La Germania ora genera oltre il 35% del suo consumo annuale di elettricità da fonti eoliche e solari. Sono state costruite oltre 30.000 turbine eoliche, con una capacità installata totale di quasi 60 GW. La Germania ha ora circa 1,7 milioni di impianti di energia solare (fotovoltaici), con una capacità installata di 46 GW. Sembra davvero impressionante.
Sfortunatamente, il più delle volte la quantità effettiva di elettricità prodotta è solo una frazione della capacità installata . Peggio ancora, nei "giorni difficili" può scendere quasi a zero. Nel 2016, ad esempio, ci sono state 52 notti in cui sostanzialmente non soffiava vento nel paese. Niente sole, niente vento. Anche tenendo conto dei "giorni migliori", la produzione media di elettricità degli impianti eolici e solari in Germania ammonta solo al 17% circa della capacità installata.
La lezione ovvia è: se si desidera un approvvigionamento elettrico stabile e sicuro, è necessario disporre di riserve o di fonti di energia di riserva che possono essere attivate con un preavviso più o meno breve per colmare le lacune tra la domanda di elettricità e la produzione fluttuante dal vento e fonti solari.
Maggiore è l'energia eolica e solare che una nazione decide di generare, maggiore sarà la capacità di riserva necessaria. Nei "giorni difficili" queste fonti di backup devono essere in grado di fornire fino al 100% della domanda di elettricità della nazione. Nei "giorni buoni" (o durante le "ore buone") le fonti di backup verranno utilizzate di meno o addirittura disattivate, in modo che anche il loro utilizzo della capacità sia scarso. Economia non molto buona.
Molto meglio sarebbe limitare l'eolico e il solare al minimo relativo e fare affidamento invece su fonti di energia controllabili e non fluttuanti che funzionano con un fattore di capacità elevato, per soddisfare i requisiti di elettricità del carico di base della nazione e per regolare la produzione totale in base alla domanda variabile . Ciò corrisponde alla pratica mondiale prima del recente enorme accumulo di energia rinnovabile.
In teoria, il backup ideale per l'energia eolica e solare sarebbe quello di immagazzinare l'elettricità in eccesso prodotta quando il sole splende e venti forti soffiano e iniettarla di nuovo nella rete quando necessario. Sfortunatamente l'elettricità è un prodotto difficile e costoso da conservare.
Di gran lunga la soluzione più efficiente attualmente disponibile per immagazzinare l'energia elettrica in eccesso è usarla per pompare acqua contro gravità in un serbatoio. Quando l'elettricità è di nuovo necessaria, viene prodotta lasciando scorrere nuovamente l'acqua attraverso un generatore a turbina. In questo processo si perde circa il 25% dell'energia.
Naturalmente, i costi di costruzione e funzionamento di tali impianti di stoccaggio delle pompe aumenteranno i costi reali di fornitura di elettricità. Inoltre, queste installazioni occupano una grande quantità di superficie.
Anche qui la Germania fornisce un esempio istruttivo. Uno studio del 2014 del Ministero dell'energia bavarese è giunto alla conclusione che gli impianti di stoccaggio delle pompe non erano una soluzione economicamente valida. Sarebbe molto meglio sfruttare le risorse già esistenti del serbatoio di acqua in Norvegia e Svezia, dove la capacità degli impianti di stoccaggio delle pompe può essere notevolmente ampliata e quelle nuove costruite a costi molto più bassi.
Questa "soluzione", tuttavia, richiederebbe il trasporto di grandi quantità di elettricità su lunghe distanze avanti e indietro tra la Germania e quei paesi - che a loro volta richiederebbero linee e cavi ad alta tensione aggiuntivi che non sono stati costruiti e che nessuno vuole pagare per farlo.
Dati i costi elevati e altri ostacoli alla creazione di grandi sistemi di accumulo di elettricità, non sorprende che la capacità di stoccaggio di elettricità della Germania ammonti oggi a meno del 2% della produzione totale di elettricità.
Ci sono state molte discussioni e ricerche su modi alternativi per immagazzinare elettricità. Teoricamente si potrebbe usare l'energia in eccesso per produrre idrogeno, immagazzinarlo in qualche modo e quindi utilizzare le celle a combustibile per generare elettricità dall'idrogeno. Questo sarebbe molto più costoso dello stoccaggio della pompa, tuttavia, e con perdite molto maggiori.
Overdose di energie rinnovabili?
Oggi, al fine di garantire una potenza di base stabile e colmare le lacune lasciate dai suoi fluttuanti generatori eolici e solari, la Germania è costretta a fare affidamento su (1) centrali a carbone e gas naturale a emissione di CO2; (2) la restante manciata di centrali nucleari, che prevede di chiudere entro il 2022; e in particolare (3) l' importazione di elettricità da altre nazioni europee.
Il cancelliere tedesco Angela Merkel (CDU) recupera una cartella verde dalla sua valigetta all'inizio di una tornata di consultazione del governo sulla proposta di legge sulle energie rinnovabili presso la Cancelleria di Berlino, Germania, 31 maggio 2016. Foto: AFP / Maurizio Gambarini / dpa
La maggior parte delle importazioni proviene dalla Francia, dove circa il 75% dell'elettricità è prodotta da centrali nucleari e dalla Svezia, dove il 40% è prodotto dal nucleare. Nei "giorni brutti" la Germania difficilmente potrebbe andare d'accordo senza un pezzo di questa temuta energia nucleare.
Nei "bei giorni" la Germania inonda il resto dell'Europa con energia in eccesso dai suoi impianti eolici e solari, spesso a prezzi di scarico o addirittura negativi. In questo modo la Germania ha trasformato le sue enormi quantità di fonti energetiche rinnovabili che fluttuano selvaggiamente in un problema a livello europeo.
Anche con il fiorente commercio europeo di elettricità, tuttavia, la Germania è ancora lontana dall'essere in grado di chiudere le sue centrali a carbone e gas.
L'Agenzia tedesca dell'energia (DENA) ha pubblicato uno scenario a lungo termine per la produzione di elettricità in Germania, basato sul presupposto che le cosiddette fonti rinnovabili dovrebbero rappresentare l'80% del consumo totale di elettricità entro il 2050.
Tra le altre cose, DENA concluse che per assicurare una fornitura elettrica stabile, la Germania avrebbe comunque bisogno di mantenere “in riserva” 61 gigawatt di capacità convenzionale della centrale elettrica e per una parte rimanente della produzione di carico base. I sistemi di stoccaggio dell'elettricità fornirebbero solo il 9% della capacità di riserva nel 2050.
Nonostante - e in gran parte a causa - della massiccia espansione delle energie rinnovabili, la capacità di energia convenzionale potrebbe essere ridotta solo del 14% fino al 2030 e di un massimo del 37% entro il 2050.
Dato l'impegno del governo a chiudere l'energia nucleare in Germania, ciò significherebbe mantenere una grande riserva di capacità di generazione basata su combustibili fossili che emette CO2. Allo stesso tempo è stata presa la decisione politica di eliminare gradualmente le centrali a carbone che finora hanno prodotto la maggior parte dell'elettricità tedesca.
Ciò lascia essenzialmente solo il petrolio (olio combustibile) e il gas naturale come combustibili realistici per l'alimentazione di riserva. Il gas naturale verrebbe al primo posto perché genera circa il 50% in meno di CO2 per kWh di elettricità rispetto alle centrali a carbone o petrolio.
In questo contesto si può apprezzare la preoccupazione del governo tedesco di garantire forniture a lungo termine di gas naturale a prezzi stabili. Da qui anche l'insistenza del governo sul progetto North Stream 2 per la costruzione di un sistema di gasdotti offshore dalla Russia alla Germania.
La buona notizia, per così dire, è che per la maggior parte del tempo gli impianti di backup funzionerebbero solo a una frazione della loro capacità installata, con molti addirittura fermi nei "bei giorni". In questo modo rilascerebbero molto meno CO2 nel atmosfera.
È bello per l'ambiente, ma non è un modo molto efficiente di utilizzare attrezzature, infrastrutture e manodopera, e non è molto interessante per gli investitori. Inoltre è ancora lontano dal sogno ecologico di un sistema energetico privo di CO2.
Preservare la stabilità della rete elettrica tedesca e allo stesso tempo integrare decine di migliaia di fonti energetiche fluttuanti distribuite sull'intero paese è stata una grande sfida tecnica. Ha significato riorganizzare gran parte del sistema di trasmissione e distribuzione dell'elettricità, progettato e costruito per funzionare in un regime completamente diverso.
Significa anche la costruzione di migliaia di chilometri di nuove linee ad alta tensione, tra cui quattro linee di trasmissione proiettate a lunga distanza che sono necessarie per spostare l'elettricità dal nord ventoso all'ovest industriale e al sud del paese. Ciò si aggiunge nuovamente ai costi (sistemici) reali della fornitura di elettricità al Paese.
Non c'è dubbio che il tentativo di transizione a fonti rinnovabili come fondamento del sistema energetico tedesco - la famosa "Energiewende" di Angela Merkel - abbia già notevolmente ridotto l'efficienza economica del Paese. I prezzi, le tasse e le tasse in costante aumento dell'elettricità iniziano solo a riflettere i costi reali della politica del governo. C'è anche un dibattito sulla futura stabilità della rete elettrica.
La Merkel e altri sostengono spesso che un "Energiewende" di successo metterebbe la Germania in una posizione unica per esportare know-how e tecnologia per la "trasformazione verde" in corso dell'economia mondiale. L'aumento del reddito derivante dall'esportazione di tecnologia verde dovrebbe compensare i costi di Energiewende. Questo calcolo presuppone che gli altri paesi sceglieranno di seguire l'esempio radicale tedesco nella riorganizzazione dei loro settori di potere, il che è dubbio.
Nel frattempo la resistenza è cresciuta all'interno della stessa Germania, mentre i gruppi ambientalisti locali e le iniziative dei cittadini si mobilitano per bloccare la costruzione di turbine eoliche, linee di trasmissione, centrali di pompaggio e altri progetti di energia rinnovabile.
L'ideologia ambientalista sta entrando in contraddizione con se stessa. La scala senza precedenti di distruzione del paesaggio naturale da parte di 30.000 gigantesche turbine eoliche ha portato a una crescente consapevolezza, che fare affidamento sull'energia rinnovabile non è affatto amico dell'ambiente - e non è necessariamente sicuro.
Le persone non vogliono vivere vicino alle turbine eoliche, a causa del rumore sgradevole e delle possibili emissioni di infrasuoni pericolose, effetti ottici disturbanti, segnalazioni di incendi, pale di turbina rotte che volano in aria, lanci di ghiaccio, ecc. E gli uccelli morti.
In Germania vi è una pressione politica per aumentare il minimo stabilito dalla legge per la distanza tra le turbine eoliche e le case a 1 o anche 1,5 chilometri, il che ridurrebbe drasticamente la disponibilità di cantieri. Le proteste e le cause legali hanno già portato la costruzione di nuove turbine eoliche in Germania a un punto morto.
Foto del parco eolico di Winchell Joshua, US Fish and Wildlife Service (Wikicommons)
L'energia solare ha incontrato molta meno resistenza, senza dubbio in larga misura perché nel Paese sono stati costruiti solo pochi grandi impianti solari. La maggior parte dell'attuale capacità proviene da celle solari montate sul tetto, specialmente nelle case private, dove sono diventate piuttosto popolari.
Il grande problema è come immagazzinare l'elettricità, che viene generata solo durante le ore di luce del giorno e fluttua in base alla copertura nuvolosa. Finora relativamente pochi proprietari di case sono stati disposti a pagare per batterie e altri dispositivi di archiviazione. Invece, l'elettricità in eccesso viene assorbita dalla rete a un prezzo agevolato.
I progetti per le stazioni di stoccaggio delle pompe e per le nuove linee di trasmissione hanno incontrato una resistenza così intensa che le possibilità di raggiungere gli obiettivi originali di Energiewende sono scarse.
La domanda è, se ha senso discostarsi dal modello collaudato di un sistema elettrico stabile basato su fonti a funzionamento continuo, una grande percentuale che opera in modalità carico base.
Se vogliamo che il sistema sia in gran parte privo di CO2, l'unica opzione disponibile è l'energia nucleare.
Questa è la parte 2 di una serie.
Non ti piace la CO2? L'energia nucleare avanzata è la risposta
Il vento rinnovabile, il solare, l'idroelettrico e i biocarburanti non possono colmare il divario
Quindi non ti piace la CO2? Quello che devi sapere, quindi, è che non esiste alternativa all'alimentazione nucleare avanzata.
La preoccupazione per gli effetti climatici delle emissioni di CO 2 causate dall'uomo ha spinto giganteschi investimenti nelle cosiddette fonti di energia rinnovabile: eolico, solare, idroelettrico e biocarburanti. Nel frattempo, in un grave errore, l'energia nucleare - una fonte di energia affidabile e priva di CO2 che produce il 14% dell'elettricità mondiale - è rimasta molto indietro.
La Germania fornisce un bizzarro esempio, sebbene non l'unico. Qui l'impegno del governo nei confronti dei suoi cosiddetti obiettivi climatici è stato combinato, paradossalmente, alla decisione di chiudere le rimanenti centrali nucleari del paese entro il 2022.
Non sarebbe più razionale, se credessimo che le emissioni umane di CO 2 stiano distruggendo il pianeta, espandere l'energia nucleare il più rapidamente possibile, anziché spegnerla?
Lo scorso dicembre l'influente rivista tedesca Der Spiegel ha pubblicato una storia dal titolo "I concetti di New Reactor possono salvarci dal collasso climatico?" L'articolo riporta il numero di investitori e aziende internazionali, tra cui Bill Gates e il suo TerraPower, una corsa allo sviluppo di tecnologie avanzate per i reattori nucleari come chiave per eliminare la dipendenza mondiale dai combustibili fossili, un obiettivo che non potrebbe mai essere raggiunto dalle sole cosiddette fonti rinnovabili.
Rivolgendosi ai lettori che rimangono terrorizzati dall'energia nucleare, Spiegel scrive: “Secondo le stime, 800.000 persone muoiono ogni anno a causa del fumo prodotto dal carbone, contenente sostanze tossiche come anidride solforosa, ossidi di azoto, mercurio o arsenico. Ma devono anche essere dimostrati concetti su come smaltire le sostanze tossiche contenute nelle celle fotovoltaiche esaurite. "
La rivista spiega che “la generazione di energia quasi sempre reclama vittime e crea alcuni inquinanti. La domanda è: quali costi e rischi siamo pronti ad accettare? Cosa dovremmo temere di più: il riscaldamento globale, che sicuramente arriverà, o una possibile catastrofe del reattore regionale? Le obiezioni all'energia nucleare sono giustificate. Ma in vista del cambiamento climatico, è giusto rifiutare del tutto la tecnologia nucleare? "
Nuovi progetti di reattori come il reattore a onde mobili, il reattore a sale fuso e i piccoli reattori modulari promettono di essere molto più sicuri ed economici rispetto all'energia nucleare convenzionale e hanno una gamma più ampia di applicazioni. Alcuni potrebbero persino "bruciare" le scorie nucleari come combustibile, eliminando la necessità di immagazzinare a lungo termine materiale radioattivo, che è un argomento importante contro l'energia nucleare. La costruzione modulare standardizzata consentirebbe la produzione in fabbrica di reattori nucleari in tempi molto più brevi.
Su questa base, una massiccia espansione dell'energia nucleare in tutto il mondo potrebbe essere realizzata nell'arco di 10-15 anni. Il rapido accumulo di energia nucleare in Francia, in risposta allo "shock petrolifero" del 1973, costituisce un precedente storico.
Nuova agenda
Non vi è dubbio che l'energia nucleare è tornata all'agenda mondiale, anche per molti di coloro che in passato si sono opposti amaramente. E l'energia nucleare - nella forma usata oggi - ha ancora seri problemi. Ma nuovi concetti di reattore sono sul tavolo, che affronta questi problemi e potrebbe ridefinire completamente il ruolo dell'energia nucleare nell'economia mondiale.
Descriverò alcuni di questi concetti di reattore in dettaglio. Ma prima dovrei provare a stabilire chiarezza su un punto cruciale.
Credo che stiamo affrontando un punto di svolta nella politica energetica globale. Quale dovrebbe essere la priorità? Supponendo che dovrebbe essere un obiettivo ridurre drasticamente le emissioni mondiali di CO 2 a medio e lungo termine - di cui non voglio discutere qui - è saggio investire così tanto nelle fonti di energia rinnovabile, come fanno oggi molte nazioni ? O dovremmo assegnare solo un ruolo limitato alle energie rinnovabili e invece optare per una massiccia espansione dell'energia nucleare?
Non discuterò della fusione nucleare nelle sue varie forme, un'area di grande importanza per il futuro, ma la cui disponibilità per la generazione di energia su larga scala non può essere prevista con certezza al momento; né l'area potenzialmente rivoluzionaria popolarmente chiamata "fusione fredda" (meglio chiamata "reazioni nucleari a bassa energia" o LENR). "Cold fusion" era il soggetto di una precedente serie dell'Asia Times .
Ora affrontiamo più in dettaglio una domanda molto grande: fino a che punto la cosiddetta energia rinnovabile potrebbe sostituire l'uso dei combustibili fossili?
Secondo Bloomberg New Energy Finance, nel 2018 sono stati investiti $ 288,9 miliardi in energie rinnovabili, la maggior parte delle quali sono state investite in energia eolica e solare. Nonostante ciò, le emissioni di CO 2 in tutto il mondo continuano a crescere senza sosta.
La Cina, ad esempio, è leader mondiale nella dimensione dei suoi investimenti nelle energie rinnovabili, con oltre $ 100 miliardi investiti solo nel 2018. Allo stesso tempo, la Cina è anche leader mondiale nella costruzione di nuove centrali a carbone , che rappresentano la principale fonte di emissioni di CO 2 per attività umana. Dall'inizio del 2018, la Cina ha portato in linea 42,9 gigawatt di nuove centrali elettriche a carbone , con altri 121,3 GW in costruzione e 200 GW o più in varie fasi di pianificazione.
L'India continua anche ad espandere la sua capacità di produzione di carbone, con 36 GW in costruzione. Lo scorso luglio, l'ingegnere capo del ministero dell'energia indiano ha dichiarato che la capacità di generazione di energia a carbone dovrebbe aumentare del 22,4% nei prossimi tre anni. La continua espansione della potenza del carbone in Cina e in India non riflette una mancanza di preoccupazione per l'inquinamento e il cambiamento climatico; il problema sta soprattutto nei vincoli economici, fisici e tecnici in base ai quali queste nazioni devono progettare le loro politiche energetiche.
Il semplice fatto è che nel prossimo futuro nessuna quantità di investimenti in energie rinnovabili, per quanto ingenti, sarà sufficiente per eliminare la dipendenza umana da carbone, petrolio e gas naturale. Cioè, a meno che non siamo disposti a far crollare l'economia mondiale.
Se ci impegniamo davvero a ridurre le emissioni di CO2 , allora non c'è modo di aggirare l'energia nucleare e molte di esse. Le ragioni sono elementari
Supponiamo che in qualche modo potremmo eliminare completamente l'uso di combustibili fossili per il trasporto e il riscaldamento. Ciò è difficilmente concepibile senza aumentare notevolmente il consumo globale di elettricità, che può già essere proiettato a più del doppio nei prossimi 25 anni. Da dove verrà tutta l'elettricità?
Se insistiamo su fonti di elettricità "prive di CO2", il numero di opzioni realistiche è ridotto. Quando si tratta di produzione di energia su larga scala, si limitano essenzialmente all'energia idroelettrica, eolica, solare e nucleare. La generazione di elettricità da biocarburanti, che può essere considerata " neutrale in termini di CO2 ", potrebbe contribuire con qualche percentuale aggiuntiva.
Sfortunatamente, l'energia idroelettrica economicamente sostenibile è limitata a determinate aree geografiche e il suo potenziale di ulteriore espansione è fortemente limitato da fattori ambientali, economici e sociali, nonché da tempi di consegna molto lunghi per grandi progetti. Lasciando da parte questi problemi, a lungo termine l'idroelettricità potrebbe essere aumentata a circa tre volte il suo livello attuale . Data la prevista crescita della domanda di elettricità, la quota di energia idroelettrica potrebbe al massimo crescere dal 16% di oggi al 25% nel 2050. Da dove arriverà l'altro 75%?
L'energia eolica e solare hanno alcuni evidenti punti di forza. Non richiedono approvvigionamento di carburante e le loro capacità totali possono essere espanse rapidamente, a costi unitari relativamente bassi, come sta accadendo oggi in tutto il mondo. Allo stesso tempo, l'energia eolica e solare hanno uno svantaggio fondamentale: la loro produzione oscilla a seconda delle condizioni al di fuori del controllo umano. Ciò rende impossibile adattare la curva di output alla curva di domanda, anche approssimativamente.
I pannelli solari non producono elettricità durante la notte, ovviamente, e non molto nei giorni di pioggia e nuvoloso. L'energia elettrica prodotta dagli impianti eolici può fluttuare selvaggiamente anche da un'ora all'altra e anche se mediata su una vasta regione. Al contrario, le centrali convenzionali o nucleari forniscono una fornitura continua e costante di elettricità, a livelli di potenza che possono essere controllati con precisione.
A parte il carattere intermittente dell'energia solare ed eolica, le cosiddette fonti di energia rinnovabile soffrono tutte dell'inconveniente della bassa densità di potenza intrinseca: le energie rinnovabili richiedono aree molto più grandi e / o un numero maggiore di unità operative per raggiungere la stessa produzione di un moderno, compatto impianto a carbone, gas o nucleare.
In condizioni meteorologiche tipiche dell'Europa centrale, ad esempio, sono necessarie alcune migliaia di grandi turbine eoliche o celle solari che coprono un'area totale dell'ordine di 100 chilometri quadrati, per generare la stessa quantità annuale di elettricità di un singolo convenzionale da 1 GW o centrale nucleare. Costruire una capacità della turbina eolica di 1 GW richiede 50-100 volte più acciaio e cemento di una centrale nucleare con la stessa capacità.
Ho citato il biogas. La produzione di elettricità dal biogas potrebbe essere inclusa come " neutrale in termini di CO2 ", nel senso che la CO2 emessa dalla combustione del biogas alla fine deriva dalla cattura fotosintetica della CO2 atmosferica da parte delle piante coltivate.
La World Bioenergy Association stima che il biogas abbia il potenziale futuro di fornire una quantità di energia equivalente a circa il 25% di quella attualmente generata dal gas naturale (in tutti i suoi usi) nell'economia mondiale. Se il 100% di quel biogas fosse usato per produrre elettricità - il che è altamente irrealistico - ciò coprirebbe circa il 5% del consumo di elettricità di oggi.
La produzione di biogas su larga scala - al contrario dell'utilizzo su scala ridotta di rifiuti organici - significa di fatto usare colture agricole come collettori solari. Sfortunatamente, la fotosintesi nelle piante è 10 volte meno efficiente nel catturare l'energia solare, rispetto alle moderne celle solari. Ciò rende la produzione e l'uso di biocarburanti per la generazione di elettricità su larga scala un processo estremamente dispendioso in termini di risorse, che richiede grandi aree terrestri, risorse idriche, macchinari, trasporti e manodopera per unità di produzione - risorse che potrebbero altrimenti essere applicate alla produzione alimentare e ad altri usi .
Jonathan Tennenbaum ha conseguito il dottorato in matematica presso l'Università della California nel 1972 all'età di 23 anni. Anche fisico, linguista e pianista di concerti, è stato editore della rivista FUSION. Vive a Berlino e viaggia frequentemente in Asia e altrove, consultando economia, scienza e tecnologia. Avanti in questa serie: esaminato il bizzarro caso della Germania.
Nessun commento:
Posta un commento