptar el hecho de que la LFP no es tan fuerte como una batería de níquel en ciertas áreas, como la densidad de energía). Sin embargo, el litio es escaso, lo que ha abierto la puerta a una serie de otros productos interesantes y tecnologías de baterías prometedoras, especialmente opciones basadas en celdas como las de iones de sodio (iones de Na), sodio-azufre (Na-S), metal-aire y baterías de flujo.

El ion sodio es una tecnología a tener en cuenta. Sin duda, las baterías de iones de sodio todavía están por detrás de las de iones de litio en algunos aspectos importantes. Las baterías de iones de sodio tienen un ciclo de vida más corto (2000 a 4000 versus 4000 a 8000 para el litio) y una menor densidad de energía (120 a 160 vatios-hora por kilogramo versus 170 a 190 vatios-hora por kilogramo para LFP). Sin embargo, los iones de sodio tienen el potencial de ser menos costosos (hasta un 20 por ciento más baratos que los LFP, según nuestro análisis) y la tecnología continúa mejorando, especialmente a medida que la fabricación alcanza escala. Otra ventaja es la seguridad: las baterías de sodio son menos propensas a sufrir fugas térmicas. También hay argumentos de sostenibilidad para las baterías de iones de sodio, porque el impacto ambiental de la extracción de litio es alto.

Todo esto hace probable que las baterías de iones de sodio capturen una participación cada vez mayor en el mercado de BESS. De hecho, se espera que al menos seis fabricantes lancen la producción de baterías de iones de sodio en 2023. Claramente, los proveedores tendrán que tomar decisiones sobre en qué tecnología apostar. Es posible que los integradores quieran configurar sus sistemas de manera que su transición a baterías de iones de sodio sea sencilla a medida que las baterías estén ampliamente disponibles.

Esta es una pregunta crítica dados los numerosos segmentos de clientes disponibles, los diferentes modelos de negocio que existen y los cambios tecnológicos inminentes. Aquí hay cuatro acciones que pueden contribuir al éxito en el mercado:

Identificar una necesidad desatendida en la cadena de valor. En una industria naciente como ésta, a las empresas les conviene pensar en otros productos y servicios a los que podrían acceder, ya sea a través de movimientos orgánicos o inorgánicos. Por ejemplo, ¿hay algo que impida que un integrador de sistemas empaquete las baterías internamente? ¿O desarrollar conjuntamente una nueva química celular con un fabricante de baterías? De hecho, ¿hay algo que impida a un fabricante de baterías agregar capacidades de servicio o integración de sistemas para atraer a un segmento BESS específico, como los servicios públicos?

El software es un área particularmente crítica para explorar. El valor de los sistemas de almacenamiento probablemente evolucionará desde el simple hardware hasta el software que controla y mejora el sistema, abriendo la oportunidad de capturar segmentos de clientes más grandes y mayores márgenes. Los jugadores de BESS necesitan desarrollar estas capacidades temprano.

Desarrollar resiliencia en las cadenas de suministro. Muchos componentes críticos de BESS (que van desde celdas de batería hasta semiconductores en inversores y sistemas de control) dependen de cadenas de suministro complejas, que son susceptibles a perturbaciones en el suministro de una multitud de fuentes, incluida la escasez de materias primas y cambios regulatorios. Las asociaciones estratégicas, el abastecimiento múltiple y el abastecimiento local son palancas a considerar al definir una estrategia de cadena de suministro, sin olvidar planificar posibles cambios tecnológicos. Además de los componentes BESS, otro cuello de botella para quienes están en el mercado es la capacidad y capacidad de ingeniería, adquisiciones y construcción (EPC), particularmente para aplicaciones frontales del medidor. Las asociaciones estratégicas con grandes actores de EPC listos para instalaciones BESS a gran escala son cruciales para garantizar la ejecución exitosa de los proyectos BESS.

Concéntrese en las características del producto que más importan. Las especificaciones del producto deben reflejar lo que les importa a los clientes. Tener una estrategia de segmento de clientes que informe la hoja de ruta aumentará las probabilidades de que cada característica sea importante para los clientes. Este enfoque es especialmente importante dado que es probable que la competencia de precios siga siendo una realidad permanente en el mercado BESS. La hoja de ruta correcta del producto también aumentará las probabilidades de tener una propuesta de venta única en cualquier segmento en el que se encuentre una empresa. Por ejemplo, tomar la decisión correcta sobre la arquitectura del sistema y la integración con la infraestructura existente del cliente (por ejemplo, acoplando corriente continua con tecnología fotovoltaica) podría reducir las barreras de entrada para muchos clientes.

Piensa en grande y muévete rápido. Con BESS en el centro de atención y los ingresos comenzando a aumentar rápidamente, ahora no es el momento de ir a lo seguro. Si bien es cierto que el mercado está muy fragmentado, también es cierto que algunos actores más importantes están empezando a acumular cuota de mercado. Esto aumenta los riesgos para todas las empresas, especialmente para las pequeñas que pueden haber comenzado hace una década como proyectos de investigación y ahora se encuentran con una valiosa propiedad intelectual. Es probable que estas empresas deban asumir algunos riesgos para tener la oportunidad de ganar participación y evitar ser desplazadas por empresas más grandes.

El mercado BESS se encuentra en una etapa explosiva de desarrollo; Los jugadores que no se muevan ahora se lo perderán. Las ganadoras en el mercado serán las empresas que exhiban las cuatro cosas necesarias para el éxito. Estos ganadores crearán valor en un nuevo mercado a medida que se acelere la transición energética.

Gabriella Jarbrattes gerente de compromiso en la oficina de McKinsey en Estocolmo, dondeErik Sparrees socio.Sören Jautelates socio de la oficina de Stuttgart, dondeAlexandre van de Rijtes socio asociado.Martín Linderes socio principal de la oficina de Múnich.Quan Han Wonges asociado senior en la oficina de McKinsey en Londres.

Los autores desean agradecer a Eugene Ann, Nicolò Campagnol, Jan Chhatwal, Jonathan Deffarges, Jose Luis Gonzales, Yves Gulda, Zarief Hasrat, Evan Horetsky, Emil Hosius, Luca Rigovacca, Giulia Siccardo, Christian Staudt, Godart van Gendt y McKinsey. Equipo de Energy Storage Insights por sus contribuciones a este artículo.