Il grande esperimento energetico tedesco

Lungo una strada rurale nello stato tedesco occidentale del Nord Reno-Westfalia vive un contadino di nome Norbert Leurs. Un affabile 36enne con le mani callose, ha due figli piccoli e fino a poco tempo fa ha svolto un lavoro insignificante: allevare patate e maiali. Ma le sue ultime attività indicano uno straordinario cambiamento nelle politiche energetiche della più grande economia europea. Nel 2003, una piccola azienda eolica ha eretto una turbina di 70 metri, una delle circa 22.000 delle centinaia di parchi eolici che punteggiano la campagna tedesca, su un pezzo di patata di Leurs. Leurs ottiene una riduzione del 6% delle vendite di elettricità, che ammonta a circa 9.500 dollari l'anno. Sta pensando di aggiungere altre due o tre turbine, ciascuna due volte più alta della prima.

I profitti di quelle turbine sono modesti rispetto a quello che sta per fare con i pannelli solari. Nel 2005 Leurs ha appreso che il governo richiedeva all'azienda di servizi di pubblica utilità locale di pagare prezzi elevati per l'energia solare sul tetto. Ha preso prestiti e gradualmente nei successivi sette anni ha coperto la sua porcilaia, il fienile e la casa con pannelli solari, non importa che i cieli sono spesso grigi e i suoi tetti non sono tutti orientati in modo ottimale. Dalla risultante installazione di 690 kilowatt ora raccoglie 280.000 dollari all'anno e si aspetta oltre 2 milioni di dollari di profitti dopo aver pagato i suoi prestiti.

Questa storia faceva parte del nostro numero di luglio 2012

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Storie come l'aiuto di Leurs spiegano come la Germania sia stata in grado di produrre il 20% della sua elettricità da fonti rinnovabili nel 2011, rispetto al 6% nel 2000. La Germania ha garantito prezzi elevati per l'energia eolica, solare, da biomassa e idroelettrica, riducendo i costi all'elettricità. fatture. E giocatori come Leurs e la piccola compagnia elettrica che ha costruito la sua turbina hanno installato una tecnologia standard e bloccato i profitti. Per loro è stato straordinariamente facile essere verdi.

Quello che verrà dopo non sarà così facile. Nel 2010, il governo tedesco ha dichiarato che avrebbe intrapreso quello che è stato comunemente chiamato an transizione energetica —una svolta energetica, o rivoluzione energetica. Questo passaggio dai combustibili fossili alle energie rinnovabili è il più ambizioso mai tentato da un paese fortemente industrializzato: mira a ridurre le emissioni di gas serra del 40% rispetto ai livelli del 1990 entro il 2020 e dell'80% entro la metà del secolo. L'obiettivo era impegnativo, ma è stato reso in qualche modo più semplice dal fatto che la Germania ha già generato oltre il 20% della sua elettricità dall'energia nucleare, che non produce quasi gas serra. Poi l'anno scorso, in risposta alla preoccupazione dell'opinione pubblica per il disastro nucleare post-tsunami a Fukushima, in Giappone, il cancelliere Angela Merkel ha ordinato la chiusura immediata delle otto più antiche centrali nucleari tedesche. Pochi mesi dopo, il governo ha finalizzato un piano per chiudere i restanti nove entro il 2022. Ora il transizione energetica include un allontanamento dalla più grande fonte tedesca di elettricità a basse emissioni di carbonio.

La Germania si è preparata per un grande esperimento che potrebbe avere ripercussioni su tutta l'Europa, che dipende fortemente dalla forza economica tedesca. Il paese deve costruire e utilizzare tecnologie di energia rinnovabile su scala senza precedenti, a costi enormi ma incerti, riducendo al contempo il consumo di energia. E deve farcela senza compromettere l'industria, che si basa su un'alimentazione affidabile e a prezzi ragionevoli. In un certo senso, il transizione energetica è una dichiarazione politica senza una soluzione tecnica, afferma Stephan Reimelt, CEO di GE Energy Germany. La Germania si sta sforzando verso l'innovazione. Ciò che questo genera è un grande laboratorio industriale di dimensioni mai realizzate prima. Dovremo provare molte tecnologie diverse per arrivarci.

I principali attori dell'industria energetica tedesca stanno perseguendo diverse strategie contemporaneamente. Per aiutare a sostituire l'energia nucleare, stanno correndo per installare enormi parchi eolici al largo della costa tedesca nel Mare del Nord; si sta pianificando una nuova infrastruttura di trasmissione per portare l'energia nelle regioni industriali della Germania. Allo stesso tempo, aziende come Siemens, GE e RWE, il più grande produttore di energia della Germania, stanno cercando modi per mantenere le fabbriche in funzione durante le pause di energia eolica e solare. Stanno cercando forme economiche e su larga scala di immagazzinamento di energia e sperano che i computer possano coordinare in modo intelligente quelli che potrebbero essere milioni di fonti di energia distribuite.

Nei cantieri navali vicino al porto di Rostock, in Germania, nel Mare del Nord, Siemens sta costruendo un'enorme piattaforma che ospiterà apparecchiature per la gestione dell'energia proveniente da parchi eolici molto al largo.

Le stime di quanto costerà la transizione variano ampiamente, in parte a seconda della velocità con cui la nuova tecnologia può essere introdotta e del suo prezzo abbassato. Vari gruppi di esperti economici prevedono che il paese spenderà tra i 125 e i 250 miliardi di dollari per l'espansione delle infrastrutture e i sussidi nei prossimi otto anni, tra il 3,5 e il 7% del PIL tedesco del 2011. I costi a lungo termine, comprese le spese per lo smantellamento delle centrali nucleari, saranno molto più elevati.

La Germania ha già sostenuto costi significativi. Ogni bolletta elettrica mensile comporta un supplemento per l'energia rinnovabile di circa il 15% (l'industria pesante è esente). I prezzi all'ingrosso dell'elettricità sono aumentati di circa il 10% da quando le otto centrali nucleari sono state chiuse. La griglia tedesca è tesa come non mai. E, ironia della sorte, dato il transizione energetica l'obiettivo di ridurre le emissioni di gas serra: la decisione di chiudere le centrali nucleari ha aumentato la dipendenza dalle centrali elettriche a carbone.

Questo transizione energetica viene guardato molto da vicino. Se funziona in Germania, sarà un modello per altri paesi. In caso contrario, sarà molto dannoso per l'economia tedesca.

Nonostante i costi, la Germania potrebbe trarre grandi benefici dal suo grande esperimento. Nell'ultimo decennio, il paese ha coltivato non solo l'energia eolica e solare, ma anche tecnologie energetiche meno blasonate come software di gestione e processi industriali efficienti. Nel loro insieme, queste tecnologie verdi hanno creato un'industria di esportazione che vale $ 12 miliardi ed è pronta per una crescita ancora maggiore, secondo Miranda Schreurs, direttrice del Centro di ricerca sulle politiche ambientali presso la Libera Università di Berlino. Le politiche del governo potrebbero fornire ulteriori incentivi per sviluppare e implementare nuove tecnologie. Questo è il know-how che puoi vendere, dice Schreurs. La strada per la Germania per competere a lungo termine è diventare il mercato più efficiente dal punto di vista energetico e delle risorse e nel frattempo espandersi su un mercato di esportazione.

Se la Germania riuscirà a realizzare la transizione, potrebbe fornire un modello praticabile per altre nazioni industriali, molte delle quali probabilmente dovranno affrontare pressioni per trasformare il loro consumo energetico. Questo transizione energetica viene guardato molto da vicino. Se funziona in Germania, sarà un modello per altri paesi, afferma Graham Weale, capo economista di RWE, che è alle prese con come chiudere le sue centrali nucleari mantenendo le luci accese. In caso contrario, sarà molto dannoso per l'economia tedesca e quella europea.

Punti di soffocamento

Nella città di Erlangen, 20 chilometri a nord di Norimberga, rigorose misure di sicurezza accolgono i visitatori del complesso di edifici industriali che ospitano i laboratori e le fabbriche del gigante energetico Siemens, uno dei tanti appaltatori che contribuiscono alla transizione energetica . Uno di questi edifici brulica letteralmente di potenza: 30 megawatt. All'interno c'è una gigantesca macchina in acciaio e rame che converte l'alimentazione CA in CC su vasta scala; è destinato all'installazione su piattaforme offshore che devono resistere per decenni alle dure tempeste del Mare del Nord.

La Germania ha bisogno di questa tecnologia perché sta cercando la fonte di vento più stabile che riesce a trovare, e questa si trova molto al largo, così lontano che le linee CA standard per la trasmissione di energia non funzioneranno. Ad oggi, la Germania ha installato solo circa 500 megawatt di energia eolica offshore, il tutto entro 90 chilometri dalla terraferma, in acque profonde meno di 40 metri. Ora le compagnie energetiche stanno pianificando di installare 10.000 megawatt di energia eolica fino a 160 chilometri al largo, a profondità fino a 70 metri. Diverse sottostazioni offshore da 10.000 a 20.000 tonnellate convertiranno i gigawatt di uscita CA in CC, che possono coprire tali distanze senza grandi perdite di energia. Non c'è nessun posto al mondo in cui ciò sia stato fatto, costruendo reti offshore e connessioni offshore in questo modo e in questa quantità, afferma Lex Hartman, direttore dello sviluppo aziendale di Tennet, la società di rete olandese responsabile di parti della megascala tedesca del Mare del Nord. sforzo.

Naturalmente, tutto questo dà solo il potere alla spiaggia. L'elettricità deve attraversare la Germania per raggiungere i principali centri industriali nel sud del paese. Sono necessari circa 3.800 chilometri di nuove linee elettriche, ma ne sono stati costruiti solo circa 200, con proprietari terrieri riluttanti e politici regionali che bloccano i progressi e creano strozzature. I ritardi e le nuove tecnologie rendono il programma eolico offshore tedesco una grande scommessa da solo. Nessuno sa davvero cosa sia transizione energetica costerà, afferma Karen Pittel, economista energetico presso l'Università di Monaco. Ma soprattutto quei parchi eolici, sono più o meno progetti pilota.

Le incertezze non si fermano qui. Anche con gli attuali livelli di energia eolica, nei giorni ventosi gli operatori di rete devono spegnere le turbine perché non c'è nessun posto dove mettere l'energia. Quando un banco di nuvole rotola sopra la Germania meridionale in una giornata altrimenti soleggiata, la produzione dei numerosi pannelli fotovoltaici della regione può diminuire di centinaia di megawatt; l'effetto è come spegnere una centrale elettrica a carbone di medie dimensioni, aumentando la minaccia di blackout.

Senza abbastanza energia a basso costo e affidabile per supportare l'industria ad alta tecnologia e il sistema dei trasporti, l'economia della Germania, e quella dell'Europa nel suo insieme, potrebbero essere nei guai. Già alcune aziende tedesche stanno costruendo nuovi impianti di produzione altrove; per esempio, l'anno scorso il produttore chimico Wacker Chemie ha deciso di costruire un impianto di polisilicio in Tennessee, anche perché i costi energetici in Germania erano così alti. Weale afferma: La qualità della fornitura dovrebbe solo deteriorarsi un po' e sarebbe piuttosto grave per questo settore ad alta tecnologia. Abbiamo già visto, anche senza che le luci si spengano, che l'industria si sta innervosendo.

Per evitare la catastrofe, la Germania dovrà iniziare a implementare tecnologie di storage e strategie di bilanciamento del carico su scala molto più ampia. Il paese oggi ha 31 centrali elettriche con pompaggio, che di notte forzano l'acqua nei bacini idrici in salita e quindi utilizzano il flusso in discesa per far girare le turbine per generare energia. Complessivamente, possono immagazzinare 38 gigawattora di elettricità. Potrebbe sembrare molto, ma sono meno di 90 minuti di picco di produzione dai parchi eolici tedeschi.

Le batterie potrebbero aiutare, ma finora i costi sono troppo alti per svolgere un ruolo più che di nicchia. In un altro edificio a Erlangen, Siemens sta costruendo batterie delle dimensioni di un trattore-rimorchio basate su tre diverse tecnologie agli ioni di litio. Ciascuno potrebbe alimentare 40 case tedesche per un giorno, ma le batterie sono troppo costose per essere utilizzate come alimentazione di riserva. Invece, è probabile che i produttori high-tech li utilizzino per superare i brownout con, ad esempio, una scossa di 15 minuti e otto megawatt in modo che le apparecchiature specializzate non abbiano bisogno di costose procedure di riavvio. I prezzi dovrebbero diminuire almeno della metà prima che le batterie agli ioni di litio possano fornire un modo economico per immagazzinare ore di energia in eccesso dalle turbine eoliche.

Altre tecnologie di archiviazione sono in fase di sviluppo, ma probabilmente sono ancora anni che non saranno pratiche, se mai lo saranno. Una nuova tecnologia di Siemens, ad esempio, produce idrogeno utilizzando l'elettricità in eccesso per dividere le molecole d'acqua. Ma è sperimentale e, in questa fase, costoso.

Inevitabilmente, arriverà una calda settimana di luglio quando un sistema ad alta pressione si fermerà sull'Europa, fermando le turbine proprio quando i tedeschi bruciati dal sole prenderanno i loro condizionatori d'aria. Fino a quando non sarà disponibile uno stoccaggio su larga scala ed economico, le centrali elettriche a gas, che possono essere avviate in modo rapido ed efficiente, saranno il modo più pratico per far fronte a queste situazioni. Ma c'è poco incentivo a costruire tali impianti. I proprietari di impianti a gas destinati a soddisfare le esigenze di picco di potenza non possono più contare sulla marcia per un certo numero di ore, poiché l'esigenza non ricade più nei prevedibili pomeriggi della giornata lavorativa ma va e viene con il sole e il vento.

L'obiettivo è utilizzare un software per trasformare migliaia di fonti di energia rinnovabile, ognuna delle quali da sola inaffidabile, in una vasta rete da cui possono dipendere le utilities.

Dice Ottmar Edenhofer, capo economista presso l'Istituto di Potsdam per la ricerca sull'impatto climatico, Il design del mercato dell'elettricità cambierà radicalmente. Hai una domanda fluttuante e allo stesso tempo un'offerta fluttuante. Il legame e l'interazione in queste due dimensioni è diventato oggetto di un'intensa ricerca. Potrebbero esserci nuovi ed emergenti fallimenti del mercato.

Potere virtuale

Duisburg è una città grintosa appena a ovest di Essen, un importante centro di produzione di munizioni della seconda guerra mondiale che è stato ridotto in macerie dai bombardamenti alleati. È qui che RWE, una delle quattro principali utility tedesche, sta lavorando alla frontiera di un'altra tecnologia cruciale: centrali elettriche virtuali, in cui il software controlla in modo intelligente un gran numero di piccole fonti di energia (e, infine, siti di stoccaggio distribuiti) per coordinare la loro produzione in vendita sui mercati energetici. L'obiettivo è trasformare migliaia di fonti energetiche rinnovabili, ognuna delle quali da sola inaffidabile, in una vasta rete dalla quale le utilities possano dipendere. È un concetto abbagliante, ma agli inizi.

All'interno di un laboratorio che si trova di fronte a un rifugio antiaereo costruito dai nazisti a forma di cappello da strega a punta, i ricercatori della RWE stanno testando una dozzina di caldaie a gas e celle a combustibile progettate per generare sia calore che elettricità. In teoria, i servizi pubblici potrebbero richiedere centinaia di migliaia di unità domestiche - e quelle più grandi che alimentano appartamenti o edifici per uffici - per generare elettricità extra per la rete in un attimo. Fino al 5 percento dell'elettricità tedesca potrebbe essere prodotta in questo modo, circa la quantità che le utility si aspettano di trarre dai nuovi parchi eolici offshore.

Raggiungere quel punto potrebbe richiedere decenni poiché i proprietari di case e le aziende sostituiscono gradualmente le caldaie esistenti e l'infrastruttura viene messa in atto per sincronizzare centinaia di migliaia di fonti di energia. Ma un'ora a est di Duisburg, in un edificio per uffici degli anni '60 ai margini di Dortmund, gli ingegneri stanno testando una rete più modesta come punto di partenza. Una sala server nel seminterrato funge da hub di comunicazione per 120 piccole centrali di generazione che insieme producono 160 megawatt di elettricità da fonti rinnovabili, principalmente eolica, ma anche biomassa e solare. Il software tiene conto delle previsioni meteorologiche e assembla un blocco di elettricità rinnovabile da fonte eolica e solare, accendendo e spegnendo gli impianti di biogas secondo necessità per bilanciare la produzione fluttuante e creare un blocco di energia stabile.

I primi progetti come questo sono trampolini di lancio verso sistemi più sofisticati che includono la gestione della domanda: le utility compenserebbero i clienti per aver accettato di ridurre automaticamente il consumo di energia durante i periodi di picco della domanda. Un giorno i sistemi potrebbero anche attingere energia dalle batterie delle auto elettriche parcheggiate, o immagazzinare energia in eccesso in esse, per compensare gli spostamenti del vento.

Anche GE e altre società stanno perseguendo tali concetti. Oggi quello che sappiamo è che il mercato dell'energia sarà decentralizzato; sarà un mercato frammentato, afferma Reimelt, di GE. Prima avevamo quattro società di servizi. Oggi abbiamo 350 aziende che generano energia, fino a mille e fino a un milione se si contano tutti coloro che hanno un pannello solare sul tetto. Quindi una delle tendenze che vediamo è che ci deve essere meno enfasi sulla generazione di energia e più sulla gestione dell'energia.

Sconcertato in Baviera

Le finestre dal pavimento al soffitto dietro la scrivania di Wolfgang Mayer, il burgermeister della piccola città bavarese di Gundremmingen, offrono una vista imponente. A un miglio di distanza si trovano le torri di raffreddamento gemelle delle unità B e C della centrale nucleare di Gundremmingen, che insieme sono la più grande fonte di energia nucleare in Germania. Ben situato a metà strada tra i centri industriali di Stoccarda e Monaco, l'impianto ha la capacità di produrre 2,6 gigawatt di potenza. Mayer è confuso dal transizione energetica , che minaccia centinaia di posti di lavoro in città e potrebbe danneggiare le entrate fiscali. Dicono che il 2017 chiuderà l'Unità B e il 2021 per l'Unità C, dice, indicando l'impianto. Ma erano nello stesso periodo in cui iniziavano nel 1989! Una persona normale non può capire. Qual è la logica?

Le torri di raffreddamento di una centrale nucleare a Gundremmingen sono visibili dietro le case i cui proprietari stanno sfruttando i sussidi per l'energia solare. L'impianto è segnato per la chiusura.

Mayer non è solo nel suo sconcerto. C'è molto nella politica attuale che probabilmente non è logico. Almeno a breve termine, la decisione di chiudere gli impianti nucleari significa che il transizione energetica spingerà effettivamente i servizi pubblici a fare più affidamento sul carbone. L'anno scorso, ad esempio, RWE ha acceso due nuove caldaie pianificate da tempo in un impianto esistente vicino al confine belga che brucia il combustibile fossile più sporco di tutti: carbone di lignite marrone. Sebbene queste caldaie siano più pulite di quelle che stanno sostituendo, la centrale a carbone è la più grande del suo genere al mondo e in questi giorni sta andando a tutto volume per stare al passo con la domanda di energia.

Se chiudi otto centrali nucleari, che erano prive di carbonio, durante la notte, aumenterai le emissioni di carbonio, dice Weale. Si dovrà fare più affidamento sul carbone di quanto previsto in precedenza. Può essere difficile ridurre le emissioni di CO2 con la rapidità che si vorrebbe. Le decisioni prese ora su quali tipi di centrali elettriche installare avranno ripercussioni per decenni, afferma: non è possibile apportare cambiamenti improvvisi da una risorsa all'altra.

Un secondo problema è che anche quando si tratta di fonti energetiche alternative, la Germania non premia la riduzione dell'anidride carbonica. Piuttosto, la sua politica stabilisce sussidi ben definiti per tecnologie specifiche: un kilowattora di energia solare viene ricompensato più dell'energia eolica offshore, che a sua volta guadagna più dell'energia eolica onshore. Anche se i sussidi solari sono stati ridotti a tassi molto inferiori a quelli bloccati da Leurs, l'energia solare paga ancora le tariffe più alte. Se la riduzione delle emissioni fosse l'obiettivo, tuttavia, più denaro sarebbe destinato alla riduzione del consumo di energia. Se potessi scegliere gli strumenti ottimali, concentrandoti prima su quelle aree in cui puoi raggiungere i tuoi obiettivi in ​​modo più economico, ti concentreresti non tanto sulle rinnovabili ma molto di più sull'efficienza, afferma Pittel, l'economista energetico di Monaco.

Inoltre, gli attuali sussidi non incoraggiano l'innovazione tanto quanto rendono redditizie le tecnologie esistenti. C'è poco incentivo, ad esempio, a sviluppare tecnologie fotovoltaiche radicalmente nuove, anche se alla fine potrebbero essere l'unico modo per rendere l'energia solare non sovvenzionata abbastanza economica da competere con i combustibili fossili.

Per alcuni economisti tedeschi, la politica energetica del paese è semplicemente sbagliata. Hans-Werner Sinn, presidente dell'Ifo Institute for Economic Research dell'Università di Monaco, è particolarmente feroce. Il transizione energetica è una svolta nel nulla, perché le tecnologie verdi non sono sufficienti per sostituire i bisogni energetici della società moderna, dice. È sbagliato chiudere le centrali atomiche, perché questa è una fonte di energia a basso costo, e l'energia eolica e solare non sono affatto in grado di sostituirla. Sono molto più costosi e l'energia che esce è di qualità inferiore. Le industrie ad alta intensità energetica si trasferiranno e la competitività del settore manifatturiero tedesco sarà ridotta o i salari saranno depressi.

I politici tedeschi, ovviamente, scommettono che Sinn si sbaglia. E molti segnali incoraggianti depongono contro il suo pessimismo. Il costo dei pannelli solari è diminuito drasticamente, il che significa che l'energia solare potrebbe diventare più competitiva. I costi della batteria possono seguire l'esempio. Se i combustibili fossili continuano a diventare più costosi, le fonti di energia rinnovabile sembreranno più attraenti. Quarant'anni sono tanti e si rimane continuamente sorpresi da sviluppi tecnologici favorevoli, ad esempio il modo in cui il prezzo delle celle solari sta scendendo, dice Weale. Dal mio punto di vista, voglio sottolineare quanto sia impegnativo il transizione energetica è. Al momento, sembra difficile. Ma con i giusti incentivi, si possono avere buone ragioni per credere che il progresso tecnologico sarà molto più veloce di quanto ci aspettiamo attualmente.

David Talbot, Revisione della tecnologia In capo corrispondente di , ha scritto sulla cultura delle startup del Kenya a marzo.

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