In che modo le microreti solari potrebbero portare energia a milioni di persone

Il villaggio di Tanjung Batu Laut sembra nascere da una palude di mangrovie su un'isola al largo della costa del Borneo malese. Le case, appoggiate sull'acqua su palafitte, sono acciottolate insieme da vecchio compensato, acciaio ondulato e rete metallica arrugginita. Ma cammina nell'entroterra e raggiungi una radura coperta da una serie di un centinaio di pannelli solari montati su nuovi telai metallici luminosi. Cavi spessi trasmettono energia dai pannelli in un edificio robusto con nuove porte e finestre. Entra e l'umidità pesante lascia il posto all'aria fresca e secca. Le luci fluorescenti illuminano una fila di armadietti in acciaio che contengono luci lampeggianti e display di computer.

L'edificio è il centro di controllo di un piccolo impianto di produzione di energia di due anni fa che fornisce elettricità alle circa 200 persone del villaggio. I computer gestiscono l'energia proveniente dai pannelli solari e dai generatori diesel, immagazzinandone una parte in grandi batterie al piombo e inviando il resto per soddisfare la crescente domanda locale. Prima che il minuscolo impianto fosse installato, il villaggio non aveva accesso a un'elettricità affidabile, sebbene alcune famiglie avessero piccoli generatori diesel. Ora tutti i residenti hanno energia virtualmente illimitata 24 ore al giorno.

Questa storia faceva parte del nostro numero di novembre 2012

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Molti dei tetti di lamiera ondulata del villaggio sono incongruamente provvisti di antenne paraboliche televisive. Alcune case, con tetti cadenti e rozzi buchi nelle pareti per le finestre, contengono televisori a schermo piatto, ventilatori a soffitto, elettrodomestici affamati di energia come ferri da stiro e cuociriso e dispositivi che devono funzionare giorno e notte, come i congelatori. Un sabato pomeriggio di quest'estate, i bambini hanno girovagato con freschi spicchi di anguria che avevano comprato da Tenggiri Bawal, il proprietario di un minuscolo negozio situato in una delle parti più instabili delle passerelle di legno sopraelevate che collegano le case. Tre giorni prima aveva preso in consegna un frigorifero, dove ora tiene cocomeri, bibite e altri beni. Bawal sorrise mentre i bambini si raggruppavano fuori dal suo negozio e dicevano, nel suo inglese limitato, Gli affari vanno bene.

Le microgrid forniscono [un nuovo modo] per portare servizi energetici alle comunità off-grid. La domanda è: sarà solo una cosa carina di sviluppo? O diventerà parte dell'economia tradizionale?

Nel mondo, un miliardo e mezzo di persone non hanno elettricità, la maggior parte delle quali sono abitanti delle zone rurali. (In India, ad esempio, 268 milioni di persone sono senza elettricità nelle zone rurali, ma solo 21 milioni nelle città.) L'Agenzia internazionale per l'energia afferma che il tipo di centrale elettrica installata a Batu Laut, nota come microrete ibrida, sarà essenziale per portando potere a molti di loro. Questo perché collegare una comunità remota alla rete elettrica convenzionale, con i suoi grandi impianti centralizzati, è costoso e può richiedere più di un decennio. In alcuni casi, la geografia e l'economia potrebbero non consentire mai l'accesso alla rete. Le microreti ibride possono fornire elettricità affidabile combinando in modo intelligente l'energia da più fonti locali e costruirle è molto più economico e veloce rispetto all'estensione della rete nelle aree in cui vive la maggior parte delle persone senza elettricità.

Optimal Power Solutions (OPS), l'azienda australiana che ha progettato la microgrid a Batu Laut, quest'anno raddoppia le sue installazioni in tutto il sud-est asiatico e in India. E molte altre aziende, inclusi giganti industriali come GE e ABB, stanno sviluppando e vendendo tecnologie simili (vedi Microgrid mantiene l'energia locale, economica e affidabile).

La realtà, tuttavia, è molto più complicata. Alcune prime microreti hanno avuto problemi e l'elettricità che forniscono è più costosa di quella proveniente dalle reti elettriche centrali della città, in alcuni casi quasi 10 volte più costosa. La tecnologia coinvolta nelle microreti e i sistemi utilizzati per gestirle e mantenerle dovranno migliorare in modo significativo se vogliono fornire energia affidabile a centinaia di milioni di persone.

La previsione dell'Agenzia internazionale per l'energia e di altri gruppi è che tra 20 anni avremo ancora un miliardo e mezzo di persone senza elettricità, afferma Daniel Kammen, professore di energia all'Università della California, Berkeley, e consulente per il programma Energia sostenibile per tutti delle Nazioni Unite. Le microgrid offrono l'opportunità di pensare a un modello davvero nuovo di come portare i servizi energetici alle comunità off-grid. La domanda è: sarà solo una cosa carina di sviluppo? O diventerà parte dell'economia tradizionale?

Vicino al villaggio di Tanjung Batu Laut, una grande fila di pannelli solari (a destra) alimenta una serie di batterie al piombo (a sinistra) all'interno di un edificio. I generatori diesel seduti sul ponte coperto completano la centrale elettrica microgrid.

Bisognoso di energia

È difficile sopravvalutare l'importanza dell'elettricità per lo sviluppo economico e sociale. Le ventole di raffreddamento rendono le classi più favorevoli all'apprendimento e le luci consentono agli studenti di leggere e fare i compiti di notte. I frigoriferi impediscono a cibo e vaccini di andare a male. Una fornitura costante di elettricità può alimentare lo sviluppo economico, spesso a partire da modesti esempi di commercio espanso come il negozio di Bawal. Man mano che le persone guadagnano da tali iniziative, possono permettersi più elettricità che rende possibili progetti più ambiziosi, creando un ciclo di aumento della ricchezza; è un modello che gli economisti hanno documentato paese dopo paese. A lungo termine, fornire alle aziende l'accesso a un'energia abbondante, affidabile e conveniente rende possibile lo sviluppo di un solido settore manifatturiero con strutture come le fabbriche di chip e gli stabilimenti automobilistici. Nella ricerca per raggiungere gli obiettivi di sviluppo sostenibile delle Nazioni Unite, ha affermato il Segretario generale Ban Ki-Moon, chiaramente lo strumento più importante sarà l'energia.

Fornire quell'energia richiederà qualche alternativa alla tecnologia di rete convenzionale: l'IEA stima che più di due terzi degli abitanti rurali che oggi mancano di elettricità avranno bisogno di energia da una sorta di fonte distribuita, microreti o sistemi di alimentazione autonomi per le singole famiglie , perché sono lontani dalla rete o vivono in un'area geograficamente inaccessibile (vedi Nel mondo in via di sviluppo, il solare è più economico dei combustibili fossili).

Alcune parti dell'interno della Malesia non possono essere collegate alla rete: non hanno strade. Quindi le microreti sono l'unica soluzione, afferma Ramdan Baba, capo dei programmi di elettrificazione rurale della Malesia, parlando dal 23° piano di un imponente edificio per uffici in un vasto distretto governativo vicino a Kuala Lumpur. Il governo ha calcolato, ad esempio, che collegare un gruppo di villaggi a 130 chilometri dalla linea elettrica più vicina costerebbe 250 milioni di ringgit malesi, ovvero circa 80 milioni di dollari. È un'enorme quantità di denaro solo per elettrificare 10 villaggi con un totale di 800 abitanti, dice. Una microrete costerebbe solo circa 92 milioni di ringgit [30 milioni di dollari] e fornirebbe una fornitura di elettricità affidabile 24 ore su 24.

Baba dice che è probabile che il governo raggiunga il suo obiettivo di portare l'elettricità al 95% della popolazione nel Borneo malese entro la fine dell'anno (all'inizio del progetto due anni fa, il 25% di quella popolazione non aveva elettricità). Il successo della tecnologia finora ha portato il governo ad alzare la posta. Nel tentativo di portare energia in aree ancora più difficili da raggiungere ed elettrificare il 99% del Borneo malese, sta pianificando di aumentare le installazioni di microgrid entro il 2015.

Ora anche il vicino meno abbiente della Malesia, l'Indonesia, e altre parti del sud-est asiatico stanno iniziando a utilizzare questi sistemi. L'India ha sperimentato le microgrid; il suo governo sta valutando come la tecnologia potrebbe essere utilizzata più ampiamente nelle aree rurali e per sostenere la rete urbana notoriamente inaffidabile (vedi Come si possono evitare un giorno le interruzioni di corrente in India). Nei paesi più poveri, come il Bangladesh, dove quasi il 60 per cento della popolazione non ha elettricità, i governi e i finanziatori esterni sono attualmente più interessati a fonti di energia su scala ridotta, come lanterne a energia solare e caricabatterie per cellulari o piccoli pannelli solari montati sulle singole abitazioni. Lo stesso vale per i paesi africani come il Kenya, dove l'84 per cento della popolazione non ha potere. Eppure le lanterne solari non riescono a portare molti dei vantaggi di una rete elettrica locale. Le microgrid, conclude l'AIE nel suo linguaggio misurato, sono una soluzione competitiva nelle aree rurali e possono consentire una futura crescita della domanda.

Mentre le microgrid portano energia alle aree remote, gli abitanti dei villaggi collegano TV, stereo ed elettrodomestici come frigoriferi (in alto a sinistra) e il proprietario di un minimarket inizia a vendere ghiaccioli (in basso). Una segheria funziona su una microgrid (in alto a destra).

Se l'esperienza in Malesia è indicativa, tuttavia, l'implementazione dei sistemi potrebbe essere lenta e inefficiente, in parte perché i governi e i servizi pubblici possono diffidare delle nuove tecnologie. A Batu Laut, il governo ha richiesto all'OPS di installare 600 kilowatt di capacità di generazione diesel in standby, anche se la microrete è stata progettata per un carico di picco di soli 200 kilowatt, perché i funzionari non erano sicuri che avrebbe funzionato come pubblicizzato. La storia potrebbe rivelarsi simile in India. È ancora un nuovo concetto, afferma Himanshu Gupta, consulente della commissione di pianificazione del governo in India. I burocrati non sanno nulla delle microreti.

Pannelli solari ammuffiti

Situato in una parte remota del Borneo nord-orientale, non lontano da un profondo bacino oscurato dalla scogliera che non è stato scoperto dagli estranei fino agli anni '50, il villaggio di Kalabakan non aveva una vera e propria strada asfaltata fino a pochi anni fa, e i residenti si sono accontentati di un paio d'ore di elettricità di notte. Tre anni fa, il governo malese ha finanziato una microrete lì e la domanda di energia è salita alle stelle; i nuovi clienti includono un paio di segherie che servono l'industria locale del legname. A differenza della sua controparte leggermente più recente in Batu Laut, tuttavia, la microgrid in Kalabakan sta già tornando nella giungla.

Questo posto sta cadendo a pezzi, afferma Ritesh Lutchman, senior manager di OPS, mentre guida verso i terreni della centrale elettrica a microrete. La strada asfaltata, sebbene abbia solo pochi anni, è profondamente scavata e deformata, vittima del terreno soffice della Malesia e delle forti piogge. I pannelli solari sono ricoperti da un sottile strato di muffa, diminuendo la potenza erogata. La crescita tropicale è alta quasi quanto un pannello solare; in un punto comincia a bloccare il sole. Un operaio locale che aiuta a mantenere la centrale elettrica non riesce a trovare la chiave della sala di controllo e deve forzare la serratura con un cacciavite. All'interno fa caldo perché una ventola di raffreddamento automatico si è guastata. Lutchman sospetta che il calore possa danneggiare l'attrezzatura costosa, accorciandone la vita.

Peggio ancora, metà della microgrid non riceve nemmeno energia. Poiché l'uscita dei suoi generatori diesel non è stata sincronizzata, può funzionare solo un generatore alla volta e uno non può fornire elettricità sufficiente per alimentare entrambe le reti di distribuzione che forniscono elettricità. Lutchman non era a conoscenza del problema perché, giorni prima, i lavoratori locali avevano disconnesso il data hub che era l'unico collegamento di comunicazione tra la microgrid e l'OPS. Gli operai lo usavano per navigare sul Web, cosa di cui Lutchman ha appreso solo quando l'OPS ha ricevuto un grosso conto.

Il problema di Kalabakan riflette un problema più profondo: non esiste un modello pratico per la manutenzione e il funzionamento di una microgrid. Il governo paga per il sistema; aziende come OPS lo progettano, lo installano e lo mantengono funzionante durante un periodo di garanzia di due anni; e poi, nel caso della Malesia, cedono il controllo all'utility locale, come è successo a Kalabakan. Mentre OPS continua a monitorare le microgrid che ha installato, dopo i primi due anni non viene più pagata per mantenerle.

A differenza della sua controparte leggermente più recente in Batu Laut, la microgrid in Kalabakan sta già tornando nella giungla. La crescita tropicale è alta quasi quanto un pannello solare; in un punto comincia a bloccare il sole.

Le utility non sono configurate per le microgrid, afferma Lutchman: a volte l'utility chiama qualcuno che conosce i generatori, ma non capisce come si collegano al resto del sistema. L'attuale interruzione di corrente parziale si è verificata dopo che un generatore diesel è stato messo offline per una revisione regolarmente programmata. Quando è stato ricollegato, la sua uscita di tensione non è stata regolata per rientrare nelle specifiche del sistema di controllo automatico della microgrid. Riparare questo è un semplice aggiustamento, dice Lutchman, ma uno che i lavoratori dei servizi pubblici locali non sapevano fare. Le utility non hanno nemmeno chiesto le microgrid, dice. Sono stati semplicemente dati loro, senza l'addestramento di cui avrebbero bisogno per mantenerli.

Nel Borneo, in mezzo a vaste piantagioni di palma da olio, la rete elettrica subisce un brusco arresto. Il governo sta espandendo la rete ovunque abbia senso economico.

La Banca Mondiale ha recentemente pubblicato un rapporto che mette in guardia su alcune delle sfide. Pepukaye Bardouille, un funzionario senior delle operazioni presso la International Finance Corporation dell'agenzia, afferma che il suo gruppo è entusiasta delle microreti, ma stanno cercando di iniettare una dose di realismo. Spiega Bardouille, Ciò che tende a succedere è che alcuni esempi vengono propagandati come una soluzione basata sulla tecnologia o semplicemente sui costi. Ma i modi per fornire la tecnologia e mantenerla sono in realtà così tanto una parte della soluzione che se queste cose non vengono gestite, non è semplicemente sostenibile.

Ramdan Baba afferma che il suo governo sta lavorando a un nuovo modo per finanziare e mantenere le microreti. L'azienda che progetta e installa la tecnologia riceverà una licenza per gestirla e riceverà un prezzo garantito per l'energia prodotta; trarrà profitto solo se riuscirà a tenere sotto controllo i costi ea mantenere la rete che produce energia per tutta la durata del contratto.

Quest'estate presso la sede malese di OPS a Kuala Lumpur, gli ingegneri e i manager dell'azienda erano impegnati con telefonate, incontri con funzionari governativi e calcoli dell'ultimo minuto. La questione chiave era stimare il costo per kilowattora dell'elettricità prodotta dalla microrete, che sarebbe stata la chiave per stabilire il prezzo che OPS e altre società avrebbero pagato. Troppo alto e l'OPS raccoglierebbe una fortuna a spese del governo malese; troppo basso e l'azienda sarebbe bloccata a mantenere un'operazione in perdita.

Problemi di batteria

Le microgrid devono affrontare un altro problema incombente, questo tecnico. I pannelli solari e i generatori diesel possono durare decenni, ma le batterie che li rendono possibili si guastano molto più rapidamente. Con una microgrid, in genere è necessario un sistema di accumulo di energia che, con la tecnologia attuale, è necessario sostituire ogni tre, cinque o sette anni. Questo è un enorme costo di capitale, afferma Katherine Steel, un ingegnere formato al MIT che dirige il programma Lighting Africa della Banca mondiale. Se le batterie sostitutive non sono nel budget, la durata effettiva della microgrid è limitata a pochi anni.

Secondo l'OPS, le batterie al piombo-acido mantengono il prezzo delle microreti relativamente alto non solo perché devono essere sostituite frequentemente, ma perché sono così costose che i progettisti di microreti si affidano molto alla generazione diesel per fornire elettricità durante la notte. È più economico far funzionare generatori diesel che aggiungere abbastanza pannelli solari e batterie per fornire energia 24 ore su 24. Per superare questo problema, l'OPS sta ora testando una batteria di Aquion, una spin-out della Carnegie Mellon University di Pittsburgh; potrebbe quasi eliminare la necessità di diesel nelle microreti, abbassando le emissioni e riducendo notevolmente i costi operativi.

Le microgrid utilizzano ancora una discreta quantità di diesel, afferma Jay Whitacre, un professore della Carnegie Mellon che ha inventato la tecnologia di Aquion. Il prossimo passo è andare in una situazione in cui hanno un generatore diesel presente, ma non sono quasi mai accesi. La nostra batteria potrebbe permetterlo. Le batterie Aquion funzionano in modo molto simile alle batterie agli ioni di litio relativamente longeve utilizzate nelle auto elettriche, che sono molto più costose delle batterie al piombo. Ma la tecnologia dell'azienda utilizza materiali molto più economici ed è più facile da produrre, mantenendo i costi competitivi con le batterie meno durevoli che ora sono ampiamente utilizzate nelle microgrid (vedi Costruire batterie economiche per aggirare la rete). La nostra batteria costerà all'incirca quanto una batteria al piombo di alta qualità, dice. Ma quella batteria al piombo dovrà essere mantenuta più fresca e dovrà essere sostituita dopo un paio di migliaia di cicli. Il nostro durerà molto di più: due o tre volte più a lungo.

I risparmi derivanti dalla riduzione del consumo di gasolio potrebbero essere significativi. La microrete di Batu Laut è progettata per ottenere gran parte della sua energia dal diesel, ma un sistema progettato attorno a batterie più economiche potrebbe aver bisogno di generatori solo per emergenze e lunghi periodi di maltempo. La riduzione dei costi della batteria e del consumo di diesel potrebbe ridurre il costo per kilowattora da un dollaro a un minimo di 40 centesimi.

Eppure anche questo è più alto del prezzo dell'elettricità dalla rete. Il governo malese sovvenziona l'elettricità della microrete in modo che gli abitanti dei villaggi paghino qualcosa di paragonabile alle tariffe cittadine, ma non può continuare a farlo per sempre, in parte perché con ogni chilowattora in più consumato dagli abitanti del villaggio, il costo dei sussidi aumenta. Nei paesi più poveri come l'India, l'alto costo dell'energia delle microreti potrebbe essere un ostacolo ancora più grande per un'ampia diffusione.

Affinché le microgrid siano una tecnologia rivoluzionaria come i telefoni cellulari, dovrebbero offrire un servizio equivalente o superiore alla rete a un costo inferiore, afferma Steel. Ma penso che sia una transizione che deve ancora avvenire, e non direi che sia subito dietro l'angolo.

Uno scenario più probabile è che le microreti e la rete convenzionale si integrino a vicenda. Poiché la rete convenzionale si espande dalle città e le strade migliorate rendono le comunità meno remote, estendere la rete a queste ultime avrà più senso dal punto di vista economico. Laddove esistono microreti, molte alla fine verranno assorbite nella rete elettrica più grande. Nei momenti di picco della domanda, i servizi pubblici possono utilizzare l'elettricità immagazzinata nelle batterie delle microreti o utilizzare i loro generatori diesel per fornire una spinta di energia. Se ciò accade, le microreti ibride renderanno la rete esistente molto più resiliente. In effetti, poiché i costi delle batterie diminuiscono, le microreti sono un'opzione sempre più attraente nelle città in cui l'energia elettrica convenzionale è inaffidabile; potrebbero garantire che le fabbriche e gli altri utenti dispongano di una fonte affidabile di elettricità.

Questi tipi di grandi cambiamenti infrastrutturali richiederanno anni e richiederanno investimenti significativi. Nel frattempo, però, le microgrid hanno già iniziato a fare la differenza per alcune vite. A Batu Laut, il sistema continua a ronzare silenziosamente e gli abitanti del villaggio stanno ricevendo nuove idee su come utilizzare l'elettricità. Una donna ha acquistato una macchina da ricamo e spera di vendere divise personalizzate. Il capo del comitato per lo sviluppo del villaggio sta facendo pressioni per ottenere una sovvenzione governativa per costruire una fabbrica di trasformazione alimentare che funzioni con l'energia della microrete. E ora che il villaggio dispone di elettricità affidabile, gli insegnanti della scuola locale si trasferiscono dalla città sulla terraferma per vivere sull'isola.

Kevin Bullis è MIT Technology Review's redattore capo per l'energia.

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