Het grote Duitse energie-experiment

Langs een landelijke weg in de West-Duitse deelstaat Noordrijn-Westfalen woont een boer genaamd Norbert Leurs. Een minzame 36-jarige met eeltige handen, heeft twee jonge kinderen en heeft tot voor kort een onopvallend beroep uitgeoefend: aardappelen en varkens fokken. Maar zijn nieuwste bedrijven wijzen op een buitengewone verschuiving in het energiebeleid van de grootste economie van Europa. In 2003 plaatste een klein windbedrijf een turbine van 70 meter lang, een van de ongeveer 22.000 in honderden windparken verspreid over het Duitse platteland, op een stuk aardappelveld van Leurs. Leurs krijgt 6 procent korting op de elektriciteitsverkoop, wat neerkomt op ongeveer $ 9.500 per jaar. Hij overweegt twee of drie extra turbines toe te voegen, elk twee keer zo hoog als de eerste.

De winst van die turbines is bescheiden naast wat hij aan zonnepanelen kan maken. In 2005 vernam Leurs dat de overheid van het lokale nutsbedrijf hoge prijzen eist voor zonne-energie op het dak. Hij sloot leningen af ​​en in de loop van de volgende zeven jaar bedekte hij stapsgewijs zijn varkensstal, schuur en huis met zonnepanelen - laat staan ​​dat de lucht vaak grijs is en zijn daken niet allemaal optimaal georiënteerd zijn. Van de resulterende installatie van 690 kilowatt verzamelt hij nu $ 280.000 per jaar, en hij verwacht meer dan $ 2 miljoen aan winst nadat hij zijn leningen heeft afbetaald.

Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van juli 2012

• Zie de rest van het nummer
• Abonneren

Verhalen zoals de hulp van Leurs leggen uit hoe Duitsland in 2011 20 procent van zijn elektriciteit uit hernieuwbare bronnen kon produceren, tegen 6 procent in 2000. Duitsland heeft gegarandeerd hoge prijzen voor wind-, zonne-, biomassa- en waterkrachtcentrales, waarbij de kosten op elektrisch rekeningen. En spelers zoals Leurs en het kleine energiebedrijf dat zijn turbine bouwde, hebben kant-en-klare technologie geïnstalleerd en winst gemaakt. Voor hen was het opmerkelijk eenvoudig om groen te zijn.

Wat daarna komt, zal niet zo eenvoudig zijn. In 2010 verklaarde de Duitse regering dat ze zou ondernemen wat in de volksmond een energietransitie — een energieomslag of energierevolutie. Deze omschakeling van fossiele brandstoffen naar hernieuwbare energie is de meest ambitieuze poging ooit door een zwaar geïndustrialiseerd land: het streeft ernaar de uitstoot van broeikasgassen tegen 2020 met 40 procent te verminderen ten opzichte van het niveau van 1990 en tegen het midden van de eeuw met 80 procent. Het doel was uitdagend, maar het werd iets gemakkelijker gemaakt door het feit dat Duitsland al meer dan 20 procent van zijn elektriciteit uit kernenergie heeft opgewekt, die bijna geen broeikasgassen produceert. Toen vorig jaar, als reactie op de publieke bezorgdheid over de nucleaire ramp na de tsunami in Fukushima, Japan, beval kanselier Angela Merkel de acht oudste Duitse kerncentrales onmiddellijk te sluiten. Een paar maanden later voltooide de regering een plan om de resterende negen tegen 2022 te sluiten. Nu is de energietransitie omvat een afwending van Duitslands grootste bron van koolstofarme elektriciteit.

Duitsland heeft een groots experiment opgezet dat gevolgen kan hebben voor heel Europa, dat sterk afhankelijk is van de Duitse economische kracht. Het land moet duurzame energietechnologieën bouwen en gebruiken op ongekende schaal, tegen enorme maar onzekere kosten, en tegelijkertijd het energieverbruik verminderen. En het moet het allemaal voor elkaar krijgen zonder de industrie te ondermijnen, die vertrouwt op redelijk geprijsde, betrouwbare stroom. In zekere zin is de energietransitie is een politiek statement zonder technische oplossing, zegt Stephan Reimelt, CEO van GE Energy Germany. Duitsland dwingt zichzelf tot innovatie. Dit levert een groot industrieel laboratorium op met een omvang die nog nooit eerder is gedaan. We zullen veel verschillende technologieën moeten proberen om daar te komen.

De grote spelers in de Duitse energiesector volgen meerdere strategieën tegelijk. Om kernenergie te helpen vervangen, racen ze om enorme windparken te installeren ver voor de Duitse kust in de Noordzee; nieuwe transmissie-infrastructuur wordt gepland om de stroom naar de industriële regio's van Duitsland te krijgen. Tegelijkertijd zoeken bedrijven als Siemens, GE en RWE, de grootste energieproducent van Duitsland, naar manieren om fabrieken draaiende te houden tijdens stiltes in wind- en zonne-energie. Ze zijn op zoek naar goedkope, grootschalige vormen van energieopslag en hopen dat computers op intelligente wijze kunnen coördineren wat miljoenen gedistribueerde stroombronnen zouden kunnen zijn.

Op scheepswerven in de buurt van de Noordzeehaven van Rostock, Duitsland, bouwt Siemens een enorm platform dat apparatuur zal huisvesten voor het beheer van de energie van windparken ver uit de kust.

Schattingen van de kosten van de transitie lopen sterk uiteen, onder meer afhankelijk van hoe snel nieuwe technologie kan worden geïntroduceerd en de prijs ervan kan worden verlaagd. Verschillende economische denktanks voorspellen dat het land in de komende acht jaar ergens tussen de 125 miljard en 250 miljard dollar zal uitgeven aan infrastructuuruitbreiding en subsidies – tussen 3,5 en 7 procent van het Duitse bbp van 2011. De kosten op de lange termijn, inclusief de kosten voor de ontmanteling van kerncentrales, zullen veel hoger zijn.

Duitsland heeft al aanzienlijke kosten gemaakt. Elke maandelijkse elektriciteitsrekening heeft een toeslag voor hernieuwbare energie van ongeveer 15 procent (zware industrie is vrijgesteld). De groothandelsprijzen voor elektriciteit zijn met ongeveer 10 procent gestegen sinds de acht kerncentrales werden gesloten. De Duitse grid is gespannen als nooit tevoren. En - ironisch genoeg, gezien de energietransitie ’s doel om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen – het besluit om de kerncentrales te sluiten heeft geleid tot een grotere afhankelijkheid van kolengestookte elektriciteitscentrales.

Deze energietransitie wordt zeer nauwlettend gevolgd. Als het in Duitsland werkt, is het een sjabloon voor andere landen. Als dat niet gebeurt, zal dat zeer schadelijk zijn voor de Duitse economie.

Ondanks de kosten zou Duitsland enorm kunnen profiteren van zijn grootse experiment. In het afgelopen decennium heeft het land niet alleen wind- en zonne-energie gekoesterd, maar ook minder aangekondigde energietechnologieën zoals managementsoftware en efficiënte industriële processen. Alles bij elkaar hebben deze groene technologieën een exportindustrie gecreëerd die $ 12 miljard waard is - en klaar is voor nog meer groei, volgens Miranda Schreurs, directeur van het Environmental Policy Research Centre aan de Berlijnse Vrije Universiteit. Het overheidsbeleid zou verdere prikkels kunnen bieden om nieuwe technologieën te ontwikkelen en in te zetten. Dat is knowhow die je kunt verkopen, zegt Schreurs. De manier waarop Duitsland op de lange termijn kan concurreren, is door de meest energie- en hulpbronnenefficiënte markt te worden en daarbij uit te breiden naar een exportmarkt.

Als Duitsland erin slaagt de overgang te maken, zou het een werkbare blauwdruk kunnen bieden voor andere industriële landen, waarvan vele waarschijnlijk ook onder druk zullen komen te staan ​​om hun energieverbruik te transformeren. Deze energietransitie wordt zeer nauwlettend gevolgd. Als het in Duitsland werkt, zal het een voorbeeld zijn voor andere landen, zegt Graham Weale, hoofdeconoom bij RWE, die worstelt met het sluiten van zijn kerncentrales terwijl het licht aan blijft. Als dat niet gebeurt, zal dat zeer schadelijk zijn voor de Duitse economie en die van Europa.

Knelpunten

In de stad Erlangen, 20 kilometer ten noorden van Neurenberg, begroeten strenge beveiliging bezoekers van het complex van industriële gebouwen waarin de laboratoria en fabrieken van de energiegigant Siemens zijn gehuisvest, een van de vele aannemers die bijdragen aan de energietransitie . Een van deze gebouwen zoemt letterlijk van vermogen - 30 megawatt waard. Binnenin bevindt zich een gigantische machine van staal en koper die wisselstroom op grote schaal omzet in gelijkstroom; het is bestemd voor installatie op offshore-platforms die tientallen jaren zware stormen op de Noordzee moeten doorstaan.

Duitsland heeft deze technologie nodig omdat het op zoek is naar de meest stabiele windbron die het kan vinden, en dat is ver uit de kust gevonden - zo ver dat de standaard AC-lijnen voor zendvermogen niet zullen werken. Tot op heden heeft Duitsland slechts ongeveer 500 megawatt offshore windenergie geïnstalleerd, allemaal binnen 90 kilometer land, in water van minder dan 40 meter diep. Nu zijn energiebedrijven van plan 10.000 megawatt aan windenergie te installeren tot 160 kilometer uit de kust, op dieptes tot 70 meter. Verschillende offshore-substations van 10.000 tot 20.000 ton zullen gigawatt AC-output omzetten in DC, die dergelijke afstanden kunnen overbruggen zonder grote energieverliezen. Nergens ter wereld is dit gedaan - het bouwen van offshore-netwerken en offshore-verbindingen op deze manier en in deze hoeveelheid, zegt Lex Hartman, directeur bedrijfsontwikkeling bij Tennet, het Nederlandse netwerkbedrijf dat verantwoordelijk is voor delen van de megaschaal van de Duitse Noordzee poging.

Natuurlijk krijgt dit alles alleen maar de kracht naar het strand. De elektriciteit moet Duitsland doorkruisen om de grote industriële centra in het zuiden van het land te bereiken. Er is zo'n 3.800 kilometer aan nieuwe hoogspanningslijnen nodig, maar er zijn er slechts ongeveer 200 gebouwd, waarbij onwillige landeigenaren en regionale politici de vooruitgang vertragen en knelpunten creëren. De vertragingen en de nieuwe technologieën maken het Duitse offshore windprogramma op zich al een enorme gok. Niemand weet echt wat de energietransitie zal kosten, zegt Karen Pittel, een energie-econoom aan de Universiteit van München. Maar vooral die windparken: het zijn min of meer proefprojecten.

Daar houden de onzekerheden niet op. Zelfs met de huidige niveaus van windenergie, moeten netbeheerders op winderige dagen de turbines stilleggen omdat er geen stroomvoorziening is. Wanneer op een overigens zonnige dag een wolkenbank over Zuid-Duitsland rolt, kan de output van de vele fotovoltaïsche panelen in de regio met honderden megawatt dalen; het effect is als het indrukken van de uit-schakelaar van een middelgrote kolengestookte elektriciteitscentrale, waardoor de dreiging van black-outs toeneemt.

Zonder voldoende goedkope, betrouwbare stroom om de hoogtechnologische industrie en het transportsysteem te ondersteunen, zou de Duitse economie - en die van Europa als geheel - in de problemen kunnen komen. Sommige Duitse bedrijven bouwen al elders nieuwe productiefaciliteiten; zo besloot chemieproducent Wacker Chemie vorig jaar een polysiliciumfabriek te bouwen in Tennessee, mede omdat de energiekosten in Duitsland zo hoog waren. Weale zegt: 'De kwaliteit van het aanbod zou maar een klein beetje moeten verslechteren en het zou behoorlijk ernstig zijn voor deze hoogtechnologische industrie. We hebben al gezien, zelfs zonder dat de lichten uitgaan, die industrie nerveus wordt.

Om een ​​catastrofe te voorkomen, zal Duitsland op veel grotere schaal moeten beginnen met het inzetten van opslagtechnologieën en taakverdelingsstrategieën. Het land heeft tegenwoordig 31 energiecentrales met pompopslag, die 's nachts water in bergopwaartse reservoirs dwingen en vervolgens de stroomafwaarts gebruiken om turbines te laten draaien om energie op te wekken. In totaal kunnen ze 38 gigawattuur aan elektriciteit opslaan. Dat klinkt misschien als veel, maar het is minder dan 90 minuten piekvermogen van de Duitse windparken.

Batterijen kunnen helpen, maar tot nu toe zijn de kosten te hoog om meer dan een nicherol te spelen. In een ander gebouw in Erlangen bouwt Siemens accu's ter grootte van een trekker en oplegger op basis van drie verschillende lithium-iontechnologieën. Elk zou 40 Duitse huizen een dag van stroom kunnen voorzien, maar de batterijen zijn te duur om te gebruiken voor back-upstroom. In plaats daarvan zullen hightechfabrikanten ze waarschijnlijk gebruiken om brownouts te voorkomen met bijvoorbeeld een 15 minuten durende, acht megawatt schok, zodat gespecialiseerde apparatuur geen dure herstartprocedures nodig heeft. De prijzen zouden met minstens de helft moeten dalen voordat lithium-ionbatterijen een economische manier zouden kunnen zijn om uren aan overtollig vermogen van windturbines op te slaan.

Andere opslagtechnologieën worden ontwikkeld, maar zullen waarschijnlijk nog jaren van praktisch zijn, als ze dat ooit zullen zijn. Een nieuwe technologie bij Siemens produceert bijvoorbeeld waterstof door overtollige elektriciteit te gebruiken om watermoleculen te splitsen. Maar het is experimenteel en, in dit stadium, duur.

Het is onvermijdelijk dat er een hete juliweek zal komen wanneer een hogedruksysteem over Europa tot stilstand komt en turbines tot stilstand brengt net op het moment dat door de zon verbrande Duitsers naar hun airconditioners reiken. Zolang er geen grootschalige, goedkope opslag beschikbaar is, zijn gascentrales, die snel en efficiënt kunnen opstarten, de meest praktische manier om met deze situaties om te gaan. Maar er is weinig stimulans om dergelijke fabrieken te bouwen. Eigenaren van gascentrales die bedoeld zijn om in de piekstroom te voorzien, kunnen niet langer rekenen op een bepaald aantal uren draaien, aangezien de behoefte niet meer op voorspelbare werkdagmiddagen valt, maar met zon en wind meegaat.

Het doel is om software te gebruiken om duizenden hernieuwbare energiebronnen, die elk op zichzelf onbetrouwbaar zijn, om te zetten in een enorm netwerk waar nutsbedrijven op kunnen vertrouwen.

Ottmar Edenhofer, hoofdeconoom bij het Potsdam Institute for Climate Impact Research, zegt dat het ontwerp van de elektriciteitsmarkt fundamenteel zal veranderen. Je hebt een fluctuerende vraag en tegelijkertijd een fluctuerend aanbod. De koppeling en het samenspel in deze twee dimensies is het onderwerp geworden van intensief onderzoek. Er kunnen nieuwe en opkomende marktfalen optreden.

Virtuele kracht

Duisburg is een ruige stad net ten westen van Essen, een belangrijk productiecentrum voor munitie uit de Tweede Wereldoorlog dat door geallieerde bombardementen tot puin werd gereduceerd. Dit is waar RWE, een van de vier grootste nutsbedrijven van Duitsland, werkt aan de grens van een andere cruciale technologie: virtuele energiecentrales, waarin software op intelligente wijze een groot aantal kleine stroombronnen (en uiteindelijk gedistribueerde opslaglocaties) bestuurt om hun output te coördineren te koop op de energiemarkten. Het doel is om duizenden hernieuwbare energiebronnen, die stuk voor stuk onbetrouwbaar zijn, om te vormen tot een enorm netwerk waarop nutsbedrijven kunnen vertrouwen. Het is een oogverblindend concept, maar één in de kinderschoenen.

In een laboratorium dat voor een door de nazi's gebouwde schuilkelder in de vorm van een puntige heksenhoed zit, testen RWE-onderzoekers een tiental gasgestookte ketels en brandstofcellen die zijn ontworpen om zowel warmte als elektriciteit op te wekken. In theorie zouden nutsbedrijven een beroep kunnen doen op honderdduizenden wooneenheden - en grotere die appartementen of kantoorgebouwen van stroom voorzien - om in een mum van tijd extra elektriciteit voor het net op te wekken. Maar liefst 5 procent van de Duitse elektriciteit zou op deze manier kunnen worden geproduceerd - ongeveer het bedrag dat nutsbedrijven verwachten te halen uit de nieuwe offshore windparken.

Het kan tientallen jaren duren om dat punt te bereiken, aangezien huiseigenaren en bedrijven hun bestaande ketels geleidelijk aan vervangen en de infrastructuur wordt aangelegd om honderdduizenden stroombronnen te synchroniseren. Maar een uur ten oosten van Duisburg, in een kantoorgebouw uit de jaren 60 aan de rand van Dortmund, testen ingenieurs een bescheidener netwerk als uitgangspunt. Een serverruimte in de kelder fungeert als communicatieknooppunt voor 120 kleine opwekkingsstations die samen 160 megawatt elektriciteit produceren uit hernieuwbare bronnen, voornamelijk wind, maar ook biomassa en zonne-energie. Software houdt rekening met weersvoorspellingen en assembleert een blok hernieuwbare elektriciteit uit wind en zon, waarbij de biogasinstallaties naar behoefte worden in- en uitgeschakeld om de fluctuerende output in evenwicht te brengen en een blok stabiel vermogen te creëren.

Vroege projecten zoals deze zijn opstapjes naar meer geavanceerde systemen die vraagbeheer omvatten: nutsbedrijven zouden klanten compenseren als ze ermee instemmen dat hun stroomverbruik automatisch wordt beperkt in tijden van piekvraag. Op een dag zouden de systemen ook stroom kunnen halen uit de accu's van geparkeerde elektrische auto's, of overtollige stroom daarin opslaan om verschuivingen in de wind te compenseren.

GE en andere bedrijven streven ook naar dergelijke concepten. Wat we vandaag weten, is dat de energiemarkt gedecentraliseerd zal zijn; het zal een gefragmenteerde markt zijn, zegt Reimelt van GE. Vroeger hadden we vier nutsbedrijven. Vandaag hebben we 350 bedrijven die stroom opwekken, tot duizend, en tot een miljoen als je iedereen met een zonnepaneel op het dak meetelt. Dus een van de trends die we zien, is dat er minder nadruk moet worden gelegd op energieopwekking en meer op energiebeheer.

Verbijsterd in Beieren

De kamerhoge ramen achter het bureau van Wolfgang Mayer, de burgermeister van het kleine Beierse stadje Gundremmingen, bieden een indrukwekkend uitzicht. Anderhalve kilometer verderop staan ​​de twee koeltorens van de kerncentrales B en C van Gundremmingen, die samen de grootste bron van kernenergie in Duitsland zijn. De centrale is mooi gelegen halverwege tussen de industriële centra van Stuttgart en München en heeft de capaciteit om 2,6 gigawatt aan stroom te produceren. Mayer is verbijsterd door de energietransitie , die honderden banen in de stad bedreigt en de belastinginkomsten zou kunnen schaden. Ze zeggen 2017 om Unit B te sluiten, en 2021 voor Unit C, zegt hij, terwijl hij naar de fabriek wijst. Maar ze waren tegelijkertijd begonnen in 1989! Een normaal mens kan het niet begrijpen. Wat is de logica?

Koeltorens bij een kerncentrale in Gundremmingen zijn zichtbaar achter woningen waarvan de eigenaren profiteren van zonne-energiesubsidies. De fabriek is gemarkeerd voor sluiting.

Mayer staat niet alleen in zijn verbijstering. Er is veel aan het huidige beleid dat aantoonbaar niet logisch is. In ieder geval op korte termijn betekent het besluit om de kerncentrales te sluiten dat de energietransitie zal de nutsbedrijven er zelfs toe aanzetten om meer op steenkool te vertrouwen. Zo heeft RWE vorig jaar twee lang geplande nieuwe ketels in brand gestoken in een bestaande installatie nabij de Belgische grens die de smerigste fossiele brandstof van allemaal verbrandt: bruinkool. Hoewel deze ketels schoner zijn dan de ketels die ze vervangen, is de kolencentrale de grootste in zijn soort ter wereld, en ze draait tegenwoordig op volle toeren om aan de vraag naar stroom te voldoen.

Als je van de ene op de andere dag acht kerncentrales sluit, die koolstofvrij waren, verhoog je de CO2-uitstoot, zegt Weale. Men zal meer afhankelijk moeten zijn van kolen dan eerder werd verwacht. Het kan moeilijk zijn om de CO2-uitstoot zo snel te verminderen als men zou willen. Beslissingen die nu worden genomen over wat voor soort energiecentrales moeten worden geïnstalleerd, zullen tientallen jaren gevolgen hebben, zegt hij: je kunt geen plotselinge veranderingen maken van het ene activum naar het andere.

Een tweede probleem is dat zelfs als het om alternatieve energiebronnen gaat, Duitsland de vermindering van kooldioxide niet beloont. In plaats daarvan stelt het beleid welomschreven subsidies voor specifieke technologieën vast: een kilowattuur zonne-energie wordt meer beloond dan stroom uit wind op zee, die op zijn beurt meer verdient dan stroom uit wind op land. Ook al zijn de subsidies voor zonne-energie verlaagd tot veel lagere tarieven dan die van Leurs, toch betaalt zonne-energie nog steeds de hoogste tarieven. Als het verminderen van de uitstoot echter de focus zou zijn, zou er meer geld worden besteed aan het verminderen van het energieverbruik. Als je de optimale instrumenten zou kunnen kiezen, waarbij je je eerst richt op die gebieden waar je je doelen het goedkoopst kunt bereiken, zou je niet zozeer focussen op hernieuwbare energiebronnen, maar veel meer op efficiëntie, zegt Pittel, de energie-econoom uit München.

De huidige subsidies stimuleren ook minder innovatie dan dat ze bestaande technologieën winstgevend maken. Er is weinig stimulans om bijvoorbeeld radicaal nieuwe fotovoltaïsche technologieën te ontwikkelen, hoewel dit uiteindelijk de enige manier zou kunnen zijn om niet-gesubsidieerde zonne-energie goedkoop genoeg te maken om te concurreren met fossiele brandstoffen.

Voor sommige Duitse economen is het energiebeleid van het land gewoon verkeerd. Hans-Werner Sinn, voorzitter van het Ifo Instituut voor Economisch Onderzoek aan de Universiteit van München, is bijzonder vernietigend. De energietransitie is een draai naar nergens-land, omdat de groene technologieën gewoon niet voldoende zijn om de energiebehoeften van de moderne samenleving te vervangen, zegt hij. Het is verkeerd om de atoomcentrales stil te leggen, omdat dit een goedkope energiebron is, en wind- en zonne-energie zijn geenszins in staat een vervanging te bieden. Ze zijn veel duurder en de energie die eruit komt is van inferieure kwaliteit. Energie-intensieve industrieën zullen vertrekken en het concurrentievermogen van de Duitse verwerkende industrie zal afnemen of de lonen zullen dalen.

Duitse politici wedden natuurlijk dat Sinn ongelijk heeft. En tal van bemoedigende signalen pleiten tegen zijn pessimisme. De kosten van zonnepanelen zijn sterk gedaald, waardoor zonne-energie mogelijk concurrerender wordt. Batterijkosten kunnen volgen. Als fossiele brandstoffen duurder blijven worden, zullen hernieuwbare energiebronnen er aantrekkelijker uitzien. Veertig jaar is een lange tijd en je wordt continu verrast door gunstige technologische ontwikkelingen, bijvoorbeeld de manier waarop de prijs van zonnecellen daalt, zegt Weale. Vanuit mijn oogpunt wil ik benadrukken hoe uitdagend de energietransitie is. Op dit moment ziet het er moeilijk uit. Maar met de juiste prikkels kan men goede redenen hebben om aan te nemen dat de technologische vooruitgang een stuk sneller zal gaan dan we nu verwachten.

David Talbot, Technologie recensie In ’s hoofdcorrespondent, schreef in maart over de startup-cultuur in Kenia.

zich verstoppen