La habilitación de energía renovable con sistemas de almacenamiento de energía en baterías

A medida que se acerca la siguiente fase de los objetivos del Acuerdo de París, los gobiernos y las organizaciones de todo el mundo se esfuerzan por aumentar la adopción de fuentes de energía renovable. Algunas de las regiones con el mayor consumo de energía tienen incentivos adicionales para buscar alternativas a la energía tradicional. En Europa, el incentivo se debe a la crisis energética. En Estados Unidos, es cortesía de la Ley de Reducción de la Inflación, una ley de 2022 que destina $370 mil millones de dólares a inversiones en energías limpias.

Estos desarrollos están impulsando el mercado de los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (battery energy storage systems, o BESS). El almacenamiento en baterías es un habilitador esencial de la generación de energía renovable, que ayuda a las alternativas a hacer una contribución constante a las necesidades energéticas del mundo a pesar del carácter intrínsecamente intermitente de las fuentes subyacentes. La flexibilidad que brindan los BESS los hará parte esencial de aplicaciones como la reducción de picos, la optimización del autoconsumo y la energía de reserva en caso de cortes. Estas aplicaciones comienzan a ser más rentables a medida que bajan los precios de las baterías.

Todo esto ha creado una gran oportunidad. Según nuestro análisis, en 2022 se invirtieron más de $5 mil millones de dólares en BESS, 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 sigue siendo un mercado fragmentado, con muchos proveedores preguntándose dónde y cómo competir. Ahora es el momento de descubrir dónde estarán las mejores oportunidades en el mercado de BESS, que se acelera rápidamente, y comenzar a prepararse para ellas.

Estas son algunas preguntas –y respuestas– para ayudar a los actores del mercado de BESS a formular sus estrategias.

¿Cuáles son las principales oportunidades?

La mejor manera de hacerse una idea de las oportunidades asociadas a los BESS es segmentar el mercado por aplicaciones y tamaños de los usuarios. Hay tres segmentos en el sector de los BESS: las instalaciones a escala de servicios públicos “delante del contador” (front-of-the-meter, o FTM), que suelen superar los diez megavatios-hora (MWh); las instalaciones comerciales e industriales “detrás del contador” (behind-the-meter, o BTM), que por lo general oscilan entre 30 kilovatios-hora (kWh) y diez MWh; y las instalaciones residenciales BTM, que suelen ser inferiores a 30 kWh (Gráfica 1).

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Esperamos que los BESS a escala de servicios públicos, que ya representan la mayor parte de la nueva capacidad anual, crezcan 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 previstos para 2030 darían a los BESS a escala de servicios públicos una participación de hasta el 90 por ciento del mercado total en ese año (Gráfica 2).

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Los clientes de las instalaciones 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 a la red o diferir inversiones costosas en su red. Los proveedores de BESS de este segmento suelen ser productores de baterías integrados verticalmente o grandes integradores de sistemas. Se diferenciarán en función del costo y la escala, la fiabilidad, el historial de gestión de proyectos y la capacidad para desarrollar sistemas de gestión de la energía y soluciones de software para la optimización de la red y el comercio.

Los despliegues de BESS ya se están registrando a gran escala. Una empresa energética estadounidense está trabajando en un proyecto de BESS que podría llegar a tener una capacidad de 6 GWh. Otra empresa estadounidense, con intereses comerciales dentro y fuera del sector energético, ya ha superado esa cifra al alcanzar los 6.5 GWh en despligues 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 los BESS procederá en mayor medida de la construcción de parques solares y parques eólicos, que necesitarán baterías para cubrir sus necesidades de almacenamiento de corta duración.

Los modelos de ingresos de los BESS FTM a escala de servicios públicos dependen en gran medida de la dinámica de las regiones en las que entran los proveedores. La mayoría de los actores en el sector de BESS a escala de servicios públicos siguen una estrategia de apilamiento de ingresos o de recopilación de ingresos de diversas fuentes. Pueden participar en servicios auxiliares, arbitraje y subastas de capacidad. Por ejemplo, muchas instalaciones de BESS en Reino Unido giran actualmente en torno a servicios auxiliares como el control de la frecuencia. Italia tiene operadores de BESS que se han abierto camino al ganar una de las subastas de capacidad del país centradas en energías renovables. En Alemania, las oportunidades se enfocan más en evitar costosas mejoras de la red. Los actores de BESS que han ganado terreno en el segmento de los servicios públicos FTM han entendido el valor de responder individualmente a los países y sus regulaciones, en vez de usar una estrategia monolítica.

¿Dónde está el valor en el segmento comercial e industrial?

El segmento Comercial e industrial (C&I) es el segundo más grande, y la tasa de crecimiento anual compuesta (compound anual growth rate, o 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.

C&I tiene cuatro subsegmentos. El primero es la infraestructura de recarga de vehículos eléctricos (electric vehicle charging infrastructure, o EVCI). Los vehículos eléctricos pasarán de representar aproximadamente el 23 por ciento de las ventas mundiales de vehículos en 2025 al 45 por ciento en 2030, según el McKinsey Center for Future Mobility. Este crecimiento exigirá una rápida expansión de las estaciones de recarga normales y de los supercargadores, lo que ejercerá presión sobre la infraestructura de red actual y requerirá actualizaciones costosas y lentas. Para evitarlo, las empresas y los propietarios de las estaciones de recarga pueden optar por instalar un BESS en sus propiedades. Ya se han formado alianzas entre los actores de BESS y los fabricantes de vehículos eléctricos para construir más EVCI, incluso en ubicaciones remotas.

El siguiente subsegmento de C&I es la infraestructura crítica, como las torres de telecomunicaciones, los centros de datos y los hospitales. En este subsegmento, las baterías de plomo-ácido suelen brindar un respaldo temporal a través de un sistema de alimentación ininterrumpida durante los cortes hasta que se reanuda el suministro eléctrico o se encienden los generadores diésel. Además de reemplazar a las baterías de plomo-ácido, los productos de BESS de iones de litio también pueden usarse para reducir la dependencia de los generadores diésel menos ecológicos y pueden integrarse con fuentes renovables, como la energía solar en los techos. En ciertos casos, el exceso de energía almacenada en una batería puede permitir que las organizaciones generen ingresos a través de servicios de red. Varios operadores de telecomunicaciones y propietarios de centros de datos ya están cambiando a los BESS como su solución para el suministro ininterrumpido de energía y por los beneficios adicionales que aportan.

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

El último subsegmento C&I se compone de entornos hostiles: aplicaciones para minería, construcción, exploración de petróleo y gas, y eventos como festivales al aire libre. La fuente del crecimiento serán los clientes que abandonen los generadores diésel o de gas en favor de soluciones de bajas emisiones, como los BESS y los generadores híbridos. Uno de los principales factores que impulsan la adopción en este segmento son las próximas regulaciones, como la iniciativa de Big Buyers de la Comisión Europea, enfocada en la sostenibilidad, y el plan de Oslo para lograr cero emisiones netas en los sitios de construcción para 2025. Muchas de las empresas que realicen el cambio empezarán por convertirse a soluciones de grupos electrógenos híbridos en lugar de pasarse completamente a los BESS de forma inmediata.

¿Qué ocurre con los consumidores residenciales de BESS?

Las instalaciones residenciales —que representarán unos 20 GWh en 2030— constituyen el segmento más pequeño de BESS. Pero el residencial es un segmento atractivo dada la oportunidad de innovación y diferenciación en áreas que van del almacenamiento doméstico tradicional a la creación de microrredes en comunidades remotas. Desde una perspectiva de ventas, los BESS pueden combinarse con paneles fotovoltaicos o integrarse en hogares inteligentes o sistemas de carga de vehículos eléctricos domésticos. Los productos a medida ayudarán a los clientes residenciales a lograr objetivos como la autosuficiencia, la optimización del consumo y la reducción de los picos de consumo eléctrico, y pueden significar mayores márgenes en este sector. Nuestra reciente encuesta de consumidores sobre compras de energías alternativas sugiere que el interés en un producto de BESS se reducirá a algunos factores, comenzando por el precio, la seguridad y la facilidad de instalación (Gráfica 3).

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¿Cómo podríamos plantearnos nuestro posicionamiento estratégico?

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

Luego están las actividades de integración del sistema, incluido el diseño y desarrollo general de sistemas de gestión de la energía y otro software para hacer que los BESS sean más flexibles y útiles. Esperamos que estos integradores obtengan otro 25 a 30 por ciento de las ganancias disponibles.

Por último, entre el 10 y el 20 por ciento de los beneficios está asociado con las entidades de ventas, las organizaciones de desarrollo de proyectos, otras actividades de captación de clientes y la puesta en marcha (Gráfica 4).

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¿Qué está pasando en el área de la tecnología de baterías que debamos saber?

Desde el punto de vista tecnológico, las principales métricas de las 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 principal química de las baterías, pero el fosfato de hierro y litio (lithium iron phosphate, o LFP) lo ha superado como opción más barata. (Los clientes de fosfato de hierro y litio parecen dispuestos a aceptar el hecho de que el LFP no es tan potente como una batería de níquel en ciertas áreas, como la densidad energética). Sin embargo, el litio es escaso, lo que ha abierto la puerta a otras tecnologías de baterías interesantes y prometedoras, especialmente opciones basadas en celdas como las baterías de iones de sodio (Na-ion), sodio-azufre (Na-S), metal-aire y de flujo.

El ion de sodio es una tecnología a tener en cuenta. Sin duda, las baterías de iones de sodio todavía siguen por detrás de las baterías de iones de litio en algunos aspectos importantes. Las de iones de sodio tienen un ciclo de vida menor (2,000-4,000 frente a 4,000-8,000 de las de litio) y menor densidad energética (120-160 vatios-hora por kilogramo frente a 170-190 vatios-hora por kilogramo de las de LFP). Sin embargo, el ion de sodio tiene el potencial de ser menos costoso –hasta un 20 por ciento más barato que el LFP, según nuestro análisis– y la tecnología sigue mejorando, sobre todo a medida que la fabricación alcanza escala. Otra ventaja es la seguridad: las baterías de sodio son menos propensas a fugas térmicas. También el factor de la sostenibilidad juega a favor de las baterías de iones de sodio, porque el impacto ambiental de la extracción de litio es alto.

Por todo lo anterior, es probable que las baterías de iones de sodio capturen una parte cada vez mayor del mercado de los BESS. De hecho, se espera que al menos seis fabricantes inicien la producción de baterías de iones de sodio en 2023. Evidentemente, los proveedores tendrán que tomar decisiones sobre por qué tecnología apostar. Es posible que los integradores quieran configurar sus sistemas para que su transición a las baterías de iones de sodio sea sencilla a medida que se amplíe su disponibilidad.

¿Existe una receta para el éxito en el mercado de los BESS? Si es así, ¿cuál es?

Esta es una pregunta fundamental dada la gran cantidad de segmentos de clientes disponibles, los diferentes modelos de negocio existentes y los cambios tecnológicos inminentes. Las siguientes son cuatro acciones que pueden contribuir al éxito en el mercado:

• Identificar una necesidad desatendida en la cadena de valor. En un sector incipiente como este, vale la pena que las empresas piensen en otros productos y servicios en los que podrían participar, ya sea mediante movimientos orgánicos o inorgánicos. Por ejemplo, ¿hay algo que impida que un integrador de sistemas se encargue internamente del embalaje de las baterías? ¿O que desarrolle una nueva química celular con un fabricante de baterías? De hecho, ¿hay algo que impida que un fabricante de baterías agregue capacidades de integración de sistemas o servicios para atraer a un segmento específico de BESS, como las empresas de servicios públicos?
  

  El software es un área particularmente crítica que se debe explorar. Es probable que el valor de los sistemas de almacenamiento evolucione de solo el hardware al software que controla y mejora el sistema, desbloqueando la oportunidad de captar segmentos de clientes más grandes y márgenes más altos. Los actores de BESS necesitan desarrollar estas capacidades desde el principio.

• Desarrollar resiliencia en las cadenas de suministro. Muchos componentes críticos de los BESS (que van desde las celdas de batería hasta los semiconductores de los inversores y sistemas de control) dependen de cadenas de suministro complejas, que son susceptibles de sufrir crisis de abastecimiento de múltiples fuentes, incluida la escasez de materias primas y los cambios en la regulación. Las alianzas estratégicas, el aprovisionamiento múltiple y el aprovisionamiento local son palancas para tener en cuenta al definir una estrategia de cadena de suministro, sin olvidar la planificación de los posibles cambios tecnológicos. Además de los componentes de los BESS, otro cuello de botella para los que están en el mercado es la habilidad y capacidad de ingeniería, adquisición y construcción (engineering, procurement, and construction, o EPC), sobre todo para las aplicaciones FTM. Las asociaciones estratégicas con grandes actores de EPC listos para instalaciones de BESS a gran escala son cruciales para garantizar la ejecución exitosa de los proyectos de BESS.
• Enfocarse en las características del producto que más importan. Las especificaciones de los productos deben reflejar lo que les importa a los clientes. Tener una estrategia de segmentos 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 de los BESS. La hoja de ruta de producto adecuada 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 en la infraestructura existente del cliente (por ejemplo, al acoplar la corriente continua con la tecnología fotovoltaica) podría reducir las barreras de entrada para muchos clientes.
• Pensar en grande y actuar con rapidez. Con los BESS en el punto de mira y los ingresos que comienzan a aumentar rápidamente, no es el momento de ir a lo seguro. Si bien es cierto que el mercado está muy fragmentado, también lo es que algunos actores grandes están empezando a acumular cuota de mercado. Esto aumenta los riesgos para todas las empresas, sobre todo para las pequeñas que pueden haber comenzado hace una década como proyectos de investigación y ahora se encuentran sentadas sobre una valiosa propiedad intelectual. Es probable que estas empresas tengan que asumir algunos riesgos para tener la oportunidad de ganar participación y evitar que las empresas más grandes las desplacen.

El mercado de los BESS se encuentra en una fase explosiva de desarrollo; los actores que no se muevan ahora se lo perderán. Los ganadores del 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.