Mercado de almacenamiento de energía magnética superconductora: tamaño de la industria global, participación, tendencias, oportunidades y pronóstico, segmentado por tipo (baja temperatura, alta temperatura), por aplicación (sistema de energía, uso industrial, institución de investigación, otros), por región y competencia, 2019-2029F

Descripción general del mercado

El mercado global de almacenamiento de energía magnética superconductora se valoró en USD 67 millones en 2023 y se anticipa que proyectará un crecimiento sólido en el período de pronóstico con una CAGR del 15,22% hasta 2029.

El mercado de almacenamiento de energía magnética superconductora (SMES) pertenece al sector involucrado en el desarrollo, producción e implementación de sistemas de almacenamiento de energía que utilizan materiales superconductores para almacenar y liberar energía eléctrica. Los sistemas SMES aprovechan las propiedades únicas de los superconductores, que tienen resistencia eléctrica cero a temperaturas criogénicas, para lograr un almacenamiento de energía de alta eficiencia con capacidades de carga y descarga rápidas.

El mercado abarca varias aplicaciones, incluida la estabilización de la red, la nivelación de carga y los sistemas de energía de respaldo. La tecnología SMES es particularmente valorada por su capacidad para proporcionar energía instantánea, lo que la hace ideal para estabilizar las redes eléctricas y respaldar la integración de energía renovable. Los actores clave en este mercado incluyen fabricantes de materiales superconductores, sistemas de enfriamiento criogénico y sistemas de gestión de energía.

El crecimiento en el mercado SMES está impulsado por la creciente demanda de soluciones de almacenamiento de energía confiables y eficientes, avances en materiales superconductores y un enfoque creciente en la mejora de la estabilidad de la red y la resiliencia energética. La dinámica del mercado está influenciada por las innovaciones tecnológicas, el apoyo regulatorio para la energía limpia y la necesidad de una infraestructura energética sólida. A medida que la tecnología madure, se espera que desempeñe un papel crucial en el futuro panorama energético.

Principales impulsores del mercado

Creciente demanda de estabilidad y confiabilidad de la red

El mercado global de almacenamiento de energía magnética superconductora (SMES) está impulsado significativamente por la creciente demanda de estabilidad y confiabilidad de la red. A medida que el mundo se vuelve cada vez más dependiente de la electricidad para las actividades diarias y los procesos industriales, la necesidad de una red eléctrica estable y confiable nunca ha sido más crítica. Las redes eléctricas tradicionales a menudo son vulnerables a las fluctuaciones en la oferta y la demanda, lo que puede provocar interrupciones y cortes. Los sistemas SMES ofrecen una solución a estos desafíos al proporcionar capacidades de respuesta rápida para estabilizar la red.

La tecnología SMES puede almacenar energía y liberarla instantáneamente, lo que la hace excepcionalmente efectiva para abordar las fluctuaciones a corto plazo en la oferta y la demanda de electricidad. Esta capacidad es particularmente valiosa en las redes modernas, que cada vez más integran fuentes de energía renovables intermitentes como la energía eólica y solar. Estas fuentes pueden ser impredecibles y variar en producción, lo que crea desafíos para que los operadores de la red mantengan un suministro constante. Al implementar sistemas SMES, los operadores de la red pueden suavizar estas fluctuaciones, asegurando un suministro de energía estable y confiable.

El crecimiento de las tecnologías de redes inteligentes y la creciente complejidad de las redes eléctricas requieren soluciones avanzadas para la gestión de la red. Los sistemas SMES mejoran la estabilidad de la red al proporcionar servicios auxiliares como regulación de frecuencia y soporte de voltaje. Esto es esencial para mantener la integridad operativa de las redes modernas, que se están volviendo más interconectadas y sofisticadas. A medida que los gobiernos y las empresas de servicios públicos invierten en la modernización y resiliencia de la red, se espera que aumente la demanda de tecnología SMES, lo que impulsará el crecimiento del mercado.

Avances en materiales superconductores

Los avances en materiales superconductores son un impulsor importante del mercado global de SMES. Los superconductores son materiales que, a temperaturas muy bajas, exhiben resistencia eléctrica cero y la capacidad de expulsar campos magnéticos. Estas propiedades los hacen ideales para su uso en sistemas SMES, donde el almacenamiento eficiente de energía y las capacidades de descarga rápida son esenciales. A lo largo de los años, se han logrado avances significativos en el desarrollo de nuevos materiales superconductores y en la mejora del rendimiento de los existentes.

Los superconductores de alta temperatura (HTS) son un avance notable en este campo. A diferencia de los superconductores convencionales, que requieren temperaturas extremadamente bajas cercanas al cero absoluto, los materiales HTS funcionan a temperaturas relativamente más altas. Esto reduce el coste y la complejidad de los sistemas de refrigeración necesarios para mantener la superconductividad. El desarrollo de materiales HTS ha ampliado las aplicaciones prácticas de los sistemas SMES, haciéndolos más viables comercialmente.

La investigación sobre nuevos compuestos superconductores y técnicas de fabricación continúa mejorando la eficiencia y el rendimiento de los sistemas SMES. Estos avances están dando lugar a mayores densidades de almacenamiento de energía, una mayor fiabilidad y una reducción de costes. A medida que los materiales superconductores se vuelven más avanzados y accesibles, se espera que su adopción en los sistemas SMES crezca, impulsando aún más la expansión del mercado.

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Desafíos clave del mercado

Altos costos y viabilidad económica

Uno de los principales desafíos que enfrenta el mercado global de almacenamiento de energía magnética superconductora (SMES) es el alto costo asociado con la tecnología. Los sistemas SMES requieren materiales superconductores sofisticados, sistemas de enfriamiento criogénico e infraestructura avanzada, todo lo cual contribuye a su gasto general. Los costos de los materiales superconductores, especialmente los superconductores de alta temperatura (HTS), siguen siendo relativamente altos debido a la complejidad de su producción y la necesidad de elementos raros y costosos.

Los sistemas de enfriamiento criogénico necesarios para mantener los superconductores a sus temperaturas operativas también aumentan el costo. Estos sistemas de enfriamiento generalmente implican el uso de helio líquido u otros criógenos, que no solo son caros sino que también requieren un mantenimiento y una gestión operativa constantes. La combinación de estos factores da como resultado una alta inversión de capital inicial para los sistemas SMES, lo que puede ser un obstáculo para su adopción generalizada, particularmente en mercados donde las limitaciones de costos son una preocupación importante.

La viabilidad económica se ve desafiada aún más por el hecho de que los sistemas SMES, si bien brindan una respuesta rápida y una alta eficiencia, pueden no siempre ofrecer la misma rentabilidad que otras tecnologías de almacenamiento de energía, como las baterías de iones de litio o el almacenamiento hidroeléctrico por bombeo. Estas tecnologías alternativas han logrado reducciones de costos significativas con el tiempo debido a los avances en la tecnología y las economías de escala. En cambio, el mercado de los SMES todavía se encuentra en una fase en la que los costes deben reducirse aún más para competir eficazmente con estas alternativas más establecidas.

Para abordar estos desafíos, los esfuerzos de investigación y desarrollo en curso se centran en reducir el coste de los materiales superconductores y mejorar la eficiencia de los sistemas de refrigeración. Las innovaciones en la ciencia de los materiales, como el desarrollo de materiales HTS más rentables, y los avances en las tecnologías de refrigeración podrían desempeñar un papel crucial para que los sistemas SMES sean más viables económicamente en el futuro. Sin embargo, hasta que se superen estas barreras de costes, la adopción generalizada de la tecnología SMES puede seguir siendo limitada.

Complejidad técnica y operativa

Otro desafío importante para el mercado mundial de los SMES es la complejidad técnica y operativa de los sistemas. La tecnología SMES implica componentes y procesos intrincados que requieren ingeniería precisa y una gestión sofisticada. El núcleo de un sistema SMES es el imán superconductor, que debe mantenerse a temperaturas extremadamente bajas para permanecer en un estado superconductor. Para alcanzar y mantener estas temperaturas se necesitan sistemas de refrigeración criogénica complejos, que aumentan la complejidad operativa y requieren conocimientos y habilidades especializados para gestionarlos de forma eficaz. Los desafíos técnicos van más allá de los sistemas de refrigeración y abarcan el diseño y la integración de los componentes SMES. Los imanes superconductores deben diseñarse cuidadosamente para soportar corrientes y campos magnéticos elevados sin experimentar extinción, un fenómeno en el que se pierde el estado superconductor, lo que provoca un aumento repentino de la resistencia y la generación de calor. Esto requiere materiales avanzados e ingeniería precisa para garantizar la fiabilidad y la seguridad del sistema. La integración de los sistemas SMES en las redes eléctricas existentes puede ser un desafío. La tecnología debe ser compatible con los requisitos operativos de la red, incluida la regulación de la tensión, el control de la frecuencia y la respuesta a cambios repentinos de la carga. Esto requiere sistemas de control y software sofisticados para gestionar el sistema SMES de forma eficaz y garantizar que proporcione los beneficios previstos sin interrumpir las operaciones de la red. La complejidad de los sistemas SMES también implica mayores requisitos operativos y de mantenimiento. Se necesita personal cualificado para gestionar los sistemas, realizar el mantenimiento de rutina y abordar cualquier problema técnico que pueda surgir. Esto se suma a los costos operativos generales y la complejidad de la implementación de la tecnología SMES.

Los esfuerzos para simplificar el diseño y el funcionamiento de los sistemas SMES, así como los avances en las tecnologías de automatización y control, son cruciales para abordar estos desafíos. La investigación y el desarrollo destinados a reducir la complejidad técnica y mejorar la facilidad de integración y operación serán esenciales para la adopción más amplia de la tecnología SMES en el futuro.

Tendencias clave del mercado

Creciente adopción de superconductores de alta temperatura (HTS)

Una tendencia destacada en el mercado global de almacenamiento de energía magnética superconductora (SMES) es la creciente adopción de superconductores de alta temperatura (HTS). Tradicionalmente, los materiales superconductores requerían temperaturas extremadamente bajas para mantener su estado superconductor, lo que requería el uso de sistemas de enfriamiento criogénico costosos y complejos. Sin embargo, los materiales HTS operan a temperaturas relativamente más altas, lo que reduce significativamente los requisitos de enfriamiento y los costos asociados. El desarrollo y la comercialización de HTS han sido impulsados por los avances en la ciencia de los materiales y las tecnologías de fabricación. Los materiales HTS, como el óxido de itrio, bario y cobre (YBCO) y el óxido de bismuto, estroncio, calcio y cobre (BSCCO), han demostrado características de rendimiento superiores, incluidas densidades de corriente críticas más altas y capacidades de campo magnético. Esto los ha hecho cada vez más atractivos para aplicaciones SMES, donde el almacenamiento de energía eficiente y la respuesta rápida son fundamentales. Se espera que la adopción de HTS continúe creciendo a medida que la tecnología madure y se vuelva más rentable. Las características de rendimiento mejoradas de los materiales HTS permiten el diseño de sistemas SMES más pequeños y eficientes, que se pueden integrar en una gama más amplia de aplicaciones, desde la estabilización de la red hasta el apoyo a la energía renovable. Además, los menores requisitos de refrigeración de los sistemas HTS conducen a menores costos operativos, lo que aumenta aún más su atractivo.

Es probable que el creciente enfoque en la reducción de los costos y la mejora de la eficiencia de los materiales HTS impulse una mayor innovación y expansión en el mercado de las PYMES. A medida que la tecnología HTS continúa evolucionando, se anticipa que su adopción se generalizará, lo que contribuirá al crecimiento y desarrollo del mercado global de las PYMES.

Integración con fuentes de energía renovable

Otra tendencia clave en el mercado global de las PYMES es la creciente integración de los sistemas SMES con fuentes de energía renovable. El aumento de la generación de energía renovable, como la energía eólica y solar, presenta desafíos relacionados con la variabilidad e intermitencia de estas fuentes. Los sistemas SMES ofrecen una solución al proporcionar capacidades rápidas de almacenamiento y descarga de energía que pueden ayudar a equilibrar las fluctuaciones de la oferta y la demanda asociadas con la energía renovable.

La tecnología SMES es particularmente adecuada para aplicaciones que requieren una alta densidad de potencia y tiempos de respuesta rápidos. Al integrar los sistemas de PYMES con las instalaciones de energía renovable, los operadores pueden suavizar las fluctuaciones en la producción de energía, mejorar la estabilidad de la red y mejorar la eficiencia general de los sistemas de energía renovable. Esta integración ayuda a abordar el desafío de la intermitencia, haciendo que las fuentes de energía renovable sean más confiables y viables.

El enfoque en la transición a la energía limpia y la reducción de las emisiones de carbono ha llevado a un aumento de las inversiones en tecnologías que apoyan la integración de la energía renovable. Los sistemas de PYMES se están implementando cada vez más junto con proyectos de energía renovable para proporcionar servicios auxiliares como regulación de frecuencia y soporte de voltaje. Esta tendencia está impulsada tanto por políticas regulatorias como por incentivos de mercado que promueven el uso de soluciones avanzadas de almacenamiento de energía para respaldar los objetivos de energía renovable.

Se espera que la tendencia hacia la integración de PYMES con fuentes de energía renovable continúe a medida que los países y regiones se esfuerzan por cumplir sus objetivos de energía renovable y mejorar la resiliencia de sus sistemas energéticos. Es probable que la sinergia entre la tecnología de las PYMES y la generación de energía renovable impulse un mayor crecimiento e innovación en el mercado de las PYMES.

Avances en el diseño y la eficiencia de los sistemas

Los avances en el diseño y la eficiencia de los sistemas representan una tendencia significativa en el mercado global de las PYMES. Los esfuerzos de investigación y desarrollo en curso se centran en mejorar el rendimiento, la fiabilidad y la rentabilidad de los sistemas de las PYMES. Las innovaciones en el diseño de sistemas, incluidas las mejoras en los imanes superconductores, los sistemas de refrigeración criogénica y las tecnologías de control, están impulsando estos avances.

Se están explorando nuevos enfoques de diseño para optimizar la densidad y la eficiencia de almacenamiento de energía de los sistemas de las PYMES. Por ejemplo, las mejoras en el diseño de imanes y las técnicas de procesamiento de materiales están dando lugar a imanes superconductores más compactos y potentes. Estos avances contribuyen a una mayor capacidad de almacenamiento de energía y a un funcionamiento más eficiente de los sistemas de las PYMES.

El desarrollo de sistemas de control y software avanzados está mejorando la funcionalidad y el rendimiento de la tecnología de las PYMES. Estos sistemas permiten una gestión más precisa de los procesos de almacenamiento y descarga de energía, lo que conduce a una mejor integración con las operaciones de la red y una mayor eficiencia general.

El enfoque en aumentar la eficiencia y reducir los costos operativos está impulsando el desarrollo de tecnologías de enfriamiento innovadoras y soluciones de gestión térmica más efectivas. Estos avances ayudan a reducir el costo de mantener las temperaturas superconductoras y mejorar la viabilidad económica de los sistemas SMES.

A medida que la tecnología continúa avanzando, se espera que la tendencia hacia sistemas SMES más eficientes y rentables impulse el crecimiento y la adopción del mercado. Las innovaciones en el diseño y la eficiencia del sistema desempeñarán un papel crucial en la configuración del futuro del mercado SMES y la expansión de sus aplicaciones.

Información segmentaria

Información de tipo

El segmento de alta temperatura tuvo la mayor participación de mercado en 2023. Los materiales de alta temperatura operan a temperaturas relativamente más altas, en comparación con los materiales de baja temperatura que requieren temperaturas cercanas al cero absoluto. Las temperaturas de funcionamiento más altas de los materiales semiconductores de alta temperatura (HTS) reducen la necesidad de sistemas de enfriamiento criogénico complejos y costosos. Esto reduce los costos operativos y de mantenimiento asociados con los sistemas SMES, lo que hace que las soluciones basadas en HTS sean más viables económicamente.

Los avances recientes en la tecnología HTS han mejorado significativamente sus características de rendimiento. Los materiales como el óxido de itrio, bario y cobre (YBCO) y el óxido de bismuto, estroncio, calcio y cobre (BSCCO) exhiben altas densidades de corriente críticas y fuertes capacidades de campo magnético. Estas mejoras han llevado a sistemas SMES más eficientes y potentes, capaces de manejar un mayor almacenamiento de energía y velocidades de descarga más rápidas. Como resultado, los sistemas HTS son cada vez más favorecidos para aplicaciones que requieren alto rendimiento y respuesta rápida.

La reducción en los requisitos de enfriamiento no solo reduce los costos, sino que también simplifica el diseño y la integración del sistema. Los sistemas HTS son más versátiles y más fáciles de implementar en varios entornos, incluidos entornos urbanos y aplicaciones industriales, en comparación con los sistemas de semiconductores de baja temperatura (LTS) que requieren una infraestructura de enfriamiento extensa y costosa.

A medida que la tecnología HTS continúa madurando, sus ventajas sobre los sistemas LTS se vuelven más pronunciadas. Los costos decrecientes y el desempeño mejorado de los materiales HTS están impulsando una adopción y aceptación más amplia en el mercado. Las políticas regulatorias de apoyo y el aumento de la inversión en investigación y desarrollo impulsan aún más el crecimiento de los sistemas SMES basados en HTS.

Perspectivas regionales

La región de América del Norte tuvo la mayor participación de mercado en 2023. América del Norte, particularmente Estados Unidos, es un centro de investigación y desarrollo avanzados en tecnologías superconductoras. Las principales instituciones de investigación, como las financiadas por el Departamento de Energía (DOE) y otras agencias federales, impulsan la innovación en la tecnología SMES. Este énfasis en la I+D fomenta los avances tecnológicos y comercializa nuevos materiales y sistemas superconductores, lo que le da a América del Norte una ventaja competitiva en el mercado de SMES.

La región se beneficia de importantes oportunidades de inversión y financiamiento dedicadas a las tecnologías de almacenamiento de energía. Las subvenciones gubernamentales, los subsidios y las inversiones del sector privado respaldan el desarrollo y la implementación de sistemas SMES. El Departamento de Energía de los EE. UU. y varias iniciativas a nivel estatal brindan incentivos financieros y apoyo para proyectos destinados a mejorar la estabilidad de la red e integrar fuentes de energía renovable, lo que impulsa aún más el crecimiento del mercado.

América del Norte ha estado a la vanguardia de la modernización de su infraestructura de red eléctrica. Como parte de estos esfuerzos de modernización, existe un enfoque significativo en la adopción de soluciones avanzadas de almacenamiento de energía como SMES para mejorar la confiabilidad y la resiliencia de la red. El énfasis de la región en la actualización de la infraestructura de la red para respaldar la integración de energía renovable crea un entorno favorable para la adopción de tecnología SMES.

Los principales actores en el mercado de SMES, incluidos los proveedores de tecnología y las empresas de energía, tienen su sede en América del Norte. Estas empresas participan activamente en la implementación y comercialización de sistemas SMES, aprovechando su amplia experiencia en la industria y redes establecidas para impulsar el crecimiento del mercado.

El mercado energético de América del Norte requiere soluciones de almacenamiento de alto rendimiento para abordar problemas como la estabilidad de la red, la regulación de frecuencia y la nivelación de carga. Los sistemas SMES, con sus capacidades de respuesta rápida y alta eficiencia, son adecuados para satisfacer estas demandas.

Desarrollos recientes

• En junio de 2024, Honeywell presentó su Battery Manufacturing Excellence Platform (Battery MXP), un software de vanguardia impulsado por inteligencia artificial (IA) diseñado para optimizar las operaciones de las gigafábricas desde el inicio. La plataforma apunta a mejoras en el rendimiento de las celdas de batería y acelera los procesos de puesta en marcha de las instalaciones para los fabricantes. Históricamente, las soluciones independientes de fabricación de baterías han dado como resultado tasas de desperdicio de material de hasta el 30% durante las operaciones en estado estable, e incluso más altas durante las fases de puesta en marcha de las instalaciones. Esta ineficiencia ha provocado pérdidas financieras sustanciales debido al desperdicio de energía y materiales, y las gigafábricas a menudo tardan años en alcanzar una eficiencia de producción y rentabilidad óptimas. Battery MXP aprovecha técnicas avanzadas de IA para identificar y abordar de manera preventiva los problemas de calidad antes de que provoquen el desperdicio de material. Al integrar el aprendizaje automático, la plataforma detecta y analiza las condiciones que contribuyen a los problemas de calidad, convirtiendo estos datos en información procesable. Estos conocimientos permiten a los fabricantes mejorar la eficiencia operativa y la productividad, impulsando mejoras significativas tanto en la calidad de la producción como en la rentabilidad.
• En mayo de 2024, TÜV Rheinland, una empresa alemana líder en pruebas y certificación, inauguró su Centro de pruebas de componentes y accesorios de nueva energía en Cantón, la capital de la provincia de Cantón. En la celebración del 30.º aniversario de TÜV Rheinland (Guangdong) Ltd, la empresa reafirmó su firme confianza en el sólido crecimiento de la economía china, con especial énfasis en el avance económico dentro de la Gran Área de la Bahía de Guangdong-Hong Kong-Macao.
• En abril de 2024, EIT InnoEnergy lanzó el programa "Ventanilla única para la financiación de la UE" para agilizar el acceso a la financiación pública en toda la cadena de valor de las baterías. Esta iniciativa, desarrollada en colaboración con el vicepresidente de la Comisión Europea, Maroš Šefčovič, aborda las complejidades de asegurar financiación pública para el sector estratégico de baterías de Europa. El programa, que se dio a conocer en la COP28 y forma parte del marco de la Alianza Europea de Baterías (EBA), está diseñado para simplificar el proceso de financiación pública para las pequeñas y medianas empresas (PYME) involucradas en la industria de las baterías. Esta nueva iniciativa se basa en el Fondo Estratégico de Materiales para Baterías de la EBA introducido en enero de 2024, que aprovecha la inversión privada para respaldar proyectos en etapa inicial en el segmento upstream de la cadena de valor de las baterías.

Principales actores del mercado

• Schneider Electric SE
• Siemens AG
• American Superconductor Corporation
• Bruker Corporation
• Fujikura Ltd.
• General Electric Company
• Hitachi, Ltd.
• Asahi Kasei Corporation
• Konecranes Plc
• Linde plc
• Magnetics (División de Spang & Compañía)
• Mitsubishi Electric Corporation