El gran experimento energético alemán

A lo largo de una carretera rural en el estado de Renania del Norte-Westfalia, en el oeste de Alemania, vive un granjero llamado Norbert Leurs. Un afable hombre de 36 años con las manos callosas, tiene dos hijos pequeños y hasta hace poco se dedicaba a una línea de trabajo poco destacable: criar patatas y cerdos. Pero sus negocios más recientes apuntan a un cambio extraordinario en las políticas energéticas de la economía más grande de Europa. En 2003, una pequeña empresa eólica instaló una turbina de 70 metros, una de las 22.000 de los cientos de parques eólicos que salpican la campiña alemana, en un trozo de la parcela de patatas de Leurs. Leurs obtiene un recorte del 6 por ciento de las ventas de electricidad, lo que equivale a unos 9.500 dólares al año. Está considerando agregar dos o tres turbinas más, cada una dos veces más alta que la primera.

Las ganancias de esas turbinas son modestas comparadas con lo que puede obtener con paneles solares. En 2005, Leurs se enteró de que el gobierno estaba exigiendo a la empresa local que pagara precios elevados por la energía solar en los tejados. Obtuvo préstamos y, por etapas, durante los siguientes siete años, cubrió su porqueriza, su granero y su casa con paneles solares, sin importar que el cielo sea a menudo gris y sus techos no estén todos orientados de manera óptima. De la instalación resultante de 690 kilovatios, ahora recauda $ 280,000 al año y espera más de $ 2 millones en ganancias después de liquidar sus préstamos.

Esta historia fue parte de nuestro número de julio de 2012

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Historias como la de Leurs ayudan a explicar cómo Alemania pudo producir el 20 por ciento de su electricidad a partir de fuentes renovables en 2011, frente al 6 por ciento en 2000. Alemania ha garantizado altos precios para la energía eólica, solar, de biomasa e hidroeléctrica, agregando los costos a la energía eléctrica. facturas. Y jugadores como Leurs y la pequeña compañía eléctrica que construyó su turbina han instalado tecnología estándar y han asegurado ganancias. Para ellos, ha sido muy fácil ser verde.

Lo que viene a continuación no será tan fácil. En 2010, el gobierno alemán declaró que emprendería lo que popularmente se ha denominado un transición energética —Un cambio de energía o revolución energética. Este cambio de los combustibles fósiles a las energías renovables es el más ambicioso jamás intentado por un país altamente industrializado: tiene como objetivo reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en un 40 por ciento desde los niveles de 1990 para 2020 y en un 80 por ciento a mediados de siglo. El objetivo era un desafío, pero se hizo algo más fácil por el hecho de que Alemania ya generaba más del 20 por ciento de su electricidad a partir de la energía nuclear, que casi no produce gases de efecto invernadero. Luego, el año pasado, en respuesta a la preocupación pública por el desastre nuclear posterior al tsunami en Fukushima, Japón, la canciller Angela Merkel ordenó el cierre inmediato de las ocho plantas nucleares alemanas más antiguas. Unos meses más tarde, el gobierno finalizó un plan para cerrar los nueve restantes para 2022. Ahora el transición energética incluye un alejamiento de la mayor fuente de electricidad baja en carbono de Alemania.

Alemania se ha preparado para un gran experimento que podría tener repercusiones para toda Europa, que depende en gran medida de la fortaleza económica alemana. El país debe construir y utilizar tecnologías de energía renovable a escalas sin precedentes, a un costo enorme pero incierto, mientras reduce el uso de energía. Y debe lograrlo todo sin socavar a la industria, que depende de energía confiable a un precio razonable. En cierto sentido, el transición energética es una declaración política sin una solución técnica, dice Stephan Reimelt, director ejecutivo de GE Energy Alemania. Alemania se está esforzando hacia la innovación. Lo que esto genera es un gran laboratorio industrial de un tamaño nunca antes hecho. Tendremos que probar muchas tecnologías diferentes para llegar allí.

Los principales actores de la industria energética alemana están siguiendo varias estrategias a la vez. Para ayudar a reemplazar la energía nuclear, están compitiendo para instalar enormes parques eólicos lejos de la costa alemana en el Mar del Norte; Se está planificando una nueva infraestructura de transmisión para llevar la energía a las regiones industriales de Alemania. Al mismo tiempo, empresas como Siemens, GE y RWE, el mayor productor de energía de Alemania, están buscando formas de mantener las fábricas funcionando durante los períodos de calma en la energía eólica y solar. Están buscando formas baratas de almacenamiento de energía a gran escala y esperan que las computadoras puedan coordinar de manera inteligente lo que podrían ser millones de fuentes de energía distribuidas.

En los astilleros cerca del puerto de Rostock en el Mar del Norte, Alemania, Siemens está construyendo una plataforma masiva que albergará equipos para administrar la energía de los parques eólicos lejos de la costa.

Las estimaciones de lo que costará la transición varían ampliamente, dependiendo en parte de la rapidez con la que se pueda introducir la nueva tecnología y bajar su precio. Varios think tanks económicos predicen que el país gastará entre $ 125 mil millones y $ 250 mil millones en expansión de infraestructura y subsidios en los próximos ocho años, entre el 3,5 y el 7 por ciento del PIB de Alemania de 2011. Los costos a largo plazo, incluido el gasto de desmantelamiento de las centrales nucleares, serán mucho más altos.

Alemania ya ha incurrido en costes importantes. Cada factura de electricidad mensual conlleva un recargo por energía renovable de aproximadamente el 15 por ciento (la industria pesada está exenta). Los precios al por mayor de la electricidad han aumentado aproximadamente un 10 por ciento desde que se cerraron las ocho plantas nucleares. La parrilla alemana está más tensa que nunca. E irónicamente, dada la transición energética El objetivo de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero: la decisión de cerrar las plantas nucleares ha aumentado la dependencia de las centrales eléctricas de carbón.

Esta transición energética está siendo observado muy de cerca. Si funciona en Alemania, será una plantilla para otros países. Si no es así, será muy perjudicial para la economía alemana.

A pesar de los costos, Alemania podría beneficiarse enormemente de su gran experimento. En la última década, el país ha fomentado no solo la energía eólica y solar, sino también tecnologías energéticas menos anunciadas, como software de gestión y procesos industriales eficientes. En conjunto, estas tecnologías verdes han creado una industria de exportación que vale $ 12 mil millones y está preparada para un crecimiento aún mayor, según Miranda Schreurs, directora del Centro de Investigación de Políticas Ambientales de la Universidad Libre de Berlín. Las políticas gubernamentales podrían proporcionar más incentivos para desarrollar y desplegar nuevas tecnologías. Ése es un know-how que se puede vender, dice Schreurs. La forma en que Alemania puede competir a largo plazo es convertirse en el mercado más eficiente en términos de energía y recursos, y expandirse en un mercado de exportación en el proceso.

Si Alemania tiene éxito en hacer la transición, podría proporcionar un plan viable para otras naciones industrializadas, muchas de las cuales también probablemente enfrentarán presiones para transformar su consumo de energía. Esta transición energética está siendo observado muy de cerca. Si funciona en Alemania, será un modelo para otros países, dice Graham Weale, economista jefe de RWE, que está lidiando con cómo cerrar sus plantas de energía nuclear mientras mantiene las luces encendidas. Si no es así, será muy perjudicial para la economía alemana y europea.

Puntos de estrangulamiento

En la ciudad de Erlangen, a 20 kilómetros al norte de Nuremberg, una estricta seguridad recibe a los visitantes en el complejo de edificios industriales que albergan los laboratorios y fábricas del gigante energético Siemens, uno de los varios contratistas que contribuyen a la transición energética . Uno de estos edificios literalmente tararea de energía: 30 megavatios. En el interior hay una máquina gigante de acero y cobre que convierte la energía CA en CC a gran escala; está destinado a instalarse en plataformas marinas que deben soportar duras tormentas en el Mar del Norte durante décadas.

Alemania necesita esta tecnología porque está buscando la fuente de viento más estable que pueda encontrar, y que se encuentra lejos de la costa, hasta ahora que las líneas de CA estándar para transmitir energía no funcionarán. Hasta la fecha, Alemania ha instalado solo unos 500 megavatios de energía eólica marina, todo dentro de los 90 kilómetros de tierra, en aguas a menos de 40 metros de profundidad. Ahora, las compañías de energía planean instalar 10,000 megavatios de energía eólica a una distancia de 160 kilómetros de la costa, a profundidades de hasta 70 metros. Varias subestaciones costa afuera de 10,000 a 20,000 toneladas convertirán gigavatios de salida de CA en CC, que pueden abarcar tales distancias sin grandes pérdidas de energía. No hay ningún lugar del mundo donde se haya hecho esto: construir redes y conexiones costa afuera de esta manera y en esta cantidad, dice Lex Hartman, director de desarrollo corporativo de Tennet, la compañía de redes holandesa a cargo de partes del mar del Norte a megaescala de Alemania. esfuerzo.

Por supuesto, todo esto solo lleva el poder a la playa. La electricidad debe atravesar Alemania para llegar a los principales centros industriales del sur del país. Se necesitan unos 3.800 kilómetros de nuevas líneas eléctricas, pero solo se han construido alrededor de 200, y los terratenientes reacios y los políticos regionales estancando el progreso y creando puntos de estrangulamiento. Los retrasos y las nuevas tecnologías hacen que el programa de energía eólica marina alemana sea una gran apuesta por sí solo. Nadie sabe realmente lo que transición energética costará, dice Karen Pittel, economista energética de la Universidad de Munich. Pero especialmente esos parques eólicos, son más o menos proyectos piloto.

Las incertidumbres no se detienen ahí. Incluso con los niveles actuales de energía eólica, en los días ventosos los operadores de la red deben apagar las turbinas porque no hay dónde colocar la energía. Cuando un banco de nubes se desplaza sobre el sur de Alemania en un día soleado, la producción de los muchos paneles fotovoltaicos de la región puede caer en cientos de megavatios; el efecto es como apagar el interruptor de una central eléctrica de carbón de tamaño moderado, lo que aumenta la amenaza de apagones.

Sin suficiente energía barata y confiable para respaldar la industria de alta tecnología y el sistema de transporte, la economía de Alemania, y la de Europa en su conjunto, podría tener problemas. Algunas empresas alemanas ya están construyendo nuevas instalaciones de fabricación en otros lugares; por ejemplo, el año pasado, el productor químico Wacker Chemie decidió construir una planta de polisilicio en Tennessee, en parte porque los costos de energía en Alemania eran muy altos. Weale dice: La calidad del suministro solo tendría que deteriorarse un poco y sería bastante grave para esta industria de alta tecnología. Ya hemos visto, incluso sin que se apaguen las luces, que la industria se está poniendo nerviosa.

Para evitar una catástrofe, Alemania tendrá que comenzar a implementar tecnologías de almacenamiento y estrategias de equilibrio de carga a escalas mucho mayores. El país tiene hoy 31 plantas de energía de almacenamiento por bombeo, que empujan el agua hacia los embalses cuesta arriba por la noche y luego usan el flujo cuesta abajo para hacer girar turbinas para generar energía. En total, pueden almacenar 38 gigavatios-hora de electricidad. Puede parecer mucho, pero son menos de 90 minutos de producción máxima de los parques eólicos de Alemania.

Las baterías pueden ayudar, pero hasta ahora los costos son demasiado altos para que desempeñen más que un papel de nicho. En otro edificio en Erlangen, Siemens está construyendo baterías del tamaño de un tractor-remolque basadas en tres tecnologías diferentes de iones de litio. Cada uno podría alimentar 40 casas alemanas por un día, pero las baterías son demasiado caras para usarlas como energía de respaldo. En cambio, es probable que los fabricantes de alta tecnología los utilicen para superar los apagones con, digamos, una sacudida de 15 minutos y ocho megavatios para que los equipos especializados no necesiten costosos procedimientos de reinicio. Los precios tendrían que bajar al menos a la mitad antes de que las baterías de iones de litio puedan proporcionar una forma económica de almacenar horas de energía excedente de las turbinas eólicas.

Se están desarrollando otras tecnologías de almacenamiento, pero probablemente aún falten años para que sean prácticas, si es que alguna vez lo serán. Una nueva tecnología de Siemens, por ejemplo, produce hidrógeno utilizando el excedente de electricidad para dividir las moléculas de agua. Pero es experimental y, en esta etapa, costoso.

Inevitablemente, llegará una semana calurosa de julio cuando un sistema de alta presión se detenga en Europa, apagando las turbinas justo cuando los alemanes quemados por el sol buscan sus acondicionadores de aire. Hasta que no se disponga de almacenamiento a gran escala y barato, las centrales eléctricas de gas, que pueden ponerse en marcha de forma rápida y eficiente, serán la forma más práctica de hacer frente a estas situaciones. Pero hay pocos incentivos para construir tales plantas. Los propietarios de plantas de gas destinadas a satisfacer las necesidades de energía pico ya no pueden contar con el funcionamiento durante un cierto número de horas, ya que la necesidad ya no recaerá en las tardes de los días laborales predecibles, sino que irá y vendrá con el sol y el viento.

El objetivo es utilizar software para transformar miles de fuentes de energía renovable, cada una de las cuales por sí sola no es confiable, en una vasta red de la que las empresas de servicios públicos puedan depender.

Dice Ottmar Edenhofer, economista jefe del Instituto de Potsdam para la Investigación del Impacto Climático: El diseño del mercado de la electricidad cambiará fundamentalmente. Tiene una demanda fluctuante y, al mismo tiempo, una oferta fluctuante. El vínculo y la interacción en estas dos dimensiones se ha convertido en tema de intensa investigación. Podría haber fallas en los mercados nuevos y emergentes.

Poder virtual

Duisburg es una ciudad áspera al oeste de Essen, un importante centro de fabricación de municiones de la Segunda Guerra Mundial que fue reducido a escombros por los bombardeos aliados. Aquí es donde RWE, una de las cuatro principales empresas de servicios públicos de Alemania, está trabajando en la frontera de otra tecnología crucial: las centrales eléctricas virtuales, en las que el software controla de forma inteligente una gran cantidad de pequeñas fuentes de energía (y, finalmente, sitios de almacenamiento distribuidos) para coordinar su producción. a la venta en los mercados energéticos. El objetivo es transformar miles de fuentes de energía renovable, cada una de las cuales por sí sola no es confiable, en una vasta red de la que las empresas de servicios públicos puedan depender. Es un concepto deslumbrante, pero está en su infancia.

Dentro de un laboratorio que se encuentra frente a un refugio antiaéreo construido por los nazis con la forma de un sombrero de bruja puntiagudo, los investigadores de RWE están probando una docena de calderas de gas y celdas de combustible diseñadas para generar calor y electricidad. En teoría, las empresas de servicios públicos podrían recurrir a cientos de miles de unidades domésticas, y a las más grandes que alimentan edificios de departamentos u oficinas, para generar electricidad adicional para la red en caso de apuro. Hasta el 5 por ciento de la electricidad de Alemania podría producirse de esta manera, aproximadamente la cantidad que las empresas de servicios públicos esperan obtener de los nuevos parques eólicos marinos.

Llegar a ese punto podría llevar décadas, ya que los propietarios de viviendas y las empresas reemplazan gradualmente sus calderas existentes y se implementa la infraestructura para sincronizar cientos de miles de fuentes de energía. Pero una hora al este de Duisburg, en un edificio de oficinas de la década de 1960 en las afueras de Dortmund, los ingenieros están probando una red más modesta como punto de partida. Una sala de servidores en el sótano funciona como un centro de comunicaciones para 120 pequeñas estaciones generadoras que juntas producen 160 megavatios de electricidad a partir de fuentes renovables, principalmente eólica pero también de biomasa y solar. El software tiene en cuenta las predicciones meteorológicas y ensambla un bloque de electricidad renovable a partir de energía eólica y solar, encendiendo y apagando las plantas de biogás según sea necesario para equilibrar la producción fluctuante y crear un bloque de energía estable.

Los primeros proyectos como este son pasos hacia sistemas más sofisticados que incluyen la gestión de la demanda: las empresas de servicios públicos compensarían a los clientes por aceptar que su consumo de energía se reduzca automáticamente durante los momentos de máxima demanda. Algún día, los sistemas también podrían extraer energía de las baterías de los autos eléctricos estacionados, o almacenar el exceso de energía en ellos, para compensar los cambios en el viento.

GE y otras empresas también están aplicando estos conceptos. Hoy lo que sabemos es que el mercado energético estará descentralizado; será un mercado fragmentado, dice Reimelt, de GE. Antes, teníamos cuatro empresas de servicios públicos. Hoy tenemos 350 empresas generando energía, subiendo hasta mil y subiendo hasta un millón si se cuenta a todas las que tienen un panel solar en el techo. Entonces, una de las tendencias que vemos es que debe haber menos énfasis en la generación de energía y más en la administración de energía.

Desconcertado en Baviera

Las ventanas del piso al techo detrás del escritorio de Wolfgang Mayer, el burgermeister de la pequeña ciudad bávara de Gundremmingen, brindan una vista imponente. A una milla de distancia se encuentran las torres gemelas de enfriamiento de las Unidades B y C de la Central Nuclear de Gundremmingen, que juntas son la mayor fuente de energía nuclear en Alemania. Bien situada a medio camino entre los centros industriales de Stuttgart y Múnich, la planta tiene la capacidad de producir 2,6 gigavatios de energía. Mayer está confundido por la transición energética , que amenaza cientos de puestos de trabajo en la ciudad y podría afectar los ingresos fiscales. Dicen que 2017 para cerrar la Unidad B y 2021 para la Unidad C, dice, señalando la planta. ¡Pero fueron al mismo tiempo que comenzaron en 1989! Una persona normal no puede comprender. Cual es la logica?

Las torres de enfriamiento en una planta de energía nuclear en Gundremmingen son visibles detrás de las casas cuyos propietarios están aprovechando los subsidios a la energía solar. La planta está marcada para cierre.

Mayer no está solo en su desconcierto. Hay muchas cosas sobre la política actual que posiblemente no son lógicas. Al menos a corto plazo, la decisión de cerrar las centrales nucleares significa que la transición energética en realidad, empujará a las empresas de servicios públicos a depender más del carbón. El año pasado, por ejemplo, RWE encendió dos nuevas calderas planificadas desde hace mucho tiempo en una instalación existente cerca de la frontera belga que quema el combustible fósil más sucio de todos: carbón de lignito marrón. Aunque estas calderas son más limpias que las que están reemplazando, la planta de carbón es la más grande de su tipo en el mundo y en estos días está funcionando a pleno rendimiento para satisfacer la demanda de energía.

Si cierra ocho plantas nucleares, que estaban libres de carbono, de la noche a la mañana, aumentará las emisiones de carbono, dice Weale. Uno tendrá que depender más del carbón de lo que se esperaba anteriormente. Puede resultar difícil reducir las emisiones de CO2 tan rápido como uno quisiera. Las decisiones que se tomen ahora sobre qué tipo de plantas de energía instalar tendrán repercusiones durante décadas, dice: no se pueden hacer cambios repentinos de un activo a otro.

Un segundo problema es que incluso cuando se trata de fuentes de energía alternativas, Alemania no recompensa la reducción de dióxido de carbono. Más bien, su política establece subsidios bien definidos para tecnologías específicas: un kilovatio-hora de energía solar se recompensa más que la energía eólica marina, que a su vez gana más que la energía eólica terrestre. A pesar de que los subsidios solares se han reducido a tarifas mucho más bajas que las fijadas por Leurs, la energía solar aún paga las tarifas más altas. Sin embargo, si el enfoque fuera reducir las emisiones, se destinaría más dinero a reducir el uso de energía. Si pudiera elegir los instrumentos óptimos, enfocándose primero en aquellas áreas donde puede lograr sus objetivos de manera más económica, no se enfocaría tanto en las energías renovables sino mucho más en la eficiencia, dice Pittel, el economista energético de Múnich.

Los subsidios actuales tampoco fomentan la innovación tanto como hacen que las tecnologías existentes sean rentables. Hay pocos incentivos para, digamos, desarrollar tecnologías fotovoltaicas radicalmente nuevas, a pesar de que, en última instancia, estas podrían ser la única forma de hacer que la energía solar no subsidiada sea lo suficientemente barata como para competir con los combustibles fósiles.

Para algunos economistas alemanes, la política energética del país es simplemente un error. Hans-Werner Sinn, presidente del Instituto Ifo de Investigaciones Económicas de la Universidad de Munich, es especialmente mordaz. El transición energética es un giro hacia la tierra de ninguna parte, porque las tecnologías verdes simplemente no son suficientes para proporcionar un reemplazo para las necesidades energéticas de la sociedad moderna, dice. Es incorrecto cerrar las plantas de energía atómica, porque esta es una fuente de energía barata, y la energía eólica y solar no pueden reemplazarla. Son mucho más caras y la energía que sale es de calidad inferior. Las industrias intensivas en energía se moverán y la competitividad del sector manufacturero alemán se reducirá o los salarios se deprimirán.

Los políticos alemanes, por supuesto, están apostando a que Sinn está equivocado. Y muchas señales alentadoras contradicen su pesimismo. El costo de los paneles solares se ha reducido drásticamente, lo que significa que la energía solar puede volverse más competitiva. Los costos de la batería pueden seguir su ejemplo. Si los combustibles fósiles continúan encareciéndose, las fuentes de energía renovables parecerán más atractivas. Cuarenta años es mucho tiempo, y uno se sorprende continuamente por los desarrollos tecnológicos favorables, por ejemplo, la forma en que está bajando el precio de las células solares, dice Weale. Desde mi punto de vista, quiero enfatizar cuán desafiante transición energética es. Por el momento, parece difícil. Pero con los incentivos adecuados, uno puede tener buenas razones para creer que el progreso tecnológico será mucho más rápido de lo que esperamos actualmente.

David Talbot, Tecnología Revie En Corresponsal en jefe, escribió sobre la cultura de inicio de Kenia en marzo.

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