Desertul Sharei, secretul crizei de energie din Europa?

Desertul Saharei si, in general, Africa de Nord, reprezinta una dintre cele mai mari resurse energetice neexploatate din lume.

Energia solara care loveste suprafata acestui desert are potentialul de a alimenta intreaga lume, un singur panou solar amplasat aici, in Algeria, este capabil sa genereze de 3 ori mai multa electricitate decat acelasi panou amplasat in Germania.

Ceea ce a fost candva un dezavantaj geografic, soarele arzator al acestor tinuturi dezolante ar putea acum sa ofere un boom economic pentru aceste natiuni saracite din punct de vedere istoric. Un panou dintr-o ferma solara amplasata aici, cu o dimensiune de 1 metru patrat, ar genera, in medie, intre 5 si 7 kWhs de energie in fiecare zi.

Daca marim acest numar la 1 kilometru patrat, generam 5 – 7 Gigawati ora de energie in fiecare zi. Daca marim la 1 000 de kilometri patrati, generam 5 – 7 Terawati ora de energie in fiecare zi. Suficient pentru a satisface aproape 100% din nevoile energetice ale Europei. Inmultititi acest numar cu 10 si generam 50-70 de Terawati ora pe zi.

Suficient pentru a alimenta intreaga lume. Aceasta este o statistica impresionanta si deseori repetata. Calcule de servetel care deseneaza o noua viziune drastica asupra lumii. O Utopie alimentata cu energie solara. Au fost intocmite chiar planuri pentru a transforma matematica simpla intr-o realitate, dar realitatea are un mod de a interfera cu calculele futuriste de genul acesta. Toate planurile de a transforma acest vis in realitate au esuat. In acest episod vom afla de ce. Transportul energiei electrice din aceste regiuni indepartate este prima provocare.

In prezent, exista doar doua interconexiuni care leaga Africa de Nord de Europa. Ambele sunt situate intre Maroc si Spania. Doua interconexiuni de 700 de megawati. Una a fost finalizata in 1998, iar cea de-a doua in 2006. O a treia conexiune ar trebui sa fie finalizata inainte de 2030, pentru un total de 2100 de megawati.

Daca am dori sa transportam suficienta energie electrica pentru a alimenta Europa, fara a lua in considerare pierderile de transport si problemele de stocare, am avea nevoie de inca 592-831 de aceste interconexiuni de 700 de megawati. Acestea nu sunt doar simple cabluri pe care le intindem intre tari.

Acestea sunt piese de infrastructura incredibil de complicate si costisitoare.

Cea de-a treia interconexiune care uneste retelele din Maroc si Spania este estimata la 150 de milioane de dolari. O investitie enorma, in urma careia ambele tari vor plati jumatate din factura. Alte 592 de astfel de conexiuni ar costa cel putin 8,9 miliarde de dolari, cifra obtinuta prin simpla inmultire a 150 de milioane cu 592, dar aceste conexiuni reprezinta cea mai scurta cale de acces la Europa din Africa de Nord. Ele vor fi cele mai ieftine de construit.

Pentru a construi o retea cu adevarat interconectata, vom avea nevoie de interconexiuni si mai lungi, care sa conecteze Tunisia cu Sicilia, Algeria cu Sardinia si mai departe cu nordul Italiei, Libia cu Creta si mai departe cu Grecia si Turcia si cu restul retelei din Orientul Mijlociu, construind in acelasi timp suficiente interconexiuni interne in Europa pentru a facilita trecerea parsalului solar spre nord, in timp ce energia eoliana este comercializata spre sud. Acest plan va necesita miliarde de euro pentru a fi finalizat.

Cu toate acestea, chiar si cu aceste probleme, liderii europeni au elaborat planuri de conectare a Africii de Nord si a Orientului Mijlociu la Europa, ei considera ca costurile pot fi recuperate. Desertec este, sau poate mai bine zis a fost, o initiativa condusa de Germania, axata pe un fond de investitii de jumatate de trilion de dolari, care ar investi in infrastructura de generare si de transport in Africa de Nord si in Orientul Mijlociu. 55 de miliarde de euro au fost alocate pentru cresterea capacitatilor de transmisie in Marea Mediterana.

Aceasta investitie ar urma sa fie destinata atat transportului de curent alternativ de inalta tensiune pe distante mai scurte, cum ar fi cele dintre Maroc si Spania, cat si transportului de curent continuu de inalta tensiune pe distante mai lungi. Exista o distanta critica la care transportul curentului alternativ de inalta tensiune nu are sens. Daca am reprezenta grafic pierderile de transmisie pe kilometru pentru transmisia de curent alternativ si de curent continuu, ar arata cam asa: curentul continuu pierde mai putina energie pe kilometru.

Cu toate acestea, pentru a converti energia din reteaua noastra regionala de curent alternativ in curent continuu pentru aceste cabluri de transmisie pe distante lungi, avem nevoie de transformatoare si convertoare costisitoare.

Daca, in schimb, comparam costul cu distanta, se ia in calcul aceasta infrastructura.

Ar arata cam asa, si putem vedea ca liniile de curent continuu si cele de curent alternativ se intersecteaza in jurul valorii de 500-800 de kilometri. Acesta este punctul de echilibru in care curentul continuu devine mai rentabil. Astfel, liniile care leaga Marocul direct de Spania, care se intind pe o distanta de numai 28 de kilometri, nu au sens pentru curentul continuu de inalta tensiune. In timp ce liniile mai lungi care leaga Tunisia de Italia vor fi probabil linii de curent continuu de inalta tensiune.

Pierderile de transmisie pentru curentul continuu de inalta tensiune sunt de aproximativ 3% la 1 000 de kilometri, iar capitala Germaniei se afla la numai 1 800 de kilometri de Tunisia. Transmiterea energiei, cu atat de multi bani de investitii, este perfect fezabila. Tehnologiile exista. Sa trecem, asadar, la partea de generare a planului Desertec.

Desertec a fost formulat cu gandul la energia solara concentrata, care functioneaza foarte diferit fata de panourile solare fotovoltaice. Instalatiile de energie solara concentrata ar fi raspandite de-a lungul granitelor deserturilor Sahara si Arabiei. O astfel de instalatie exista deja in Maroc si este cea mai mare centrala de energie solara concentrata din lume. Este masiva, cu 3 sectiuni separate, Noor 1, 2 si 3, fiecare folosind variante usor diferite de energie solara concentrata, care se combina pentru a furniza cei 510 MegaWatts.

Noor 1 si 2 sunt ambele sisteme bazate pe sistemul trough, care utilizeaza oglinzi parabolice cu un tub situat in punctul focal al oglinzii. Tubul contine un ulei sintetic care colecteaza caldura de la cele 500.000 de oglinzi parabolice raspandite pe o suprafata de 308.000 de metri patrati. Acest ulei devine extrem de fierbinte, pana la 400 de grade Celsius, ceea ce ii permite sa fiarba apa intr-un schimbator de caldura pentru a actiona o turbina cu abur, care furnizeaza electricitate pentru retea. De asemenea, uleiul de 400 de grade este suficient de fierbinte pentru a topi sarea intr-un sistem de stocare a caldurii din sare topita.

Sistemul de stocare a caldurii din sare topita de la Noor 1 poate stoca suficienta caldura pentru a mentine centrala in functiune timp de 3 ore, in timp ce Noor 2 are o capacitate de stocare suficienta pentru 7 ore. Cu toate acestea, sarea se solidifica la 110 grade si, daca acest lucru se intampla, centrala nu va functiona dimineata, astfel incat Noor 1 si 2 au nevoie de un sistem de ardere a combustibilului fosil pentru a mentine toate fluidele de lucru ale sistemului la temperaturi minime de functionare pe timpul noptii si pentru a mentine sistemul de ulei in functiune.

Acest sistem de ardere a combustibilului fosil poate, de asemenea, sa mentina functionarea centralei ca o sursa de energie de baza fiabila. Eliminarea necesitatii de a avea centrale de varf separate pe gaz natural. Noor 3 nu utilizeaza aceste oglinzi parabolice si foloseste in schimb un sistem de turnuri. Este aceasta impresionanta instalatie circulara din nord. Arata mai putin ca o instalatie industriala si mai mult ca o instalatie artistica de tip „omul care arde” din epoca noua.

Acest design permite ca Noor 3 sa scape de uleiul, instalatiile sanitare si pompele de la Noor 1 si 2, iar in schimb foloseste oglinzi dispuse in cercuri concentrice in jurul unui turn central. Oglinzile sunt apoi controlate pentru a concentra lumina intr-un singur punct al turnului, care incalzeste direct sarea topita, care este fluidul de lucru, in locul unui sistem pe baza de ulei.

Concentratia solara aici este mult mai mare si, in schimb, temperaturile atinse sunt mult mai ridicate. Apa fiind incalzita la 550 de grade. Acest lucru permite ca sistemul bazat pe turn sa utilizeze turbine cu abur mai eficiente, iar utilizarea sarii topite ca fluid de lucru elimina necesitatea unui schimbator de caldura intre ulei si sare topita in sistemul de stocare a caldurii Noor III este singurul sistem de energie solara concentrata bazat pe turnuri in functiune din lume cu stocare in sare topita, dupa inchiderea in 2019 a centralei Crescent Dunes din Nevada.

Centrala Crescent Dunes si-a incetat activitatea in 2019, dupa numai 4 ani de functionare. NV Energy a rupt contractul de achizitie cu centrala dupa ce aceasta nu a reusit sa indeplineasca cerintele de performanta. Fiind afectata de probleme de intretinere, inclusiv o oprire de 8 luni din cauza unei scurgeri in rezervorul de sare topita. Chiar si atunci cand era pe deplin operationala, energia electrica produsa de centrala costa 135 de dolari pe megawatt ora, in timp ce o centrala fotovoltaica din apropiere costa 30 de dolari pe megawatt.

Si aici se afla miezul problemei. Costul energiei solare concentrate pe megawatt era extrem de competitiv fata de energia fotovoltaica in 2009, dar in ultimul deceniu energia fotovoltaica a devenit obscen de ieftina. Energia solara concentrata pur si simplu nu poate concura pe o astfel de piata, iar acelasi lucru se poate observa si in cazul Noor 1, 2 si 3.

Cu toate acestea, in prezent, ele sunt masurate pe baza unui sistem de masurare numit costul nivelat al energiei electrice, care reprezinta o medie a costurilor de generare a energiei electrice pe intreaga durata de viata a centralei. Cu toate acestea, acest indicator nu ia in considerare costul de stocare a energiei fotovoltaice, care este adesea doar un beneficiu inerent al energiei solare termice concentrate. Prin urmare, in viitor, industria ar trebui sa utilizeze o masura combinata a costului de stocare si a costului energiei electrice.

Cea mai recenta adaugare la acest parc solar este Noor 4, un parc de panouri solare care contribuie cu 73 de megawati. Odata cu aparitia panourilor solare ieftine, Desertec, contrar a ceea ce v-ati putea astepta, era sortit esecului. Energia termica solara concentrata, prin natura sa, are nevoie de mult teren. Centrala are o temperatura minima viabila de functionare, iar pentru a o atinge avem nevoie de suficiente oglinzi pentru a reflecta lumina.

Panourile solare nu au aceasta problema. Panourile solare pot fi instalate pe acoperisul caselor, in parcari sau chiar pe campurile fermierilor pentru a ajuta la umbrirea plantelor care au nevoie de umbra. Nu avem nevoie de terenuri uriase pentru a le face sa functioneze. Si pentru ca sunt atat de ieftine, este perfect fezabil sa construim ferme solare mai mici in Germania, sa evitam pierderile de transmisie si sa nu ne asumam riscul financiar masiv de a investi miliarde de dolari intr-o tara care nu este a ta. Acest lucru este deosebit de important, deoarece multi investitori ezita sa investeasca bani in aceste tari adesea volatile.

Nu trebuie sa ne uitam mai departe de atacul din 2013 asupra unei uzine de gaze naturale BP din Algeria pentru a vedea de ce aceasta investitie ar fi considerata riscanta in multe parti din Africa de Nord. „Este o resursa economica vitala pentru Algeria, insa aceasta se afla izolata in mijlocul unui desert vast. Aceasta este o radacina de tranzit pentru Al Qaeda in Africa de Nord, nu e de mirare ca a fost atat de dificil de aparat si o tinta atat de tentanta pentru militanti.”

Acesta este exact motivul pentru care Germania investeste in schimb in propria productie interna de energie fotovoltaica, iar in 2020 energia solara a reprezentat 10% din productia de energie a Germaniei. Aceasta idee a tarilor europene de a extrage resurse naturale din Africa pentru a beneficia de propria economie are cateva paralele istorice problematice de netagaduit. Orice investitie straina de acest gen va veni cu anumite garantii de aprovizionare pentru Europa.

Dincolo de dificultatile de organizare a unei astfel de cooperari transfrontaliere, acest lucru nu va fi bine primit atunci cand tara care gazduieste aceste centrale are nevoie de energie pentru propria retea. Pentru a-si dezvolta economia sau pur si simplu pentru a-si stabiliza propria retea pentru nevoile curente. Situatia devine si mai problematica atunci cand luam in considerare cantitatea de apa de care au nevoie aceste instalatii pentru racire, pentru turbina cu abur si pentru a mentine oglinzile curate.

Aceasta instalatie din Maroc foloseste intre 2,5 si 3 miliarde de litri de apa in fiecare an, luand apa de la un baraj aflat la 12 kilometri distanta. Marocul este deja predispus la seceta, astfel incat cresterea cererii de apa, doar pentru a satisface nevoile de energie ale Europei, in timp ce se ia apa de la fermele care ii hranesc pe cetatenii marocani, este si mai problematica.

Pentru a extinde cu adevarat aceasta productie de energie, ar fi nevoie de o imbunatatire tehnologica care sa reduca consumul de apa, sau pur si simplu sa asociem instalatiile cu uzinele de desalinizare si sa folosim apa suplimentara, daca este cazul, pentru a iriga fermele locale, pentru a stimula si mai mult economiile locale.

Pentru ca acest vis de a transforma deserturile sterile ale Pamantului in centre de generare a energiei sa devina realitate, trebuie sa fie o miscare la nivel de baza. Nu un megaproiect imperialism de tip new age care vine cu o serie intreaga de garantii in schimbul unei investitii de aproape jumatate de trilion de dolari. Africa de Nord este una dintre cele mai afectate regiuni din lume de schimbarile climatice, desertificarea si deficitul de apa devenind o problema serioasa.

Acest plan, in ciuda bunelor intentii de la suprafata, a urmarit sa exploateze aceste tari care au suferit cel mai mult din cauza industrializarii occidentale. Nu trebuie sa cautam dovezi ca aceasta a fost intentia lor. In momentul in care s-a dezvoltat tehnologia care sa permita tarilor europene sa isi asigure necesarul de energie regenerabila in interiorul propriilor granite, planul s-a dezintegrat. Acest plan nu a avut niciodata ca scop ajutorarea natiunilor africane.

Dar, ideea nu este moarta in apa. Aceste tari dispun de resurse naturale pentru a beneficia de energia solara. Marocul este in cea mai buna pozitie pentru a da un exemplu. Apropierea sa de Spania permite interconectari relativ scurte la reteaua europeana. Guvernul sau este relativ stabil in comparatie cu vecinii sai din Africa de Nord, cu un indice de stabilitate politica de minus 0,33. Algeria, Tunisia, Libia si Egipt au un indice mult mai scazut si, desi Marocul dispune de resurse solare abundente, beneficiaza si de vanturi consistente din desert de-a lungul coastei sale.

Marocul are potentialul de a investi in propriile nevoi energetice, exportand in acelasi timp surplusul de energie catre Europa. Un exemplu de urmat. Incet-incet, Marocul nu mai este un importator net de combustibili fosili, ci un exportator de energie. Infrastructura locala pentru a beneficia in primul rand de populatia locala. O natiune africana care isi foloseste resursele pentru a beneficia in primul rand de ele insele.

Potentialul viitorului energiei solare din Africa este incontestabil.

Tehnologiile care faciliteaza comertul transfrontalier cu energie exista, iar investitiile sunt in curs de realizare pentru a creste capacitatea de comert cu acest al treilea interconector intre Maroc si Spania, finantat in mod egal de ambele parti, asigurand conditii de concurenta echitabile. Aflarea celor mai bune practici pentru cresterea si imbunatatirea energiei electrice este incredibil de complicata.

Retelele de electricitate sunt, de fapt, cele mai mari masini de pe planeta. Sute de generatoare imprastiate in diferite tari, conectate intre ele prin cabluri, relee si intrerupatoare. Gestionarea manuala si luarea unor decizii rationale de catre un singur om este imposibila, iar infrastructura retelei se orienteaza din ce in ce mai mult catre o retea inteligenta, controlata de algoritmi.

Fermele de baterii angajeaza experti in codificare si matematica pentru a dezvolta algoritmi care sa le permita sa cumpere si sa vanda energia electrica pe care o stocheaza pentru a maximiza profitul, iar aceste locuri de munca sunt unele dintre cele mai bine platite si cu cea mai mare cerere din lumea de astazi.