Tysklands gigantiska energiprojekt

Tyskland stänger sina kärnkraftverk och ska ersätta dem med sol- och vindkraft. Ett riskfyllt och kostsamt projekt som i mångas ögon är en panikreaktion efter Fukushimahaveriet. Men egentligen är det något som startade tidigare, en genomtänkt strategi med stor politisk majoritet som uppnåtts efter decennier av debatt och diskussioner.
Frågan är om landet klarar de minst sagt högt ställda målen för sin ”energiewende” – energiomställning. Riskerna är enorma – men det kan också vinsterna vara.

För en stor industrination som Tyskland är god energitillgång till ett rimligt pris en nödvändighet. Tyskland har ingen egen olja, utan måste importera den. Dessutom importerar man gas och tidvis även en del kol- och kärnkraft. Om man analyserar vilka hot som finns mot energitillgången, så hittar man flera sådana som inom några år kan bli verkliga dödsstötar.

Det finns en ändlig tillgång på fossila bränslen. Många anser till exempel att ”peak-oil” ligger nära i tiden. Detta samtidigt som allt fler länder konkurrerar om de återstående tillgångarna. En stor del av oljan finns i instabila länder och det kan lätt uppstå konflikter i kampen om tillgångarna. Oljan kommer definitivt att bli dyrare de närmaste decennierna och en vacker dag kommer den att vara orimligt dyr. Kol finns dock i stora mängder, även i politiskt stabila regio­ner. Att producera energi med hjälp av kol är också relativt billigt. Den stora nackdelen är stora koldioxid­utsläpp som kan påverka klimatet.

Visserligen bedrivs forskning som syftar till att avskilja och lagra koldioxid från kolkraftverk, men användbar och ekonomisk teknik för detta ligger en bit fram i tiden. Att förlita sig på kol och olja som enda energikällor ses inte som ett alternativ i Tyskland. Fortsatt ohämmad förbränning av fossila bränslen ger ökade koldioxid­utsläpp och en befarad höjning av jordens medeltemperatur.

Vi vet inte exakt vad som händer om medeltemperaturen höjs med några grader, men i värsta fall kan det medföra oöverskådliga konsekvenser. Och i Tyskland är opinionen stark för att landet ska ta ansvar för klimatet.

Kärnkraft

Med hjälp av kärnkraft kan vi producera energi till rimliga kostnader och produktionen i sig ger inga direkta koldioxidutsläpp. Nackdelarna är att nya kärnkraftverk är mycket dyra att bygga och de är också mycket dyra att riva vid en avveckling. Kärnkrafttekniken är tekniskt komplex och kräver omfattande säkerhetsåtgärder. Använt kärnbränsle måste slutförvaras under mycket lång tid och hur det ska gå till finns det inget konsensus kring. Om ett kärnkraftverk havererar kan det få katastrofala konsekvenser för miljontals människor och oöverskådliga­ kostnader för samhället. Samman­taget är opinionen i Tyskland inte för kärnkraft.

När man har identifierat hoten kan man också se möjligheterna. Utvecklingen av förnybara energikällor går snabbt, och kommer sannolikt att gå ännu snabbare när ett land som Tyskland­ sätter sig i en tvingande situation­ som det nu gjort.
Men att vända energitrenden ger inga snabba vinster för samhället och inga lättköpta röster för politiker. Det har krävts en hel del politiskt mod för att fatta sådana långsiktiga beslut som att vända trenden från fossila bränslen och kärnkraft till miljövänlig förnybar energi.

Förnybar energi

De fossila bränslena som nu ska ersättas var från början solljus som för miljontals år sedan, tillsammans med vatten och koldioxid, bildade syre och kolhydrater i växter. Genom geologiska och kemiska processer omvandlades kolhydraterna i växter och djur till kolföreningar som vi nu kan förbränna. Vid denna förbränning frigörs motsvarande koldioxid som en gång åtgick vid fotosyntesen.

Vindkraften är redan kraftigt utbyggd i Tyskland. Vart man än kommer syns vindkraftverk. Bild: Skylight

Vindkraften är redan kraftigt utbyggd i Tyskland. Vart man än kommer syns vindkraftverk. Bild: Skylight

Solens strålar är alltså ursprunget till alla våra energikällor, undantaget kärnkraft. Så egentligen borde det självklara vara att ta tillvara solens energi mer direkt än att vänta några miljoner år på att den ska bli användbar.
Solen kommer att fortsätta att sprida sitt ljus över jorden under överskådlig tid framöver. Och solstrålar kostar ingenting. En del av solener­gin omvandlas till vindenergi när atmosfären­ strävar efter att utjämna de temperatur- och tryckskillnader som skapats av solvärmen. Vindarna överför i sin tur en del av sin energi till haven i form av vågenergi.

Även vattenkraften kan räknas in i denna solenergins näringskedja, eftersom solen värmer haven och avdunstar vatten till vattenånga som kondenserar till moln. Vindarna transporterar molnen till bergstrakter, där de fäller vattnet i form av regn och snö. Energin alstras sedan i turbiner, när vattnet rinner tillbaka till havet. Sol- vind- våg- och vattenkraft kallas förnybar energi, eftersom den flödar till oss i en oändlig ström och i praktiken aldrig tar slut.

Teknik kostar

Sol och vind är gratis, men tekniken för att utnyttja dem är inte gratis. Det kostar att bygga vindkraftverk och att tillverka solceller. Dessa kostnader måste motsvaras av en lönsam energiproduktion. Vind- och solenergi har tidigare inte varit tillräckligt lönsamma för att ta upp kampen mot den billigare oljan. Men det håller på att vända. Samtidigt som oljan blir dyrare, blir solceller mer effektiva och billigare. Samma sak gäller vindkraften som blir allt mer kostnadseffektiv. Och den utvecklingen kommer antagligen att fortsätta. Ingen kan säga om det handlar om några år eller några decennier, men förr eller senare kommer den förnybara energin att vara billigare än den fossila. Men där är vi inte än, vilket gör att det höjts ett och annat ögonbryn över Tysklands beslut att ställa om till förnybar energi­ – deras ”energiewende”.

Energiewende

Tyskland har på allvar antagit utmaningen om att skapa en hållbar energiutveckling med det revolutionerande projektet Energiewende (energivändning) som kom igång 2010. Energiewende har två huvudmål:
• Idag står den förnybara energin för 20 procent av Tysklands elenergiförsörjning. År 2050 ska den andelen vara 80 procent.

• All kärnkraft i Tyskland skulle vara avvecklad till 2033. Detta ändrades efter kärnkrafthaveriet i Fukushima 2011 till ett mycket mer drastiskt mål, nämligen att omedelbart stänga åtta kärnkraftverk och att sätta slutdatum för de nio återstående till 2022.

Att ersätta all kärnkraft och nästan all olja, gas och kol med förnybar energi på 38 år är en gigantisk utmaning, enligt många en omöjlig dröm. Hur tänker då tyskarna? Delvis tänker de småskaligt. De stora kraftbolagen har hittills varit försiktiga med att ge sig in i osäkra framtidsprojekt. Därför satsar tyska staten på privatpersoners och små företags entreprenörsanda.

Tyskland satsar stort på miljö­vänlig energi. Över 45 TWh el kommer från vindkraft, vilket kan jämföras med Sveriges­ omkring 6 TWh. Bild: Skylight

Tyskland satsar stort på miljö­vänlig energi. Över 45 TWh el kommer från vindkraft, vilket kan jämföras med Sveriges­ omkring 6 TWh. Bild: Skylight

Subventioner

Ett exempel är en lag som kallas Erneuerbare Energien Gesetz (EEG). Den innebär att producenter av förnybar energi får företräde i kraftnäten.  När solen lyser och när det blåser tillräckligt, måste kol- och kärnkraftverk dra ner på elproduktionen till förmån för sol- och vindkraften som produceras då.

För att privatpersoner ska våga satsa på till exempel solceller på taket har man fastställt ersättningen per kilowattimme i många år framåt för den ström som levereras till nätet, vilket gör det lätt att göra ekonomiska kalkyler på en egen solcellsanläggning. Med hjälp av webbverktyg kan man kalkylera hur mycket el den egna anläggningen kan tänkas producera och när den kan gå med vinst.

Energieffektivisering

Energiewende handlar inte bara om att ersätta fossil energi och kärnkraft med förnybar energi. Man vill också minska den totala energikonsumtionen genom effektiviseringar. Inom industrin finns stor potential för att effektivisera energianvändningen genom att satsa på ny teknik med högre verkningsgrad. Den elenergiintensiva­ industrin ska också kompenseras för alltför höga elpriser, så att de ska kunna behålla sin konkurrenskraft gentemot andra länders industrier. Sådana kompensationer har man rätt att göra inom EU:s regelverk för utsläppsrätter­. Den största potentialen när det gäller att spara energi finns nog inom byggnaders energieffektivitet. Byggnader förbrukar idag 40 procent av Tysklands totala energi.

Solceller finns överallt i Tyskland, på villor, hyreshus, lador, affärer och fabriker. De flesta solcellsanläggningar är småskaliga, men det finns också större anläggningar. Bild: Skylight

Solceller finns överallt i Tyskland, på villor, hyreshus, lador, affärer och fabriker. De flesta solcellsanläggningar är småskaliga, men det finns också större anläggningar. Bild: Skylight

Genom nya bestämmelser och subventioner som styrmedel vill man, med hjälp av renoveringar och moderniseringar, minska byggnaders energianvändning med 80 procent fram till 2050. Tyska staten vill leda denna utveckling genom att bara upphandla tjänster och produkter i denna sektor med högsta tänkbara energieffektivitet. Målet är att alla allmänna byggnader ska bli klimatneutrala och nära nollenergiklassade.

Den totala målsättningen är att minska landets elkonsumtion med tio procent fram till 2020 och med 25 procent fram till 2050. Det är en verklig utmaning, men mycket kan göras genom att privatpersoner ändrar sina vanor lite. Om man till exempel sänker inomhustemperaturen med en grad, kan man spara ungefär sex procent av uppvärmningskostnaderna.

Kraftnätet

Elnätet i Tyskland är sedan gammalt baserat på närproduktion av el och elsystemen har utvecklats på olika sätt i de olika delstaterna. Nu sker utbyggnaden av vindenergi i främst norra Tyskland och haven därutanför, medan solenergin kanske främst kommer att byggas ut i den södra delen. För att binda samman dessa områden vars energiproduktion oftast inte är tillgängliga samtidigt, behövs ett nytt effektivare och flexiblare kraftledningsnät, och detta är en av de saker man kommer att satsa stort på. Fram till 2020 räknar man med att bygga i storleksordningen 200 till 300 mil nya kraftledningar i Tyskland. Att ge stöd för forskning inom energiområdet är en viktig faktor för att man ska lyckas med projektet. Där prioriterar man förstås den förnybara energin och energieffektiviteten, men också teknik för energiöverföring och lagring av energi. Satsningen kostar stora summor, men man räknar med att det långsiktigt betalar sig. Under budgetåret 2010/11 satsade tyska staten­ över motsvarande tio miljarder kronor på forskning och utveckling inom energi­sektorn, varav nästan fyra miljarder på förnybar energiteknik.

Det ena utesluter inte det andra – sol- och vindkraft i en och samma anläggning. Bild: Skylight

Det ena utesluter inte det andra – sol- och vindkraft i en och samma anläggning. Bild: Skylight

Fossil energi under en övergångsperiod

Den tyska kärnkraften som har stått för 23 procent av landets elproduktion, kan inte på bara tio år ersättas av förnybar energi. För att fylla gapet efter de nio återstående kärnkraftverken som snart ska stängas bygger man 17 nya högeffektiva fossileldade kraftverk.

Det står i motsättning till målen att minska på koldioxidutsläpp, men en förhoppning är att så småningom kunna använda teknik för avskiljning och lagring av koldioxidutsläpp från dessa kraftverk. Man kommer också fortsätta att importera och exportera el inom den europeiska elmarknaden. Tyskarna är mer negativa till kärnkraft och mer positiva till vind- och solenergi än vi svenskar. Enligt en undersökning tycker 80 procent av tyska folket att det är acceptabelt med en extraskatt på 30 öre per kilowattimme för att subventionera den förnybara energivändningen.

En hel del tycker till och med att man kan höja den skatten. Under alla förhållanden kommer energi att bli dyrare på några decenniers sikt. Men på ännu längre sikt finns en chans att energin både blir billigare och mer miljövänlig.

Tysklands gammalmodiga kraftnät måste moderniseras – och ett modernt elnät kan spara mycket energi. Bild: Skylight

Tysklands gammalmodiga kraftnät måste moderniseras – och ett modernt elnät kan spara mycket energi. Bild: Skylight

Kommer Tyskland att lyckas?

Energiewende är ett enormt projekt, som nu bara står i startgroparna. Nästan allt arbete har landet framför sig. Och det kommer att ta lång tid. De kommer att möta misslyckanden och besvikelser, som alltid när man är först ut med något stort och nytt.

Andra länder följer noga vad som händer och tyskarna tar en stor risk. Det finns ingen som kan säga om de kommer att lyckas eller inte. Det handlar inte bara om teknik, utan också om landet lyckas hålla fast vid den politiska kursen eller om opinionen svänger.

Vänder man på frågan, kan man se på vilka hot som finns om man fortsätter som förut. Hur det slutliga resultatet av Energiewende kommer att se ut och hur Tysklands energilösning ser ut 2050 vet ingen. Men en tidig satsning mot visionära mål gör att de kan komma långt på den utstakade vägen. Även om Tyskland står i en särklass, så satsar många länder på förnybar energi. Det handlar inte bara om klimat och miljö, utan också om att bli mindre beroende av olja och andra produkter som importeras från instabila och inte alltid så demokratiska länder. Förnybar energi håller på att bli en industri att räkna med, och hur det än går med Energiewende så kan satsningen ge Tyskland en stor konkurrensfördel.

Energiewende är ett fullskaleexperiment, och om det lyckas kommer det att påverka hela världen.  

Fakta: 
Vindenergi
Vindkraftparker till sjöss är bra på många sätt, men ett problem är att anslutningarna till elnätet blir dyra. Det är något som tyskarna nu tittar närmare på.

Vindkraftparker till sjöss är bra på många sätt, men ett problem är att anslutningarna till elnätet blir dyra. Det är något som tyskarna nu tittar närmare på.

Tysklands vindenergikapacitet ligger idag på cirka 25 gigawatt, vilket är ungefär tio gånger större än Sveriges vindkraftkapacitet. Tyskarna vill öka sin kapacitet till 45 gigawatt till 2020 och till 85 gigawatt 2050. Räknat i producerad el stod vindkraften för 46,5 terawattimmar år 2011. Landbaserad vindkraft är tekniskt väl utvecklad och är förhållandevis billig och har därför stor utbyggnadspotential.

Turbiner som installerats före 2002 ska ersättas med nya tystare turbiner med högre verkningsgrad. Dessa är dessutom lättare att integrera i kraftnätet. Man utarbetar nya kriterier för optimal placering av vindkraftparker med hänsyn taget till både tillgänglig vindenergi och så lite störning som möjligt för kringliggande bebyggelse.

På längre sikt vill man också bygga ut havsbaserade vindkraftparker. Här har tyska staten genomfört omfattande åtgärder för att också den ska kunna få sitt stora genombrott. Man bidrar till finansiering av de första tio offshore-vindkraftparkerna för att utvärdera teknik som ska göra havsbaserad vindkraft mer lönsam.

Ett problem med havsbaserad vindkraft är att det är dyrt att ansluta den till elnätet. Genom att installera centrala anslutningspunkter,  sk cluster connections, vill man göra det billigare än dagens dyra individuella anslutningar.

Biomassa
Biogasanläggningar blir en allt vanligare syn på den tyska landsbygden. Bild: Skylight

Biogasanläggningar blir en allt vanligare syn på den tyska landsbygden. Bild: Skylight

Biologiskt avfall från jordbruk och skogsbruk och avfall från livsmedelsproduktion kallas biomassa och kan antingen förbrännas direkt eller omvandlas till biogas i rötningsanläggningar. Tyskland är idag Europas största producent av biomassa för förbränning. Bara England kommer i närheten.

Man räknar med att förbränning av biomassa och biogas kommer att vara en av hörnpelarna i den framtida förnybara energimixen, tillsammans med vind- och solenergi. Biogas som huvudsakligen består av metan används också till att driva bilar.

Solenergi
En miljon husägare i Tyskland installerade solceller under 2011, och energin från dessa har blivit något att räkna med. Bild: Skylight

En miljon husägare i Tyskland installerade solceller under 2011, och energin från dessa har blivit något att räkna med. Bild: Skylight

Att omvandla solljus till el med hjälp av solceller väntas bli en viktig komponent i framtidens energimix. Priserna på solceller har på fem år sjunkit med ungefär 60 procent och man förväntar sig att priserna går ned med ytterligare 40 procent fram till 2020. Solenergi blir alltmer lönsamt. Tack vare statliga subventioner installerade omkring en miljon husägare i Tyskland solcells­anläggningar bara under 2011. Det har inneburit en fördubbling av landetellsanläggningar tillsammans producera en tredjedel av Tysklands elbehov.

Lagring av energi
Företaget Enertrag gör vätgas av el. Utmaningen­ är att göra processen effektivare.

Företaget Enertrag gör vätgas av el. Utmaningen­ är att göra processen effektivare.

Vind- och solkraft har en uppenbar nackdel – det är inte säkert att det blåser och solen skiner just när elektriciteten behövs som bäst. Även om sol och vind kan stå för en stor del av energibehovet, så behövs en backup.
Tyskland kommer därför att satsa en hel del på forskning för att lagra energi. Bland annat kan man tänka sig stora batterier eller vattenkraftdammar, men det räcker knappast för att lösa hela Tysklands energilagringsproblem.

En annan tänkbar lösning på energilagringsproblemet är vätgas. I den lilla staden Prenzlau, en timmes ­bilresa norr om Berlin, finns en testanläggning som drivs av vindkraftbolaget Enertrag. Vid några stora vindkraftverk finns en elektro­lysator, som med hjälp av el från vindkraften omvandlar vatten till vätgas. Det är egentligen inget märkligt i sig, så har man gjort tidigare, men då med el från kolkraftverk. Vätgasen som tillverkas i elektrolysatorn i Prenzlau lagras i det befintliga stadsgasnätet som har en enorm lagringskapacitet.

Producerad vindkraft­el som för tillfället inte behövs kan då lagras som vätgas i ett gasnät med kapacitet att lagra vätgas motsvararande Tysklands hela elbehov i flera månader.

När man behöver el, kan vätgasen förbrännas och driva turbiner.

Och det enda utsläpp som sker vid förbränning av vätgas är vanligt vatten.

Men även det är en framtidsfråga – idag är förlusterna för stora och tekniken måste utvecklas för att det ska bli lönsamt att tillverka vätgas. De som arbetar med denna teknik är dock optimistiska och övertygade om att det snart ska bli ekonomiskt lönsamt.

Tysklands elproduktion
Sedan 1990 har den tyska elen i allt större utsträckning kommit från förnybara energikällor.
Särskilt vindkraft står nu för en betydande del av elproduktionen, och solkraft kommer starkt.
Geotermisk energi är för liten för att synas i diagrammet, men potentialen kan vara förhållandevis stor.

Målsättningen

Energiewendeprojektets målsättning är att 80 procent av elkonsumtionen och 60 procent av den totala energikonsumtionen ska levereras av förnybara energikällor år 2050.

Acceptans

De flesta tyskar är välvilligt inställda till att bo intill anläggningar för förnybar energi, medan kolkraft och kärnkraft är mindre populära grannar. Jämfört med Sverige är acceptansen för vindkraft betydligt större, trots (eller på grund av) att tyskar i allmänhet har större erfarenhet av vindsnurror.

Material från
Allt om Vetenskap nr 3 - 2017

Mest lästa

Fler nyheter

Fler nyheter