DNV GL

Desvelando la complejidad de los proyectos de almacenamiento de energía al servicio del mercado mayorista

Unraveling the complexity of merchant energy storage projects

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Brian Warshay

Brian Warshay

Principal Subject Matter Expert, Energy Storage

Esta publicación es la 1era parte de una serie de 2 partes sobre almacenamiento al servicio del mercado mayorista.

Usted sabe que una industria está madurando cuando los desarrolladores discuten el mercado comercial no como una fuente de ingresos al alza, sino como la única fuente de ingresos. Las centrales eléctricas se han diseñado, financiado, construido y operado, dependiendo significativamente de los ingresos mayoristas desde finales de los años 90; Entonces, ¿por qué es tan difícil replicar esta estrategia para el almacenamiento de energía? [1] Las plantas de energía típicas pueden obtener ganancias si sus costos promedio de combustible más operaciones y mantenimiento (O&M) son más bajos que el precio promedio al que pueden vender electricidad. En pocas palabras, los precios más altos de la electricidad tienden a generar mayores ganancias. Sin embargo, los precios promedio de la electricidad importan poco para los operadores de proyectos de almacenamiento de energía. La volatilidad de los precios es lo que importa para la rentabilidad del almacenamiento, [2] y se espera que la volatilidad aumente junto con la creciente penetración de la capacidad eólica y solar en muchas redes en todo el mundo [3].

En DNV GL, se nos pide cada vez más que modelemos y evaluamos el potencial de ingresos de 20 años de los activos de almacenamiento en los mercados mayoristas. Nuestros expertos analizan los enfoques para el modelado de optimización, el pronóstico, la gestión de la degradación, el aumento de la planificación, la implementación del análisis de escenarios, el manejo de la incertidumbre, el rendimiento garantizado y el apilamiento de valor inimitable. Inevitablemente, se nos pregunta si esta fuente de ingresos se puede financiar. Aquí es cuando se complica.

Si bien nos centramos en unos pocos en esta publicación, hay muchas dimensiones que podemos usar para comparar y contrastar las típicas plantas de energía de combustibles fósiles con los proyectos de almacenamiento de energía que operan en los mercados comerciales, como se muestra en la Tabla 1.

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Tabla 1 – Comparación entre plantas de energía y almacenamiento de energía que operan en mercados mayoristas*

* Tenga en cuenta que la tabla está altamente generalizada para cada dimensión para ilustrar las diferencias. Hay excepciones y valores atípicos que pueden contrastar con nuestras suposiciones enumeradas aquí. Esta tabla se centra en las dimensiones que afectan la rentabilidad y evita intencionalmente las comparaciones cualitativas al ignorar aspectos como los beneficios ambientales o las necesidades futuras de la red. No profundizamos en cada dimensión en esta publicación, pero dejamos abierta la oportunidad de discutir los otros temas en publicaciones futuras. Proporcione comentarios en los comentarios a continuación sobre los temas que le gustaría tratar. *Enfoque de la publicación del blog 

Fuentes de energía y flujos
A pesar de la larga lista anterior, la diferencia más impactante para comprender el financiamiento del almacenamiento en comparación con las plantas de energía de combustibles fósiles radica en la fuente de energía (combustible) para cada tipo de activo. Las plantas de energía generan electricidad al convertir los recursos naturales en electricidad mientras que el almacenamiento recicla la electricidad, tomando un producto de bajo valor en un momento del día y convirtiéndolo en un producto de mayor valor en otro (es decir, arbitraje), incurriendo en pérdidas en el camino. El flujo de energía de las centrales eléctricas es lineal, mientras que el flujo de almacenamiento tiene forma de U (ver Figura 1). Las plantas de energía de combustibles fósiles típicas compran un combustible denso en energía de un mercado de productos básicos y lo convierten en electricidad para la venta en otro mercado de productos básicos (el mercado de la electricidad). La fuente de energía para estas plantas de energía es funcionalmente ilimitada. [4] Los proyectos de almacenamiento compran y venden la misma mercancía (electricidad) en el mismo mercado. Por lo tanto, el almacenamiento debe aprovechar las variaciones de precios intrahoras e intradía. [5] El almacenamiento de energía está aún más limitado por su capacidad. Aunque su fuente de energía eléctrica es funcionalmente ilimitada, el almacenamiento puede cargarse solo hasta que esté lleno y descargarse hasta quedar vacío, y la electricidad fluye solo de una manera a la vez.

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Figura 1 – Flujos de energía para centrales eléctricas y proyectos de almacenamiento de energía

Pronostique todo: no crea en nada
Los prestamistas se han sentido cómodos financiando nuevas plantas de energía porque los propietarios a menudo pueden firmar contratos o cubrir los suministros de combustible a largo plazo, lo que les permite asegurar sus costos de combustible durante un período prolongado. Un modelo financiero puede evaluar los flujos de efectivo basados en 20 años de precios mensuales de gas natural en comparación con el pronóstico de 20 años de precios mensuales promedio de electricidad. Una vez que se incorporan los supuestos para la construcción, los costos de operación y mantenimiento y las pérdidas de eficiencia, el modelo puede generar el rendimiento esperado del proyecto. En este ejemplo altamente simplificado, el analista financiero solo necesita 240 entradas pronosticadas cada una para combustible y electricidad (20 años x 12 meses / año), ver Figura 2. Esto no es tarea fácil, pero palidece en comparación con los cientos de miles de los precios necesarios para modelar un proyecto de almacenamiento de 20 años con pronósticos de precios por hora.

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Figura 2 – Precios mensuales futuros del gas natural (izquierda) para el modelo de ingresos de la central eléctrica y precios de electricidad mayoristas pronosticados por hora (derecha) para el modelo de ingresos de almacenamiento, 2020 – 2032

En el nivel más básico, para maximizar los ingresos, los proyectos de almacenamiento deben cobrar durante las horas con el precio más bajo y venderse durante las horas con el precio más alto cada día. Pero los operadores de proyectos de almacenamiento no conocen los precios con certeza antes de comprometerse a proporcionar electricidad todos los días. Los precios deben ser pronosticados, y cualquier pronóstico confiable tiene incertidumbre, también descrito como error de pronóstico. Las plantas de energía típicas planean el despacho al ofertar el precio al que esperan vender electricidad en función de los costos conocidos (de combustible y O&M). Los proyectos de almacenamiento deben planificar el despacho en función de los costos pronosticados (de electricidad) para la carga y los precios pronosticados (también de la electricidad) para la descarga. Los operadores típicos de las centrales eléctricas conocen y controlan el lado de los costos de la ecuación y pronostican los ingresos, mientras que los operadores de almacenamiento deben pronosticar ambos.

El error de pronóstico para el almacenamiento viene en dos tonos, los cuales deben considerarse en el modelado financiero. Existe la obvia incertidumbre asociada con el pronóstico de los precios por hora durante un período de 20 años: nadie puede hacerlo exactamente bien. Pero la incertidumbre sutil radica en comprender la capacidad del almacenamiento para enviar cada día a capturar los precios más altos y más bajos. Por ejemplo, un operador de almacenamiento puede pronosticar que las horas con el precio más bajo mañana serán de 2 a 6 a.m. y el más alto será de 4 a 8 p.m., y establecer el horario de despacho de almacenamiento (o precios de oferta) en consecuencia (es decir, cobrar de 2 a 6 am, alta de 4 a 8 pm). Sin embargo, los precios más bajos pueden ocurrir de 1 a 5 a.m. y los más altos pueden ocurrir de 6 a 10 p.m. El despacho del operador será menor que el que habría maximizado los ingresos debido a un error de pronóstico diario. Esta incertidumbre no afecta a las plantas de energía porque no tienen que pronosticar sus costos diarios de combustible y no están limitadas por la energía y, por lo tanto, pueden operar durante todas las horas de alto precio en lugar de intentar apuntar solo a las pocas principales.

Estrategias operacionales
La naturaleza recursiva de la carga y descarga de almacenamiento, junto con su limitación de capacidad energética, da como resultado una estrategia operativa dramáticamente diferente en comparación con la generación alimentada por combustible. Las plantas de energía típicas pueden operar durante largos períodos de tiempo generando y vendiendo electricidad si los precios son lo suficientemente altos, obteniendo más ganancias en unas horas que en otras, pero aun así obteniendo ganancias. Los operadores de almacenamiento deben decidir, para cada intervalo de tiempo, cuándo cargar y descargar, a qué velocidad y durante cuánto tiempo. Hay un costo de oportunidad para cada decisión de cobrar o descargar, y un costo de oportunidad para cada decisión de no cobrar o descargar. Los operadores de almacenamiento deben elegir constantemente entre ganar $ X en esta hora con una probabilidad del 90%, o esperar un poco más para ganar quizás USD 1.5X en una hora posterior con una probabilidad del 65%. En la práctica, los proyectos de almacenamiento de energía a menudo buscan maximizar los ingresos de la mayor volatilidad que tiende a aparecer en los precios de la electricidad por debajo de las horas (5 minutos y 15 minutos) en lugar de por hora.

Recapitulemos: el almacenamiento genera ingresos al comprar y vender electricidad de manera oportunista a intervalos por hora o por sub-hora, mientras que las plantas de energía de combustibles fósiles venden electricidad a un precio más alto que los costos para generarla. Las centrales eléctricas utilizan pronósticos de precios promedio, mientras que los precios de almacenamiento deben pronosticarse en cada intervalo durante 20 años para un modelo financiero. Los ingresos de la central eléctrica a menudo se pueden calcular en una hoja de cálculo. Los pronósticos de precios de almacenamiento deben ingresarse en un software que pueda simular el despacho de almacenamiento teniendo en cuenta el despacho diario imperfecto (consulte la Figura 3). Esto es lo que complica el almacenamiento comercial.

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Figura 3: Entradas ilustrativas en modelos de flujo de caja para plantas de energía y proyectos de almacenamiento

Lea la parte 2 de esta serie: 7 lecciones aprendidas de los proyectos de almacenamiento de energía al servicio del mercado mayorista.

También puede explorar más detalles sobre nuestras capacidades de modelado viendo nuestro reciente seminario web, Proyectos de almacenamiento de comerciantes: Equilibrando la estrategia de ofertas con el estado del almacenamiento.

Para obtener más información sobre el almacenamiento al servicio del mercado mayorista, escuche nuestro podcast Norton Rose Fulbright Currents: Almacenamiento comercial: una nueva frontera.

Si tiene alguna pregunta o comentario, no dude en comunicarse con nosotros aquí. Lea la Parte II de la publicación del blog aquí..


empty[1] Para los fines de esta publicación, nos centraremos en el almacenamiento de electricidad, no en el almacenamiento de energía térmica, hidráulica o de aire comprimido, debido a la preponderancia de los activos de almacenamiento de electricidad basados ​​en baterías de iones de litio que se planifican u operan en mercados mayoristas en relación con otros tipos de almacenamiento de energía. También debemos aclarar que esta publicación se centra en proyectos conectados a la red en mercados de energía desregulados, aunque muchos de los principios se aplican también a las operaciones de servicios integrados verticalmente. Los mercados desregulados (mayoristas o comerciantes) son típicamente mercados regionales de comercio de energía que permiten a los generadores vender electricidad para cargar entidades de servicio (a menudo servicios públicos o minoristas). Tenga en cuenta que aquí hay excepciones y matices a las declaraciones generalizadas. Tendemos a ignorar los costos de capital para gran parte de esta publicación en aras de la brevedad. Alentamos los comentarios para abordar cualquier descuido que afecte materialmente nuestras conclusiones.

empty[2] Los precios promedio siguen siendo importantes, pero no son en sí mismos un indicador de valor para el almacenamiento. La volatilidad con precios más altos puede dar lugar a mayores oscilaciones de precios en términos absolutos. Pero los precios más altos resultan en costos de cobro más altos, lo que resulta en pérdidas de eficiencia más costosas (todo lo demás es igual), lo que evita que los mayores cambios de precios sean rentables.

empty[3] https://emp.lbl.gov/publications/impacts-high-variable-renewable

empty[4] Los suministros de combustible no son ilimitados, pero una planta de gas natural conectada a una tubería generalmente puede operar a un ritmo constante durante meses o años si es económicamente ventajoso hacerlo. Para los propósitos de nuestros ejemplos, asumimos que las plantas de energía pueden optar por vender electricidad continuamente y el almacenamiento no puede, debido a su limitación de energía..

empty[5] Los servicios auxiliares proporcionan un valor significativo a los proyectos de almacenamiento y plantas de energía en muchos mercados comerciales de electricidad y no deben ignorarse al evaluar los ingresos del proyecto. Sin embargo, el tamaño general del mercado para los servicios auxiliares es relativamente pequeño y los productos energéticos proporcionan un mejor contexto para una comparación entre el almacenamiento y las consideraciones operativas de la central eléctrica.

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Brian Warshay

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Principal Subject Matter Expert, Energy Storage