Potere al popolo

È metà pomeriggio nella soleggiata California e la tua squadra si sta affannando per finire una presentazione che conclude l'affare quando BAM! la potenza va giù. Sei stato coinvolto in un blackout continuo che i regolatori statali hanno ordinato mentre un'ondata di caldo provoca milioni di condizionatori d'aria. Le batterie di riserva ti daranno abbastanza tempo per spegnere il tuo sistema, ma puoi dimenticarti di finire quella presentazione. Luci spente, vero?

Non quando un paio di turbine delle dimensioni di un frigorifero nel retro del tuo ufficio prendono vita, trasformando il gas naturale in un flusso costante di elettroni per mantenere l'ufficio in movimento. Sistemi come queste microturbine, insieme alle celle a combustibile che estraggono energia elettrica dal carburante senza bruciarlo, stanno cambiando le regole del gioco del potere. Non devi più fare affidamento su un'utilità monopolistica che può dare per scontati te e il tuo fabbisogno energetico.

Questa storia faceva parte del nostro numero di maggio 2001

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Questi generatori di micropotenza non riguardano solo il backup di emergenza. Possono fornire energia di qualità superiore 24 ore su 24, 7 giorni su 7, rispetto a quella che puoi acquistare dalla tua utility locale. Collegalo a uno di questi sistemi ed eviterai i picchi di tensione e gli abbassamenti che possono causare il crash del computer che rovinano l'elettricità che esce da una presa a muro da giardino. E la micropotenza significa che puoi abbandonare la rete quando i prezzi dell'energia aumentano, o persino guadagnare un extra esportando energia ai tuoi vicini. Distribuisci abbastanza micropotenza in tutta la rete e la rete stessa inizierà a imparare trucchi che potrebbero rendere le interruzioni di corrente a livello regionale un ricordo spiacevole.

Succo Premium

Con l'aumento della nostra dipendenza dai sistemi elettrici ed elettronici, molte aziende e consumatori hanno bisogno di prestazioni migliori rispetto all'affidabilità del 99,9% fornita dalla rete elettrica locale. Questi utenti esigenti hanno bisogno di quella che le utility chiamano potenza premium: succo elettrico puro e di prima qualità che scorre senza fallo. Produttori, banche, fornitori di telecomunicazioni, quasi tutte le aziende che dipendono da computer o apparecchiature digitali come server Web e router, necessitano di una potenza superiore. E l'unico modo sicuro per ottenerlo, concordano gli esperti di energia, è generarlo da soli.

Le operazioni industriali fanno proprio questo da tempo, ma gli utenti residenziali o commerciali non potrebbero soddisfare le loro esigenze utilizzando i piccoli sistemi di alimentazione disponibili: i generatori diesel che tengono in vita gli ospedali sono troppo rumorosi e sporchi per un quartiere di periferia. L'energia solare continua a diventare più economica, ma non può sempre fornire i kilowatt. Non che queste tecnologie fossero in grado di fare molta differenza, dal momento che le leggi statali tenevano la maggior parte dei consumatori incatenati alla loro utilità locale. La deregolamentazione sta cambiando tutto ciò, liberando i consumatori e scatenando un torrente di investimenti e innovazione. I primi prodotti di questa ondata di sviluppo tecnologico sono microturbine pulite, silenziose e affidabili, sviluppate negli anni '60 per fornire energia elettrica per il condizionamento dell'aria e i sistemi di circolazione sugli aerei. Sono scesi verso il mercato dei consumatori nei primi anni '90 grazie a Rosen Motors, la società creata dal cofondatore di Compaq Computer Ben Rosen per costruire auto elettriche ibride alimentate a turbina.

La società di Rosen era in anticipo sui tempi, tuttavia, e ha pagato il prezzo, chiudendo nel 1997 poco prima che Toyota e Honda lanciassero ibridi gas-elettrici in Giappone. L'anno scorso, i giganti automobilistici giapponesi hanno portato gli ibridi in America, costringendo Detroit a fare piani affrettati per le proprie auto ibride.

Sebbene l'impresa automobilistica dell'azienda sia crollata, la sua fonte di energia a microturbina sopravvive in un'altra impresa di Rosen: la Capstone Turbine con sede a Chatsworth, in California. La microturbina da 30 kilowatt di Capstone funziona proprio come le centrali elettriche a gas naturale da diverse centinaia di megawatt che sostengono la rete elettrica. Accendere il carburante (gas naturale, benzina, cherosene, quasi tutto ciò che brucia) e i gas di combustione in rapida espansione spingono le pale della turbina a far girare un rotore e generare elettricità. I gas di scarico delle microturbine contengono solo circa tre parti per milione di ossidi di azoto che formano smog, circa cento volte meno dei generatori diesel, e praticamente non c'è fuliggine.

E la microturbina è pronta per andare lontano senza bruciarsi, grazie a cuscinetti d'aria che fanno galleggiare la turbina su un turbolento velo d'aria spesso appena due micrometri. I cuscinetti ad aria non subiscono attrito e nessuna usura, anche a velocità punitive - più di 1.500 giri al secondo nella turbina Capstone - che brucerebbero i cuscinetti lubrificati.

Le centrali elettriche a celle a combustibile funzioneranno in modo ancora più fluido ed economico perché sono allo stato solido: invece di bruciare idrocarburi, le celle a combustibile impiegano vapore e catalizzatori per rilasciare gli atomi di idrogeno del combustibile e privarne gli elettroni. Evitare la combustione e bypassare la meccanica rende questa tecnologia pulita ed efficiente: le celle a combustibile alimentate a gas naturale non rilasciano praticamente ossido di azoto e convertono il 40 percento dell'energia del carburante in elettricità (un terzo in più rispetto alla microturbina). Catturare l'energia sprecata utilizzando il sottoprodotto dell'acqua calda della cella a combustibile per riscaldare l'aria e l'acqua di un edificio spinge l'efficienza energetica complessiva all'80% o più.

Sono in fase di sviluppo almeno una mezza dozzina di tipi di celle a combustibile per la generazione di energia elettrica. La migliore speranza per unità più piccole e più economiche risiede in una versione leggera e compatta basata su una struttura nota come membrana a scambio protonico. Questa è una tecnologia per la quale possiamo ringraziare l'industria automobilistica; Ford, DaimlerChrysler e Toyota stanno investendo miliardi per rendere questa varietà di celle a combustibile abbastanza potente ed economica da sostituire il motore a combustione interna ( vedere Fai il pieno di idrogeno , TR novembre/dicembre 2000 ).

Mentre la tecnologia si diffonde dall'industria automobilistica, una serie di startup, tra cui Ballard Power Systems di Burnaby, British Columbia, e Plug Power di Latham, NY, stanno spingendo la tecnologia delle membrane a scambio protonico per la produzione di energia stazionaria. L'obiettivo è centrali elettriche da 1 a 15 kilowatt per consentire a una famiglia di dichiarare l'indipendenza dalla rete elettrica; unità più grandi, da 60 a 250 kilowatt, farebbero lo stesso per gli uffici. Sebbene queste aziende abbiano piani di marketing aggressivi, la realtà, sotto forma di ostacoli ingegneristici, ha iniziato a intromettersi. Plug Power e il suo partner di marketing, General Electric, hanno pianificato di essere i primi a commercializzare migliaia di unità residenziali quest'anno. Tuttavia, progettare le unità per un funzionamento continuo e senza problemi si sta rivelando inaspettatamente complesso e Plug Power prevede ora di introdurre sistemi commerciali di celle a combustibile nella prima metà del 2002.

Una rete di sicurezza elettrica

Micropower sta trovando alcune delle sue prime applicazioni nelle operazioni remote che hanno un accesso inadeguato all'elettricità generata centralmente. Le microturbine sono state un successo negli impianti di trivellazione petrolifera in Alberta, Colorado e Texas, per esempio. Questi impianti si trovano al di sopra delle riserve di oro liquido ricco di energia, ma si trovano al di là della rete o ai suoi margini, dove il filo di elettricità non può supportare attrezzature pesanti. I wildcatter dei giorni nostri sono anche sotto pressione da parte dei regolatori ambientali per frenare la combustione dei gas carichi di zolfo associati a molti pozzi. Le microturbine funzioneranno praticamente con qualsiasi cosa, incluso questo gas acido, quindi trasportane una alla testa del pozzo e puoi mettere questo fastidio ambientale al lavoro per alimentare le pompe.

L'economia della generazione di energia senza incorrere nel costo del carburante è così convincente che le microturbine possono trasformare molti pozzi petroliferi in centrali elettriche remote che generano energia in eccesso da vendere sulla rete. La capacità di espansione è enorme: i pozzi petroliferi nel solo Texas in genere bruciano un miliardo di metri cubi di gas acido all'anno. È sufficiente per generare più di 400 megawatt di elettricità, l'equivalente di una centrale elettrica di medie dimensioni. Le discariche e gli impianti di trattamento delle acque reflue potrebbero essere i prossimi a incassare. Dalla scorsa primavera, una microturbina Capstone ha digerito il metano che fermenta dal secondo mucchio di spazzatura più grande del mondo, la discarica di Puente Hills della contea di Los Angeles, generando solo 1,3 parti per milione di ossidi di azoto. È molto più pulito delle 30 parti per milione rilasciate quando il gas viene bruciato.

Ma trasformare i gas di scarico è un'opportunità di nicchia e aziende come Capstone e Ballard sperano in molto di più. Il loro piano: catturare l'ondata di deregolamentazione e trasformare milioni di consumatori di energia in produttori di energia. La deregolamentazione sta spazzando via le protezioni monopolistiche che tenevano fuori dal mercato i nuovi produttori di energia, in particolare i consumatori residenziali e commerciali. In un ambiente di monopolio non importava se avevi queste meravigliose tecnologie da autogenerare perché eri obbligato ad acquistare la tua energia dall'utility, afferma Wayne Gardner, manager dello sviluppo aziendale e della strategia presso Exelon Capital Partners, la società con sede a Filadelfia ramo di capitale di rischio del colosso statunitense Exelon.

Poiché la deregolamentazione offre ai consumatori una maggiore libertà di generare energia, dà loro anche una ragione in più per farlo. La difficile transizione verso un mercato deregolamentato sta gettando una foschia di incertezza sul settore energetico, scoraggiando i servizi pubblici dall'aggiungere capacità di generazione e aggiornare le loro linee di trasmissione. Gli esperti di energia incolpano l'esitante transizione della California verso un mercato energetico competitivo per il suo crollo di questo inverno. E una soluzione a una rete in difficoltà, sta diventando chiaro, è la micropotenza. L'energia premium è chiaramente il mercato dominante a breve termine per l'energia distribuita, afferma Dan Rastler, esperto di energia distribuita presso l'Electric Power Research Institute di Palo Alto, in California. Il sistema distributivo esistente non è in grado di soddisfare le esigenze di affidabilità di quel mercato.

Secondo la società di ricerca Frost & Sullivan, l'energia premium è già un mercato da 7 a 10 miliardi di dollari all'anno in Nord America. Oggi, la maggior parte di questo proviene da batterie e motori diesel che fungono da fonti di alimentazione di riserva. Ma la libertà di generare la propria elettricità potrebbe far esplodere questo mercato. I cercatori di potenza premium che collegano microturbine e celle a combustibile alla linea del gas naturale non si limitano più a utilizzare i loro generatori solo quando le luci si spengono. Possono risparmiare denaro accendendosi ogni volta che il prezzo della rete supera il costo del carburante. Alcuni stati consentono persino ai produttori di microelettricità di vendere l'energia in eccesso alla rete per un profitto.

Questa capacità di giocare sui mercati dell'energia crescerà man mano che le utility si sposteranno verso prezzi in tempo reale, dove il prezzo dell'energia dalla rete riflette il costo per produrla. Durante i periodi di picco della domanda, quando i servizi pubblici devono avviare i loro impianti meno efficienti, i prezzi aumentano. Le unità di micropotenza monitoreranno i prezzi tramite una connessione Internet o tramite un segnale digitale incorporato nell'elettricità stessa. Utilizzando queste informazioni, confronteranno le quotazioni di gas ed elettricità e si accenderanno automaticamente quando lo spread è favorevole.

Tuttavia, la generazione di energia non è una competenza fondamentale per la maggior parte delle aziende (per non parlare dei consumatori residenziali), quindi sarà importante trovare le persone in grado di gestire la micropotenza senza problemi. Con l'aumento dei prezzi del gas naturale, accendere la microenergia al momento sbagliato potrebbe costare un sacco. Gli sviluppatori di tecnologia e molti investitori si sono concentrati maggiormente sullo sviluppo della tecnologia senza pensare al lato operativo di chi la supporterà, chi la installerà, chi la garantirà, afferma Gardner di Exelon.

La migliore risposta di Capstone è Williams International, un gigante energetico con sede a Tulsa, OK, che ha venduto o affittato 60 delle prime 1.000 microturbine prodotte da Capstone fino allo scorso novembre. Williams, i cui gasdotti trasportano quasi il 20 percento della fornitura di gas naturale degli Stati Uniti, fornisce un pacchetto completo di servizi energetici: finanziando l'unità di micropotenza, fornendo energia dalla rete e aiutando i consumatori a determinare quando ha senso il peak shaving (l'azienda è un commerciante leader di energia elettrica e gas naturale). Mory Houshmand, direttore dell'unità Williams Distributed Power Services, afferma che Williams prevede che i suoi grossisti negli Stati Uniti, in Sud America e nel sud-est asiatico installeranno circa 1.500 microturbine quest'anno e altre 2.000-3.000 nel 2002.

Enron, un gigante energetico con sede a Houston e rivale di Williams, vede la stessa opportunità arrivare con le celle a combustibile. Lo scorso autunno, Enron ha stretto un'alleanza con FuelCell Energy, investendo $ 5 milioni nella startup di Danbury, CT, e ottenendo opzioni su altri 1,3 milioni di azioni se la società vendesse più di 55 megawatt delle sue celle a combustibile a carbonato fuso (abbastanza illuminare 10.000 case). Jeremy Blachman, direttore operativo di Enron Energy Services, è ottimista sulla micropotenza. Quando il prezzo di mercato dell'energia aumenta ovunque e raggiunge alcuni dei livelli che abbiamo visto durante i picchi di domanda estiva, fino a $ 7.000 per megawattora, la generazione distribuita con celle a combustibile diventa molto più economica. (Anche ai prezzi altissimi di oggi, il gas naturale costerebbe meno di 100 dollari per megawattora per accendere una microturbina e meno di 75 dollari per megawattora per far funzionare una cella a combustibile.)

Potenza da tutti

Per le grandi compagnie energetiche come Williams ed Enron, il richiamo della micropotenza va oltre la vendita e l'affitto di piccoli impianti di generazione. Queste organizzazioni vedono svilupparsi un'opportunità che consentirà loro di vendere gas ed elettricità in massa. Aggrega la produzione di migliaia di celle a combustibile e piccole turbine in una centrale elettrica virtuale e il peak shaving diventa scambio di energia. Se Williams potesse attivare da remoto migliaia di microturbine nei locali dei suoi clienti, l'azienda potrebbe generare centinaia di megawatt da vendere sul mercato all'ingrosso. Houshmand dice che questo potrebbe ridurre drasticamente il costo della microturbina, allettando aziende come la sua a sostenere una quota maggiore: guarda i telefoni cellulari. Alcuni anni fa erano molto costosi e ora i fornitori di servizi li regalano. Come mai? Perché stanno vendendo il servizio.

La nozione di centrali elettriche virtuali potrebbe anche affascinare le utility tradizionali che, fino ad ora, sono state tiepide nei confronti delle tecnologie che consentono ai consumatori e alle imprese di generare la propria energia. In passato, i servizi pubblici erigevano barriere all'energia distribuita, come le spese di manutenzione per il servizio di backup di emergenza. Ritchie Priddy, direttore associato per l'energia distribuita presso Cambridge Energy Research Associates a Cambridge, MA, afferma che i servizi di pubblica utilità rimangono ambivalenti riguardo alla micropotenza. Ad esempio, molte aziende di servizi pubblici ora pagano al dettaglio l'energia in eccesso dai pannelli solari o dalle turbine eoliche, un filo di energia che pone poca concorrenza. Ma le stesse utenze pagano poco o nulla per la potenza in eccesso di microturbine e diesel, dove i kilowatt potrebbero davvero sommarsi. Alcune utility stanno abbracciando la generazione distribuita, ma francamente lo fanno alle loro condizioni, afferma Priddy, un ex manager di una società di servizi.

I sostenitori del micropower come Priddy vogliono convincere le compagnie elettriche che la proliferazione di generatori di micropower potrebbe aiutare le loro operazioni contribuendo a stabilizzare la rete. Ci sono alcuni segnali di speranza. I servizi pubblici giapponesi, ad esempio, stanno sovvenzionando lo sviluppo di celle a combustibile residenziali che riscaldano l'acqua e producono un chilowatt di elettricità, per nulla vicino al succo sufficiente per alimentare la famiglia (un tostapane da solo consuma più di un chilowatt), ma abbastanza in aggregato per facilitare la tensione sulle linee elettriche sovraccariche. Le centrali elettriche virtuali potrebbero avere un effetto più dinamico sulla rete: invece di chiedere ai consumatori di spegnere le proprie apparecchiature quando la domanda di energia aumenta, immagina che i controllori di rete della California, assediati, attivino da remoto migliaia di microturbine e celle a combustibile per soddisfare la domanda di picco.

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