Αποθήκευση ενέργειας: Πώς οι μπαταρίες BESS αυξάνουν την αξία των ΑΠΕ

H αυξανόμενη διείσδυση των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΑΠΕ) στο ενεργειακό μείγμα της Ελλάδας δημιουργεί νέες ανάγκες για τη λειτουργία των ηλεκτρικών δικτύων, λόγω της υψηλής ενδοημερήσιας μεταβλητότητας της έντασης των φωτοβολταϊκών και αιολικών συστημάτων. 

Η ένταση της παραγωγής τους εξαρτάται άμεσα από τις καιρικές και κλιματικές συνθήκες και συχνά δεν συμπίπτει χρονικά με τις περιόδους αυξημένης ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας.

Το γεγονός αυτό δημιουργεί σημαντικά προβλήματα διαχείρισης της παραγόμενης ενέργειας, καθώς σε αρκετές περιπτώσεις η προσφερόμενη ενέργεια υπερκαλύπτει την ζητούμενη. 

Αποτέλεσμα είναι να απομένει ανεκμετάλλευτη ηλεκτρική ενέργεια, που δεν μπορεί να αξιοποιηθεί από το δίκτυο τη δεδομένη στιγμή και η πλεονάζουσα ενέργεια τελικά να χάνεται.

Γράφημα 1:Μέση ημερήσια κατανομή του μείγματος  ζήτησης και προσφοράς ηλεκτρικής ενέργειας το 2024 στην Ελλάδα πλην μεγάλων υδροηλεκτρικών σταθμών (Πηγή: διαΝΕΟσις, πρωτογενή στοιχεία ΡΑΑΕΥ)

Όπως απεικονίζεται στο Γράφημα 1, κατά τις μεσημβρινές ώρες όπου η παραγωγή από ΑΠΕ είναι αυξημένη λόγω ευνοϊκών καιρικών συνθηκών (έντονη ηλιοφάνεια, ισχυροί άνεμοι), οι ενεργειακές ανάγκες καλύπτονται σε μεγάλο ποσοστό. 

Τις ώρες όμως όπου η ηλιακή και η αιολική ενέργεια είναι ασθενείς, οι ενεργειακές ανάγκες καλύπτονται κυρίως από τις θερμικές μονάδες, οι οποίες συνεπάγονται όμως υψηλότερες εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου.

Είναι αναγκαία λοιπόν, η εύρεση μιας λύσης διαχείρισης της πλεονάζουσας ηλεκτρικής ενέργειας ώστε να μπορεί να αξιοποιηθεί σε ώρες υψηλής ζήτησης, ενισχύοντας έτσι την αξιοποίηση των έργων ΑΠΕ και συμβάλλοντας στην ενεργειακή μετάβαση.

Στο πλαίσιο αυτό, τα Συστήματα Αποθήκευσης Ηλεκτρικής Ενέργειας με Μπαταρίες (Battery Energy Storage Systems-BESS) αποτελούν μια από τις πλέον υποσχόμενες τεχνολογίες αποθήκευσης ενέργειας, καθώς επιτρέπουν την αποθήκευση της παραγόμενης ενέργειας σε περιόδους χαμηλής ζήτησης και την αξιοποίησή της όταν η ζήτηση αυξάνεται ή όταν το δίκτυο παρουσιάζει ανάγκη.

Τα συστήματα BESS αποτελούν μια νέα τεχνολογία, με τα περισσότερα έργα αποθήκευσης μικρής και μεγάλης κλίμακας να βρίσκονται στα πρώτα στάδια της ανάπτυξής τους. 

Το κύριο ερευνητικό ερώτημα όμως που δημιουργείται αφορά στις προϋποθέσεις υπό τις οποίες τα συστήματα αυτά καθίστανται οικονομικά βιώσιμα και αποδοτικά στις τρέχουσες συνθήκες της ελληνικής αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας.

Το ζήτημα αυτό εξετάστηκε στο πλαίσιο διπλωματικής εργασίας που εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Βιομηχανικής και Ενεργειακής Οικονομίας του ΕΜΠ από τον πλέον απόφοιτο Χημικό Μηχανικό Μιχάλη Ελευθέριο Κοντέση υπό τον επίβλεψη του συνυπογράφοντος τον παρόν άρθρο. 

Στόχος της μελέτης ήταν η αξιολόγηση της οικονομικής βιωσιμότητας αυτών των επενδύσεων, με έμφαση στην αναγνώριση των παραγόντων που επηρεάζουν την απόδοση και τις συνθήκες υπό τις οποίες οι επενδύσεις αυτές καθίστανται ελκυστικές για την προσέλκυση ιδιωτικών κεφαλαίων. 

Η μελέτη επικεντρώνεται στην τεχνοοικονομική αξιολόγηση ενός υβριδικού συστήματος, το οποίο αποτελείται από φωτοβολταϊκό πάρκο και σύστημα αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας με μπαταρίες τεχνολογίας λιθίου-σιδήρου-φωσφορικού άλατος (LFP Lithium Iron Phosphate). 

Η συγκεκριμένη τεχνολογία μπαταριών επιλέχθηκε καθώς επικρατεί διεθνώς στις εφαρμογές μεγάλης κλίμακας, λόγω της υψηλής ενεργειακής της απόδοσης, της ασφάλειας λειτουργίας και της μεγάλης διάρκειας ζωής που παρουσιάζει. 

Το σύστημα BESS είναι ένα δίωρο σύστημα λειτουργίας ισχύος 150 MW και ενεργειακής χωρητικότητας ίση με 300 MWh.

Το σύστημα ακολουθεί το ενιαίο ευρωπαϊκό μοντέλο λειτουργίας των συστημάτων αποθήκευσης (target model) και παράγει τα έσοδά του εκμεταλλευόμενο το ενεργειακό αρμπιτράζ (energy arbitrage), δηλαδή τη δυνατότητα αγοράς ή αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας σε περιόδους χαμηλών τιμών αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας και της μεταγενέστερης διάθεσής της στην αγορά κατά τις περιόδους υψηλών τιμών ηλεκτρικής ενέργειας. 

Η λειτουργία αυτή επιτρέπει στα συστήματα αποθήκευσης να καθορίζουν τα έσοδά τους από τις διακυμάνσεις των τιμών στην αγορά ηλεκτρικής ενέργειας, βελτιώνοντας παράλληλα την ευστάθεια του ηλεκτρικού δικτύου. 

Στη συγκεκριμένη ανάλυση επιλέγεται ο καθορισμός των εσόδων να μην προκύπτει από τις τιμές ηλεκτρικής ενέργειας, αλλά από τις ενδοημερήσιες διαφορές μεταξύ της τιμής πώλησης και αγοράς της ηλεκτρικής ενέργειας, τα ενεργειακά spreads. 

Για αυτόν τον σκοπό, δημιουργήθηκαν τρία σενάρια ακραίων τιμών spreads, τα οποία επιδιώκουν να αποτυπώσουν πιθανές μελλοντικές τάσεις της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας ώστε να διερευνηθεί η επίδρασή τους στην οικονομική απόδοση των συστημάτων BESS.

Για την οικονομική αξιολόγηση της επένδυσης αναπτύχθηκε αναλυτικό χρηματοοικονομικό μοντέλο, το οποίο υπολογίζει το συνολικό επενδυτικό κόστος (CAPEX), τα ετήσια λειτουργικά έξοδα (OPEX), τα ετήσια έσοδα από τη λειτουργία του συστήματος, καθώς και τις ετήσιες καθαρές χρηματορροές καθ' όλη τη διάρκεια ζωής του έργου. 

Η βιωσιμότητα της επένδυσης αξιολογήθηκε μέσω των συνήθων εργαλείων της Καθαρής Παρούσας Αξίας (NPV) και IRR.

Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στην ανάλυση ευαισθησίας του συστήματος, όταν αλλάζουν κρίσιμες τεχνικές και οικονομικές παράμετροι. 

Συγκεκριμένα, εξετάστηκαν τρία διαφορετικά σενάρια αξιοποίησης του BESS, με έναν, ενάμιση και δύο ημερήσιους κύκλους φόρτισης και εκφόρτισης των μπαταριών με ταυτόχρονη ανάλυση ευαισθησίας ως προς το εύρος των τιμών  spreads. 

Στο βέλτιστο σενάριο αξιοποίησης των δύο κύκλων φόρτισης και εκφόρτισης εξετάστηκε η επίδραση της μεταβολής του αρχικού επενδυτικού κόστους (CAPEX) και του κόστους ενεργειακής αναβάθμισης των μπαταριών (battery augmentation) στην οικονομική απόδοση του έργου. 

Τα αποτελέσματα της ανάλυσης καταδεικνύουν ότι η οικονομική βιωσιμότητα ενός συστήματος αποθήκευσης ενέργειας εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την ένταση λειτουργίας του. 

Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των ημερήσιων κύκλων φόρτισης και εκφόρτισης, τόσο αυξάνονται τα ετήσια έσοδα του έργου, καθώς το σύστημα αξιοποιεί καλύτερα την αποθηκευμένη ενέργεια για πώληση στο δίκτυο. Πιο συγκεκριμένα απαιτούνται 2 κύκλοι φόρτισης για να επιτευχθεί IRR της τάξης του 11%, 19% και 27% για spread τιμής στα 48€/MWh, 63€/MWh και  79 €/MWh.

Ωστόσο, η εντατική λειτουργία επιφέρει ταχύτερη υποβάθμιση των μπαταριών, γεγονός που αυξάνει την ανάγκη για ενεργειακή αναβάθμιση των μπαταριών κατά τη διάρκεια του έργου. Συστήματα χαμηλής αξιοποίησης κρίνονται μη ανταγωνιστικά στην αγορά ενέργειας. 

Η ενεργειακή αναβάθμιση των μπαταριών αποτελεί επίσης μια κρίσιμη τεχνοοικονομική παράμετρο για την μακροπρόθεσμη βιωσιμότητα των έργων αποθήκευσης. 

Η αποκατάσταση της ενεργειακής χωρητικότητας του συστήματος μέσω αντικατάστασης ή προσθήκης νέων στοιχείων μπαταριών παρατείνει τη λειτουργία του συστήματος και αυξάνει τα έσοδα, παρά την αύξηση του πρόσθετου κόστους που συνεπάγεται. 

Μάλιστα, η συχνότερη αναβάθμιση συνδέεται με βελτιωμένη οικονομική απόδοση και ελκυστικότητα της επένδυσης.

Καθοριστικό ρόλο στην οικονομική βιωσιμότητα του έργου διαδραματίζουν οι συνθήκες της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Οι διαφορές μεταξύ χαμηλών και υψηλών ενδοημερησίων τιμών ενέργειας αποτελούν βασικό μηχανισμό δημιουργίας εσόδων για τα συστήματα BESS. 

Μια μεγάλη και ικανή διαφορά στις τιμές αυξάνει σημαντικά την κερδοφορία, ενώ χαμηλές διαφορές καθιστούν την επένδυση μη ελκυστική.

Πίνακας 1:Αποτελέσματα επίδρασης έντασης λειτουργίας στην οικονομική απόδοση του συστήματος

Βεβαίως το ύψος του αρχικού επενδυτικού κεφαλαίου αποτελεί ίσως τον πιο σημαντικό περιοριστικό παράγοντα για την υλοποίηση τέτοιων έργων. Μεταβολές στο κόστος προμήθειας του εξοπλισμού, των μπαταριών ή και στο κόστος ενεργειακής αναβάθμισης, μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά τους δείκτες μιας επένδυσης. 

Ακόμα και στην περίπτωση της εντατικής λειτουργίας της μπαταρίας, η αύξηση του επενδυτικού κόστους δεν οδηγεί πάντα σε αποδεκτά αποτελέσματα. 

Ως εκ τούτου, η συνεχής μείωση του κόστους των τεχνολογιών αποθήκευσης αναμένεται να ενισχύσει ακόμη περισσότερο την ανταγωνιστικότητα των συστημάτων BESS τα επόμενα χρόνια.

Συνολικά, τα συστήματα αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας μεγάλης κλίμακας μπορούν να αποτελέσουν οικονομικά βιώσιμες επενδύσεις στην ελληνική αγορά, υπό κατάλληλες προϋποθέσεις. 

Η βέλτιστη επιλογή των ημερήσιων κύκλων λειτουργίας, η εκμετάλλευση των ενεργειακών spreads, η έγκαιρη πραγματοποίηση της ενεργειακής αναβάθμισης και η προσεκτική αξιολόγηση των συνθηκών αγοράς αποτελούν κρίσιμους παράγοντες επιτυχίας του έργου. 

Υπό τον βέλτιστο συνδυασμό των παραπάνω, τα συστήματα αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας μεγάλης ισχύος μπορούν να είναι ανταγωνιστικά στην ελληνική αγορά, συμβάλλοντας στην επίτευξη των στόχων της ΕΕ για την ενεργειακή μετάβαση και την πράσινη ενέργεια.

* Ο κ. Άγγελος Τσακανίκας είναι Καθηγητής ΕΜΠ και ο κ. Μιχάλης Ελευθέριος Κοντέσης είναι Χημικός Μηχανικός ΕΜΠ.