La grande expérience énergétique allemande

Le long d'une route rurale dans l'état de Rhénanie du Nord-Westphalie, dans l'ouest de l'Allemagne, vit un agriculteur nommé Norbert Leurs. Agé de 36 ans, affable, aux mains calleuses, il a deux jeunes enfants et a exercé jusqu'à récemment un métier banal : élever des pommes de terre et des cochons. Mais ses nouvelles entreprises indiquent un changement extraordinaire dans les politiques énergétiques de la plus grande économie d'Europe. En 2003, une petite entreprise éolienne a érigé une éolienne de 70 mètres, l'une des quelque 22 000 éoliennes des centaines de parcs éoliens qui parsèment la campagne allemande, sur un morceau de la pomme de terre de Leurs. Leurs obtient une réduction de 6 pour cent des ventes d'électricité, ce qui représente environ 9 500 $ par an. Il envisage d'ajouter deux ou trois turbines supplémentaires, chacune deux fois plus haute que la première.

Les bénéfices de ces turbines sont modestes à côté de ce qu'il a à faire sur les panneaux solaires. En 2005, Leurs a appris que le gouvernement exigeait du service public local qu'il paie des prix élevés pour l'énergie solaire sur les toits. Il a contracté des emprunts et, par étapes, au cours des sept années suivantes, il a recouvert sa porcherie, sa grange et sa maison de panneaux solaires, peu importe que le ciel soit souvent gris et que ses toits ne soient pas tous orientés de manière optimale. De l'installation de 690 kilowatts qui en résulte, il perçoit maintenant 280 000 $ par an, et il s'attend à plus de 2 millions de dollars de bénéfices après avoir remboursé ses prêts.

Cette histoire faisait partie de notre numéro de juillet 2012

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Des histoires comme l'aide de Leurs expliquent comment l'Allemagne a pu produire 20 % de son électricité à partir de sources renouvelables en 2011, contre 6 % en 2000. L'Allemagne a garanti des prix élevés pour l'éolien, le solaire, la biomasse et l'hydroélectricité, en réduisant les coûts à l'électricité factures. Et des acteurs comme Leurs et la petite compagnie d'électricité qui a construit sa turbine ont installé une technologie standard et ont engrangé des bénéfices. Pour eux, il a été remarquablement facile d'être vert.

La suite ne sera pas si facile. En 2010, le gouvernement allemand a déclaré qu'il entreprendrait ce que l'on appelle communément un transition énergétique —un virage énergétique, ou une révolution énergétique. Ce passage des combustibles fossiles aux énergies renouvelables est le plus ambitieux jamais tenté par un pays fortement industrialisé : il vise à réduire les émissions de gaz à effet de serre de 40 % par rapport aux niveaux de 1990 d'ici 2020 et de 80 % d'ici le milieu du siècle. L'objectif était difficile, mais il a été quelque peu facilité par le fait que l'Allemagne produisait déjà plus de 20 % de son électricité à partir de l'énergie nucléaire, qui ne produit presque pas de gaz à effet de serre. Puis l'année dernière, en réponse aux inquiétudes du public concernant la catastrophe nucléaire post-tsunami à Fukushima, au Japon, la chancelière Angela Merkel a ordonné la fermeture immédiate des huit plus anciennes centrales nucléaires allemandes. Quelques mois plus tard, le gouvernement a finalisé un plan pour fermer les neuf autres d'ici 2022. Maintenant, le transition énergétique comprend un détournement de la plus grande source d'électricité à faible émission de carbone en Allemagne.

L'Allemagne s'est lancée dans une grande expérience qui pourrait avoir des répercussions sur toute l'Europe, qui dépend fortement de la puissance économique allemande. Le pays doit construire et utiliser des technologies d'énergie renouvelable à des échelles sans précédent, à un coût énorme mais incertain, tout en réduisant la consommation d'énergie. Et il doit tout réussir sans nuire à l'industrie, qui repose sur une alimentation fiable et à un prix raisonnable. Dans un sens, le transition énergétique est une déclaration politique sans solution technique, déclare Stephan Reimelt, PDG de GE Energy Germany. L'Allemagne se force vers l'innovation. Ce que cela génère, c'est un grand laboratoire industriel d'une taille qui n'a jamais été réalisée auparavant. Nous devrons essayer beaucoup de technologies différentes pour y arriver.

Les principaux acteurs de l'industrie énergétique allemande poursuivent plusieurs stratégies à la fois. Pour aider à remplacer l'énergie nucléaire, ils s'empressent d'installer d'énormes parcs éoliens loin des côtes allemandes en mer du Nord ; une nouvelle infrastructure de transport est prévue pour acheminer l'électricité vers les régions industrielles allemandes. Dans le même temps, des entreprises telles que Siemens, GE et RWE, le plus grand producteur d'électricité d'Allemagne, cherchent des moyens de faire tourner les usines pendant les accalmies de l'énergie éolienne et solaire. Ils recherchent des formes de stockage d'énergie bon marché et à grande échelle et espèrent que les ordinateurs pourront coordonner intelligemment ce qui pourrait être des millions de sources d'énergie distribuées.

Dans les chantiers navals près du port de Rostock, en mer du Nord, en Allemagne, Siemens construit une plate-forme massive qui abritera des équipements de gestion de l'énergie des parcs éoliens situés loin au large.

Les estimations du coût de la transition varient considérablement, en partie en fonction de la rapidité avec laquelle la nouvelle technologie peut être introduite et son prix abaissé. Divers groupes de réflexion économiques prévoient que le pays dépensera entre 125 et 250 milliards de dollars pour l'expansion des infrastructures et les subventions au cours des huit prochaines années, soit entre 3,5 et 7 % du PIB de l'Allemagne en 2011. Les coûts à long terme, y compris les dépenses de démantèlement des centrales nucléaires, seront bien plus élevés.

L'Allemagne a déjà engagé des coûts importants. Chaque facture d'électricité mensuelle comporte un supplément d'énergie renouvelable d'environ 15 % (l'industrie lourde est exonérée). Les prix de gros de l'électricité ont bondi d'environ 10 % depuis la fermeture des huit centrales nucléaires. La grille allemande est tendue comme jamais auparavant. Et—ironiquement, étant donné la transition énergétique de réduire les émissions de gaz à effet de serre, la décision de fermer les centrales nucléaires a accru la dépendance vis-à-vis des centrales au charbon.

Cette transition énergétique est surveillé de très près. Si cela fonctionne en Allemagne, ce sera un modèle pour d'autres pays. Si ce n'est pas le cas, ce sera très dommageable pour l'économie allemande.

Malgré les coûts, l'Allemagne pourrait grandement bénéficier de sa grande expérience. Au cours de la dernière décennie, le pays a développé non seulement l'énergie éolienne et solaire, mais aussi des technologies énergétiques moins annoncées telles que des logiciels de gestion et des processus industriels efficaces. Prises ensemble, ces technologies vertes ont créé une industrie d'exportation d'une valeur de 12 milliards de dollars et est prête pour une croissance encore plus importante, selon Miranda Schreurs, directrice du Centre de recherche sur les politiques environnementales de l'Université libre de Berlin. Les politiques gouvernementales pourraient fournir des incitations supplémentaires pour développer et déployer de nouvelles technologies. C'est un savoir-faire que vous pouvez vendre, dit Schreurs. Le moyen pour l'Allemagne de rivaliser à long terme est de devenir le marché le plus économe en énergie et en ressources, et de se développer sur un marché d'exportation dans le processus.

Si l'Allemagne réussit à faire la transition, cela pourrait fournir un modèle viable pour d'autres pays industrialisés, dont beaucoup sont également susceptibles de faire face à des pressions pour transformer leur consommation d'énergie. Cette transition énergétique est surveillé de très près. Si cela fonctionne en Allemagne, ce sera un modèle pour d'autres pays, déclare Graham Weale, économiste en chef chez RWE, qui se débat sur la façon de fermer ses centrales nucléaires tout en gardant les lumières allumées. Si ce n'est pas le cas, ce sera très dommageable pour l'économie allemande et celle de l'Europe.

Points d'étranglement

Dans la ville d'Erlangen, à 20 kilomètres au nord de Nuremberg, une sécurité renforcée accueille les visiteurs du complexe de bâtiments industriels qui abrite les laboratoires et les usines du géant de l'énergie Siemens, l'un des nombreux entrepreneurs contribuant au transition énergétique . L'un de ces bâtiments bourdonne littéralement d'électricité - une valeur de 30 mégawatts. À l'intérieur se trouve une machine géante en acier et en cuivre qui convertit le courant alternatif en courant continu à grande échelle ; il est destiné à être installé sur des plates-formes offshore qui doivent résister aux violentes tempêtes de la mer du Nord pendant des décennies.

L'Allemagne a besoin de cette technologie car elle recherche la source de vent la plus stable qu'elle puisse trouver, et celle-ci se trouve loin au large, à tel point que les lignes AC standard pour la transmission d'électricité ne fonctionneront pas. À ce jour, l'Allemagne n'a installé qu'environ 500 mégawatts d'énergie éolienne offshore, le tout à moins de 90 kilomètres de la terre, dans des eaux à moins de 40 mètres de profondeur. Désormais, les sociétés énergétiques prévoient d'installer 10 000 mégawatts d'énergie éolienne jusqu'à 160 kilomètres au large, à des profondeurs allant jusqu'à 70 mètres. Plusieurs sous-stations offshore de 10 000 à 20 000 tonnes convertiront des gigawatts de puissance CA en CC, qui peuvent couvrir de telles distances sans pertes d'énergie importantes. Il n'y a nulle part dans le monde où cela a été fait - en construisant des réseaux et des connexions offshore de cette manière et dans cette quantité, déclare Lex Hartman, directeur du développement de l'entreprise chez Tennet, la société néerlandaise de réseau en charge de certaines parties de la mer du Nord à grande échelle en Allemagne. effort.

Bien sûr, tout cela ne fait que donner le pouvoir à la plage. L'électricité doit traverser l'Allemagne pour atteindre les principaux centres industriels du sud du pays. Quelque 3 800 kilomètres de nouvelles lignes électriques sont nécessaires, mais seulement 200 environ ont été construites, les propriétaires fonciers et les politiciens régionaux réticents ralentissant les progrès et créant des points d'étranglement. Les retards et les nouvelles technologies font du programme éolien offshore allemand un énorme pari à lui seul. Personne ne sait vraiment ce que transition énergétique coûtera, dit Karen Pittel, économiste de l'énergie à l'Université de Munich. Mais surtout ces parcs éoliens, ce sont plus ou moins des projets pilotes.

Les incertitudes ne s'arrêtent pas là. Même avec les niveaux actuels d'énergie éolienne, les jours de vent, les opérateurs de réseau doivent arrêter les turbines car il n'y a nulle part où mettre l'électricité. Lorsqu'un banc de nuages ​​s'abat sur le sud de l'Allemagne par une journée autrement ensoleillée, la production des nombreux panneaux photovoltaïques de la région peut chuter de centaines de mégawatts ; l'effet est comme appuyer sur l'interrupteur d'une centrale électrique au charbon de taille moyenne, augmentant la menace de pannes d'électricité.

Sans suffisamment d'électricité bon marché et fiable pour soutenir l'industrie de haute technologie et le système de transport, l'économie allemande - et celle de l'Europe dans son ensemble - pourrait être en difficulté. Déjà, certaines entreprises allemandes construisent de nouvelles installations de fabrication ailleurs ; par exemple, l'année dernière, le producteur de produits chimiques Wacker Chemie a décidé de construire une usine de polysilicium dans le Tennessee, en partie parce que les coûts énergétiques en Allemagne étaient si élevés. Weale dit: La qualité de l'approvisionnement ne devrait que se détériorer un peu et ce serait assez grave pour cette industrie de haute technologie. Nous avons déjà vu, même sans que les lumières s'éteignent, que l'industrie devient nerveuse.

Pour éviter une catastrophe, l'Allemagne devra commencer à déployer des technologies de stockage et des stratégies d'équilibrage de charge à des échelles bien plus importantes. Le pays compte aujourd'hui 31 centrales électriques à accumulation par pompage, qui forcent l'eau dans des réservoirs en amont la nuit, puis utilisent le flux descendant pour faire tourner des turbines pour produire de l'électricité. Au total, ils peuvent stocker 38 gigawattheures d'électricité. Cela peut sembler beaucoup, mais c'est moins de 90 minutes de puissance maximale des parcs éoliens allemands.

Les batteries peuvent aider, mais jusqu'à présent, les coûts sont trop élevés pour qu'elles jouent plus qu'un rôle de niche. Dans un autre bâtiment à Erlangen, Siemens construit des batteries de la taille d'un tracteur semi-remorque basées sur trois technologies lithium-ion différentes. Chacun pourrait alimenter 40 maisons allemandes pendant une journée, mais les batteries sont trop chères à utiliser pour l'alimentation de secours. Au lieu de cela, les fabricants de haute technologie les utiliseront probablement pour surmonter les baisses de tension avec, disons, une secousse de huit mégawatts de 15 minutes, de sorte que les équipements spécialisés n'auront pas besoin de procédures de redémarrage coûteuses. Les prix devraient baisser d'au moins la moitié avant que les batteries lithium-ion puissent fournir un moyen économique de stocker des heures d'énergie excédentaire des éoliennes.

D'autres technologies de stockage sont en cours de développement mais sont encore probablement à des années d'être pratiques, si elles le seront un jour. Une nouvelle technologie chez Siemens, par exemple, produit de l'hydrogène en utilisant un surplus d'électricité pour diviser les molécules d'eau. Mais il est expérimental et, à ce stade, coûteux.

Inévitablement, une semaine chaude de juillet viendra lorsqu'un système à haute pression calera au-dessus de l'Europe, immobilisant les turbines juste au moment où les Allemands brûlés par le soleil chercheront leurs climatiseurs. Jusqu'à ce qu'un stockage à grande échelle et bon marché soit disponible, les centrales électriques au gaz, qui peuvent démarrer rapidement et efficacement, seront le moyen le plus pratique de faire face à ces situations. Mais il y a peu d'incitations à construire de telles usines. Les propriétaires de centrales à gaz censées répondre aux besoins de pointe ne peuvent plus compter sur un certain nombre d'heures, car le besoin ne tombera plus les après-midi de travail prévisibles mais va et vient avec le soleil et le vent.

L'objectif est d'utiliser un logiciel pour transformer des milliers de sources d'énergie renouvelables, dont chacune n'est pas fiable, en un vaste réseau sur lequel les services publics peuvent compter.

Selon Ottmar Edenhofer, économiste en chef à l'Institut de Potsdam pour la recherche sur l'impact climatique, la conception du marché de l'électricité changera fondamentalement. Vous avez une demande fluctuante et en même temps une offre fluctuante. Le lien et l'interaction entre ces deux dimensions sont devenus l'objet d'intenses recherches. Il pourrait y avoir de nouvelles défaillances des marchés émergents.

Puissance virtuelle

Duisburg est une ville graveleuse juste à l'ouest d'Essen, un important centre de fabrication de munitions de la Seconde Guerre mondiale qui a été réduit en ruines par les bombardements alliés. C'est là que RWE, l'un des quatre principaux services publics allemands, travaille à la frontière d'une autre technologie cruciale : les centrales électriques virtuelles, dans lesquelles un logiciel contrôle intelligemment un grand nombre de petites sources d'énergie (et, éventuellement, des sites de stockage distribués) pour coordonner leur production en vente sur les marchés de l'énergie. L'objectif est de transformer des milliers de sources d'énergie renouvelables, dont chacune n'est pas fiable à elle seule, en un vaste réseau sur lequel les services publics peuvent compter. C'est un concept fulgurant, mais qui n'en est qu'à ses balbutiements.

À l'intérieur d'un laboratoire situé devant un abri antiaérien construit par les nazis en forme de chapeau de sorcière pointu, les chercheurs de RWE testent une douzaine de chaudières à gaz et de piles à combustible conçues pour générer à la fois de la chaleur et de l'électricité. En théorie, les services publics pourraient faire appel à des centaines de milliers d'unités résidentielles - et de plus grandes alimentant des immeubles d'appartements ou de bureaux - pour générer de l'électricité supplémentaire pour le réseau en un clin d'œil. Jusqu'à 5 % de l'électricité allemande pourrait être produite de cette manière, soit la quantité que les services publics s'attendent à tirer des nouveaux parcs éoliens offshore.

Atteindre ce point pourrait prendre des décennies, car les propriétaires et les entreprises remplacent progressivement leurs chaudières existantes et l'infrastructure est mise en place pour synchroniser des centaines de milliers de sources d'alimentation. Mais à une heure à l'est de Duisburg, dans un immeuble de bureaux des années 1960 à la périphérie de Dortmund, les ingénieurs testent un réseau plus modeste comme point de départ. Une salle de serveurs au sous-sol sert de plaque tournante de communication pour 120 petites centrales électriques qui produisent ensemble 160 mégawatts d'électricité à partir de sources renouvelables, principalement éoliennes, mais aussi biomasse et solaire. Le logiciel prend en compte les prévisions météorologiques et assemble un bloc d'électricité renouvelable d'origine éolienne et solaire, en allumant et en éteignant les installations de biogaz selon les besoins pour équilibrer la production fluctuante et créer un bloc d'énergie stable.

Les premiers projets comme celui-ci sont des tremplins vers des systèmes plus sophistiqués qui incluent la gestion de la demande : les services publics compenseraient les clients pour avoir accepté de réduire automatiquement leur consommation d'énergie pendant les périodes de pointe de la demande. Un jour, les systèmes pourraient également tirer de l'énergie des batteries des voitures électriques en stationnement, ou y stocker l'excès d'énergie, pour compenser les changements du vent.

GE et d'autres sociétés poursuivent également de tels concepts. Ce que l'on sait aujourd'hui, c'est que le marché de l'énergie sera décentralisé ; ce sera un marché fragmenté, dit Reimelt, de GE. Avant, nous avions quatre entreprises de services publics. Aujourd'hui, nous avons 350 entreprises produisant de l'électricité, allant jusqu'à un millier, et jusqu'à un million si vous comptez toutes celles qui ont un panneau solaire sur le toit. Ainsi, l'une des tendances que nous constatons est qu'il faut moins mettre l'accent sur la production d'électricité et davantage sur la gestion de l'énergie.

Perplexe en Bavière

Les baies vitrées derrière le bureau de Wolfgang Mayer, le burgermeister de la petite ville bavaroise de Gundremmingen, offrent une vue imprenable. À un kilomètre et demi se trouvent les tours de refroidissement jumelles des unités B et C de la centrale nucléaire de Gundremmingen, qui constituent ensemble la plus grande source d'énergie nucléaire en Allemagne. Bien située à mi-chemin entre les centres industriels de Stuttgart et de Munich, la centrale a la capacité de produire 2,6 gigawatts d'électricité. Mayer est déconcerté par le transition énergétique , qui menace des centaines d'emplois en ville et pourrait nuire aux recettes fiscales. Ils disent 2017 pour fermer l'unité B et 2021 pour l'unité C, dit-il, faisant signe vers l'usine. Mais c'était en même temps qu'ils démarraient en 1989 ! Une personne normale ne peut pas comprendre. Quelle est la logique ?

Les tours de refroidissement d'une centrale nucléaire de Gundremmingen sont visibles derrière les maisons dont les propriétaires profitent des subventions à l'énergie solaire. L'usine est marquée pour la fermeture.

Mayer n'est pas seul dans sa perplexité. Il y a beaucoup de choses dans la politique actuelle qui ne sont sans doute pas logiques. À court terme au moins, la décision de fermer les centrales nucléaires signifie que le transition énergétique poussera en fait les services publics à s'appuyer davantage sur le charbon. L'année dernière, par exemple, RWE a allumé deux nouvelles chaudières planifiées de longue date dans une installation existante près de la frontière belge qui brûle le combustible fossile le plus sale de tous : le lignite brun. Bien que ces chaudières soient plus propres que celles qu'elles remplacent, la centrale au charbon est la plus grande du genre au monde, et elle tourne à plein régime ces jours-ci pour répondre à la demande d'électricité.

Si vous fermez huit centrales nucléaires, qui étaient sans carbone, du jour au lendemain, vous augmenterez les émissions de carbone, dit Weale. Il faudra être plus dépendant du charbon que prévu. Il peut être difficile de réduire les émissions de CO2 aussi rapidement qu'on le souhaite. Les décisions prises maintenant sur les types de centrales électriques à installer auront des répercussions pendant des décennies, dit-il : vous ne pouvez pas effectuer de changements soudains d'un actif à un autre.

Un deuxième problème est que même en ce qui concerne les sources d'énergie alternatives, l'Allemagne ne récompense pas la réduction du dioxyde de carbone. Au contraire, sa politique établit des subventions bien définies pour des technologies spécifiques : un kilowattheure d'énergie solaire est récompensé plus que l'énergie éolienne offshore, qui à son tour gagne plus que l'énergie éolienne terrestre. Même si les subventions solaires ont été réduites à des taux bien inférieurs à ceux bloqués par Leurs, l'énergie solaire paie toujours les taux les plus élevés. Si la réduction des émissions était l'objectif, cependant, plus d'argent serait consacré à la réduction de la consommation d'énergie. Si vous pouviez choisir les instruments optimaux, en vous concentrant d'abord sur les domaines où vous pouvez atteindre vos objectifs à moindre coût, vous vous concentreriez moins sur les énergies renouvelables que sur l'efficacité, explique Pittel, économiste de l'énergie à Munich.

Les subventions actuelles n'encouragent pas non plus l'innovation autant qu'elles rentabilisent les technologies existantes. Il y a peu d'incitations à, par exemple, développer des technologies photovoltaïques radicalement nouvelles, même si celles-ci pourraient finalement être le seul moyen de rendre l'énergie solaire non subventionnée suffisamment bon marché pour concurrencer les combustibles fossiles.

Pour certains économistes allemands, la politique énergétique du pays est tout simplement erronée. Hans-Werner Sinn, président de l'Institut Ifo de recherche économique de l'Université de Munich, est particulièrement cinglant. le transition énergétique est un virage vers nulle part, parce que les technologies vertes ne sont tout simplement pas suffisantes pour remplacer les besoins énergétiques de la société moderne, dit-il. Il est faux de fermer les centrales atomiques, car il s'agit d'une source d'énergie bon marché, et l'éolien et le solaire ne sont en aucun cas en mesure de fournir un remplacement. Ils sont beaucoup plus chers et l'énergie qui en sort est de qualité inférieure. Les industries à forte intensité énergétique se retireront et la compétitivité du secteur manufacturier allemand sera réduite ou les salaires seront déprimés.

Les politiciens allemands, bien sûr, parient que Sinn a tort. Et de nombreux signes encourageants militent contre son pessimisme. Le coût des panneaux solaires a fortement baissé, ce qui signifie que l'énergie solaire pourrait devenir plus compétitive. Les coûts de la batterie peuvent suivre. Si les combustibles fossiles continuent de devenir plus chers, les sources d'énergie renouvelables sembleront plus attrayantes. Quarante ans, c'est long, et l'on est continuellement surpris par les évolutions technologiques favorables, par exemple, la baisse du prix des cellules solaires, dit Weale. De mon point de vue, je tiens à souligner à quel point le défi transition énergétique est. Pour le moment, ça s'annonce difficile. Mais avec les bonnes incitations, on peut avoir de bonnes raisons de croire que le progrès technologique sera beaucoup plus rapide que prévu.

David Talbot, Revue de la technologie Dans correspondant en chef de , a écrit sur la culture des startups au Kenya en mars.

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