Det store tyske energieksperiment

Langs en landevej i den vesttyske delstat Nordrhein-Westfalen bor en landmand ved navn Norbert Leurs. Han er en elskværdig 36-årig med hårdhændede hænder, han har to små børn og har indtil for nylig forfulgt et umærkeligt arbejde: at opdrætte kartofler og grise. Men hans nyeste virksomheder peger på et ekstraordinært skift i energipolitikken i Europas største økonomi. I 2003 rejste et lille vindfirma en 70 meter lang turbine, en af ​​omkring 22.000 i hundredvis af vindmølleparker spredt ud over det tyske landskab, på et stykke af Leurs kartoffelplads. Leurs får 6 procent af elsalget, hvilket kommer til omkring 9.500 dollars om året. Han overvejer at tilføje to eller tre møller mere, hver dobbelt så høj som den første.

Fortjenesten fra disse møller er beskeden ved siden af, hvad han står til at tjene på solpaneler. I 2005 erfarede Leurs, at regeringen krævede, at det lokale værk skulle betale høje priser for solenergi på taget. Han optog lån, og i etaper over de næste syv år dækkede han sin svinestald, stald og hus med solpaneler - pyt med, at himlen ofte er grå, og hans tage ikke alle er optimalt orienteret. Fra den resulterende installation på 690 kilowatt indsamler han nu $280.000 om året, og han forventer over $2 millioner i overskud, efter at han har betalt sine lån tilbage.

Denne historie var en del af vores juli 2012-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Historier som Leurs' hjælp forklarer, hvordan Tyskland var i stand til at producere 20 procent af sin elektricitet fra vedvarende energikilder i 2011, op fra 6 procent i 2000. Tyskland har garanteret høje priser på vind-, sol-, biomasse- og vandkraft, hvorved omkostningerne er blevet overført til elektrisk energi. regninger. Og spillere som Leurs og det lille elselskab, der byggede hans turbine, har installeret hyldeteknologi og låst ind overskud. For dem har det været bemærkelsesværdigt nemt at være grøn.

Det, der kommer næste gang, bliver ikke så nemt. I 2010 erklærede den tyske regering, at den ville påtage sig, hvad der populært er blevet kaldt en energiomstilling -en energivending eller energirevolution. Denne overgang fra fossile brændstoffer til vedvarende energi er den mest ambitiøse, der nogensinde er forsøgt af et stærkt industrialiseret land: det sigter mod at reducere drivhusgasemissionerne med 40 procent fra 1990-niveauet i 2020 og 80 procent i midten af ​​århundredet. Målet var udfordrende, men det blev gjort noget lettere af, at Tyskland allerede producerede mere end 20 procent af sin elektricitet fra atomkraft, som næsten ikke producerer drivhusgasser. Sidste år beordrede kansler Angela Merkel, som reaktion på offentlig bekymring over atomkatastrofen efter tsunamien i Fukushima, Japan, de otte ældste tyske atomkraftværker lukke ned med det samme. Et par måneder senere færdiggjorde regeringen en plan om at lukke de resterende ni inden 2022. Nu energiomstilling omfatter en tur væk fra Tysklands største kilde til kulstoffattig elektricitet.

Tyskland har lagt op til et storslået eksperiment, der kan få konsekvenser for hele Europa, som i høj grad afhænger af tysk økonomisk styrke. Landet skal bygge og bruge vedvarende energiteknologier i hidtil uset omfang, til enorme, men usikre omkostninger, samtidig med at energiforbruget reduceres. Og det skal klare det hele uden at underbyde industrien, som er afhængig af rimeligt prissat, pålidelig strøm. I en vis forstand er energiomstilling er et politisk udsagn uden en teknisk løsning, siger Stephan Reimelt, CEO for GE Energy Germany. Tyskland tvinger sig selv til innovation. Hvad dette genererer er et stort industrilaboratorium i en størrelse, som aldrig er blevet gjort før. Vi bliver nødt til at prøve en masse forskellige teknologier for at nå dertil.

De store aktører i den tyske energibranche forfølger flere strategier på én gang. For at være med til at erstatte atomkraft, ræser de om at installere enorme vindmølleparker langt ud for den tyske kyst i Nordsøen; ny transmissionsinfrastruktur er ved at blive planlagt for at få strømmen til Tysklands industriregioner. Samtidig leder virksomheder som Siemens, GE og RWE, Tysklands største elproducent, efter måder at holde fabrikkerne brummende under pauser i vind- og solenergi. De leder efter billige, store former for strømlagring og håber, at computere intelligent kan koordinere, hvad der kunne være millioner af distribuerede strømkilder.

På værfter nær Nordsøhavnen Rostock, Tyskland, bygger Siemens en massiv platform, der skal huse udstyr til styring af strøm fra vindmølleparker langt ud for kysten.

Estimaterne for, hvad overgangen vil koste, varierer meget, blandt andet afhængigt af, hvor hurtigt ny teknologi kan introduceres og prisen sænkes. Forskellige økonomiske tænketanke forudsiger, at landet vil bruge et sted mellem 125 og 250 milliarder dollars på udvidelse af infrastruktur og subsidier i de næste otte år - mellem 3,5 og 7 procent af Tysklands 2011 BNP. De langsigtede omkostninger, herunder udgifterne til nedlukning af atomkraftværker, vil være langt højere.

Tyskland har allerede haft betydelige omkostninger. Hver månedlig elregning bærer et tillæg for vedvarende energi på omkring 15 procent (tung industri er fritaget). Engrospriserne på el er steget med cirka 10 procent, siden de otte atomkraftværker blev lukket. Det tyske net er anstrengt som aldrig før. Og – ironisk nok i betragtning af energiomstilling s mål om at reducere drivhusgasemissioner - beslutningen om at lukke atomkraftværkerne har øget afhængigheden af ​​kulfyrede kraftværker.

Det her energiomstilling bliver fulgt meget nøje. Hvis det virker i Tyskland, vil det være en skabelon for andre lande. Hvis det ikke gør det, vil det være meget skadeligt for den tyske økonomi.

På trods af omkostningerne kunne Tyskland drage stor fordel af sit store eksperiment. I det sidste årti har landet næret ikke kun vind- og solenergi, men også mindre bebudede energiteknologier såsom managementsoftware og effektive industrielle processer. Tilsammen har disse grønne teknologier skabt en eksportindustri, der er 12 milliarder dollars værd - og er klar til endnu mere vækst, ifølge Miranda Schreurs, direktør for Environmental Policy Research Center ved Berlins Frie Universitet. Regeringens politikker kan give yderligere incitamenter til at udvikle og implementere nye teknologier. Det er knowhow, man kan sælge, siger Schreurs. Vejen for Tyskland til at konkurrere på lang sigt er at blive det mest energieffektive og ressourceeffektive marked og i den forbindelse ekspandere på et eksportmarked.

Hvis det lykkes Tyskland at gennemføre overgangen, kan det give en brugbar plan for andre industrilande, hvoraf mange sandsynligvis også vil stå over for pres for at ændre deres energiforbrug. Det her energiomstilling bliver fulgt meget nøje. Hvis det virker i Tyskland, vil det være en skabelon for andre lande, siger Graham Weale, cheføkonom i RWE, som kæmper med, hvordan man lukker sine atomkraftværker, mens lyset er tændt. Hvis det ikke gør det, vil det være meget skadeligt for den tyske økonomi og Europas.

Kvælningspunkter

I byen Erlangen, 20 kilometer nord for Nürnberg, byder stram sikkerhed gæster velkommen til komplekset af industribygninger, der huser laboratorier og fabrikker hos energigiganten Siemens, en af ​​flere entreprenører, der bidrager til energiomstilling . En af disse bygninger brummer bogstaveligt talt med strøm - 30 megawatts værdi. Indeni er en kæmpe stål- og kobbermaskine, der konverterer vekselstrøm til jævnstrøm i massiv skala; det er bestemt til installation på offshore platforme, der skal modstå hårde Nordsøstorme i årtier.

Tyskland har brug for denne teknologi, fordi det leder efter den mest stabile vindkilde, det kan finde, og det er fundet langt til havs - så langt, at standard AC-linjerne til transmission af strøm ikke vil fungere. Til dato har Tyskland kun installeret omkring 500 megawatt havvindkraft, alt sammen inden for 90 kilometer fra land, i vand mindre end 40 meter dybt. Nu planlægger energiselskaber at installere 10.000 megawatt vindkraft så langt til havs som 160 kilometer på dybder på op til 70 meter. Adskillige 10.000- til 20.000 tons offshore-transformatorstationer vil konvertere gigawatt AC-output til DC, som kan spænde over sådanne afstande uden store energitab. Der er ingen steder i verden, hvor det er blevet gjort – at bygge offshore-net og offshore-forbindelser på denne måde og i denne mængde, siger Lex Hartman, direktør for virksomhedsudvikling hos Tennet, det hollandske netselskab med ansvar for dele af Tysklands megaskala Nordsø. indsats.

Alt dette får selvfølgelig bare strømmen til stranden. Elektriciteten skal gennem Tyskland for at nå de store industricentre i landets syd. Der er brug for omkring 3.800 kilometer nye elledninger, men kun omkring 200 er blevet bygget, med tilbageholdende grundejere og regionale politikere, der stopper fremskridtene og skaber kvælningspunkter. Forsinkelserne og de nye teknologier gør det tyske havvindprogram til et kæmpe satsning i sig selv. Ingen ved rigtig hvad energiomstilling vil koste, siger Karen Pittel, der er energiøkonom ved universitetet i München. Men især disse vindmølleparker - de er mere eller mindre pilotprojekter.

Usikkerhederne stopper ikke der. Selv med de nuværende niveauer af vindkraft skal netoperatører på blæsende dage lukke møllerne ned, fordi der ikke er nogen steder at sætte strømmen. Når en skybank ruller ind over det sydlige Tyskland på en ellers solrig dag, kan outputtet fra regionens mange solcellepaneler falde med hundredvis af megawatt; effekten er som at trykke på afbryderen på et kulfyret kraftværk af moderat størrelse, hvilket øger truslen om strømafbrydelser.

Uden nok billig, pålidelig strøm til at understøtte den højteknologiske industri og transportsystemet, kunne Tysklands økonomi – og Europas som helhed – være i problemer. Nogle tyske firmaer bygger allerede nye produktionsfaciliteter andre steder; for eksempel besluttede kemikalieproducenten Wacker Chemie sidste år at bygge et polysiliciumfabrik i Tennessee, blandt andet fordi energiomkostningerne i Tyskland var så høje. Weale siger, at kvaliteten af ​​udbuddet kun skulle forringes en lille smule, og det ville være ret alvorligt for denne højteknologiske industri. Vi har allerede set, selv uden at lyset er slukket, at industrien bliver nervøs.

For at undgå katastrofe bliver Tyskland nødt til at begynde at implementere lagringsteknologier og belastningsbalanceringsstrategier i langt større skalaer. Landet har i dag 31 pumpekraftværker, som tvinger vand ind i op ad bakke reservoirer om natten og derefter bruger downhill-strømmen til at dreje turbiner til at generere strøm. Tilsammen kan de lagre 38 gigawatt-timers elektricitet. Det lyder måske af meget, men det er mindre end 90 minutters peak output fra Tysklands vindmølleparker.

Batterier kan måske hjælpe, men indtil videre er omkostningerne for høje til, at de kan spille mere end en nicherolle. I en anden bygning i Erlangen bygger Siemens batterier i traktorstørrelse baseret på tre forskellige lithium-ion-teknologier. Hver kunne forsyne 40 tyske huse med strøm i en dag, men batterierne er for dyre at bruge til reservestrøm. I stedet vil højteknologiske producenter sandsynligvis bruge dem til at køre ud af brownouts med f.eks. et 15-minutters, otte megawatt stød, så specialiseret udstyr ikke behøver dyre genstartsprocedurer. Priserne skal falde med mindst det halve, før lithium-ion-batterier kan være en økonomisk måde at opbevare timers overskydende strøm fra vindmøller på.

Andre lagringsteknologier er under udvikling, men er sandsynligvis stadig år fra at være praktiske, hvis de nogensinde bliver det. En ny teknologi hos Siemens producerer for eksempel brint ved at bruge overskydende elektricitet til at spalte vandmolekyler. Men det er eksperimentelt og på nuværende tidspunkt dyrt.

Uundgåeligt vil en varm juliuge komme, når et højtrykssystem går i stå over Europa, og sætter turbiner i stå, lige når solbrændte tyskere rækker ud efter deres klimaanlæg. Indtil et stort og billigt lager er tilgængeligt, vil gaskraftværker, som kan starte hurtigt og effektivt, være den mest praktiske måde at klare disse situationer på. Men der er lidt incitament til at bygge sådanne anlæg. Ejere af gasværker beregnet til at opfylde spidsbelastningsbehov kan ikke længere regne med at køre i et vist antal timer, da behovet ikke længere falder på forudsigelige hverdagseftermiddage, men kommer og går med sol og vind.

Målet er at bruge software til at omdanne tusindvis af vedvarende energikilder, som hver især er upålidelige, til et stort netværk, som forsyningsselskaber kan stole på.

Udtaler Ottmar Edenhofer, cheføkonom ved Potsdam Institute for Climate Impact Research, Udformningen af ​​elmarkedet vil ændre sig fundamentalt. Du har svingende efterspørgsel, og samtidig et svingende udbud. Sammenhængen og samspillet i disse to dimensioner er blevet genstand for intens forskning. Der kan være nye og nye markedssvigt.

Virtuel kraft

Duisburg er en grov by lige vest for Essen, et stort ammunitionsproduktionscenter fra Anden Verdenskrig, der blev reduceret til ruiner af allierede bombninger. Det er her RWE, et af Tysklands fire store forsyningsselskaber, arbejder på grænsen til en anden afgørende teknologi: virtuelle kraftværker, hvor software intelligent styrer et stort antal små strømkilder (og i sidste ende distribuerede lagersteder) for at koordinere deres output til salg på energimarkederne. Målet er at omdanne tusindvis af vedvarende energikilder, som hver især er upålidelige, til et stort netværk, som forsyningsselskaber kan stole på. Det er et blændende koncept, men et i sin vorden.

Inde i et laboratorium, der sidder foran et nazi-bygget bombeskjul formet som en spids heksehat, tester RWE-forskere et dusin gasfyrede kedler og brændselsceller designet til at generere både varme og elektricitet. I teorien kunne forsyningsselskaber anmode om hundredtusindvis af boligenheder - og større, der driver lejligheds- eller kontorbygninger - for at generere ekstra elektricitet til nettet i en knivspids. Så meget som 5 procent af Tysklands elektricitet kunne produceres på denne måde - omtrent den mængde, forsyningsselskaber forventer at trække fra de nye havvindmølleparker.

At nå det punkt kan tage årtier, da husejere og virksomheder gradvist erstatter deres eksisterende kedler, og infrastrukturen er etableret for at synkronisere hundredtusindvis af strømkilder. Men en time øst for Duisburg, i en kontorbygning fra 1960'erne i udkanten af ​​Dortmund, tester ingeniører et mere beskedent netværk som udgangspunkt. Et kælderserverrum fungerer som et kommunikationshub for 120 små generatorstationer, der tilsammen producerer 160 megawatt elektricitet fra vedvarende kilder – mest vind, men også biomasse og sol. Software tager højde for vejrudsigter og samler en blok af vedvarende elektricitet fra vind og sol, tænder og slukker for biogasanlæggene efter behov for at afbalancere den fluktuerende effekt og skabe en blok af stabil strøm.

Tidlige projekter som dette er et springbræt i retning af mere sofistikerede systemer, der inkluderer efterspørgselsstyring: forsyningsselskaber ville kompensere kunder for at acceptere at få deres strømforbrug automatisk begrænset i perioder med spidsbelastning. En dag kunne systemerne også trække strøm fra batterierne i parkerede elbiler eller opbevare overskydende strøm i dem for at kompensere for skift i vinden.

GE og andre virksomheder forfølger også sådanne koncepter. I dag ved vi, at energimarkedet vil blive decentraliseret; det vil være et fragmenteret marked, siger Reimelt fra GE. Før havde vi fire forsyningsselskaber. I dag har vi 350 virksomheder, der producerer strøm, går op til tusind og går op til en million, hvis man tæller alle med et solpanel på taget. Så en af ​​de tendenser, vi ser, er, at der skal lægges mindre vægt på elproduktion og mere på strømstyring.

Forvirret i Bayern

Vinduerne fra gulv til loft bag skrivebordet til Wolfgang Mayer, burgermesteren i den lille bayerske by Gundremmingen, giver en imponerende udsigt. En kilometer derfra står de to køletårne ​​på Gundremmingen Atomkraftværkets enhed B og C, som tilsammen er den største kernekraftkilde i Tyskland. Pænt beliggende halvvejs mellem industricentrene Stuttgart og München, har anlægget kapacitet til at producere 2,6 gigawatt strøm. Mayer er forvirret over energiomstilling , som truer hundredvis af arbejdspladser i byen og kan skade skatteindtægterne. De siger 2017 for at lukke enhed B ned og 2021 for enhed C, siger han og peger mod anlægget. Men de startede på samme tid i 1989! Et normalt menneske kan ikke forstå. Hvad er logikken?

Køletårne ​​på et atomkraftværk i Gundremmingen er synlige bag boliger, hvis ejere benytter sig af tilskud til solenergi. Anlægget er markeret til lukning.

Mayer er ikke alene i sin forvirring. Der er meget ved den nuværende politik, som uden tvivl ikke er logisk. På kort sigt betyder beslutningen om at lukke atomkraftværkerne, at de energiomstilling vil faktisk presse forsyningsselskaber til at stole mere på kul. Sidste år fyrede RWE f.eks. to nye kedler, som længe havde været planlagt, på et eksisterende anlæg nær den belgiske grænse, der brænder det mest beskidte fossile brændstof af dem alle: brunt brunkul. Selvom disse kedler er renere end dem, de erstatter, er kulværket det største af sin art i verden, og det går på fuld kraft i disse dage for at holde trit med strømbehovet.

Hvis du lukker otte atomkraftværker, som var kulstoffri, natten over, vil du øge kulstofemissionerne, siger Weale. Man bliver nødt til at være mere afhængig af kul end tidligere forventet. Det kan være svært at reducere CO2-udledningen så hurtigt, som man ønsker. Beslutninger, der træffes nu om, hvilke slags kraftværker, der skal installeres, vil få konsekvenser i årtier, siger han: Man kan ikke foretage pludselige ændringer fra et aktiv til et andet.

Et andet problem er, at selv når det kommer til alternative energikilder, belønner Tyskland ikke kuldioxidreduktion. Dens politik etablerer snarere veldefinerede tilskud til specifikke teknologier: En kilowatt-time solenergi belønnes mere end strøm fra havvind, som igen tjener mere end strøm fra landvind. Selvom solenergitilskud er blevet reduceret til satser, der er langt lavere end dem, Leurs låste fast, betaler solenergi stadig de højeste satser. Hvis reduktion af emissioner var i fokus, ville der imidlertid blive brugt flere penge på at reducere energiforbruget. Hvis du kunne vælge de optimale instrumenter og først fokusere på de områder, hvor du kan nå dine mål billigst, ville du fokusere ikke så meget på vedvarende energi, men meget mere på effektivitet, siger Pittel, energiøkonomen fra München.

De nuværende tilskud tilskynder heller ikke innovation så meget, som de gør eksisterende teknologier rentable. Der er lidt incitament til, for eksempel, at udvikle radikalt nye solcelleteknologier, selvom disse i sidste ende kan være den eneste måde at gøre usubsidieret solenergi billig nok til at konkurrere med fossile brændstoffer.

For nogle tyske økonomer er landets energipolitik simpelthen forkert. Hans-Werner Sinn, formand for Ifo-instituttet for økonomisk forskning ved universitetet i München, er særligt sønderlemmende. Det energiomstilling er en tur til ingensteds-land, fordi de grønne teknologier bare ikke er tilstrækkelige til at erstatte det moderne samfunds energibehov, siger han. Det er forkert at lukke ned for atomkraftværkerne, for det er en billig energikilde, og vind- og solenergi er på ingen måde i stand til at levere en erstatning. De er meget dyrere, og den energi, der kommer ud, er af ringere kvalitet. Energiintensive industrier vil flytte ud, og den tyske fremstillingssektors konkurrenceevne vil blive reduceret, eller lønningerne vil blive presset.

Tyske politikere satser selvfølgelig på, at Sinn tager fejl. Og masser af opmuntrende tegn argumenterer imod hans pessimisme. Prisen på solpaneler er faldet kraftigt, hvilket betyder, at solenergi kan blive mere konkurrencedygtig. Batteriomkostninger kan følge trop. Hvis fossile brændstoffer bliver ved med at blive dyrere, vil vedvarende energikilder se mere attraktive ud. Fyrre år er lang tid, og man bliver hele tiden overrasket over den gunstige teknologiske udvikling - for eksempel måden, hvorpå prisen på solceller falder, siger Weale. Fra mit synspunkt vil jeg understrege, hvor udfordrende det er energiomstilling er. I øjeblikket ser det svært ud. Men med de rette incitamenter kan man have god grund til at tro, at den teknologiske udvikling vil være meget hurtigere, end vi forventer i øjeblikket.

David Talbot, Teknologi gennemgang I 's chefkorrespondent, skrev om Kenyas startup-kultur i marts.

skjule