EnergetykaKomentarze I Analizy

Energetyka wiatrowa będzie filarem zielonej transformacji

W ciągu ostatnich kilku dni po raz kolejny Polską wstrząsnęły potężne wichury, które znowu pozostawiły po sobie szereg zniszczeń – uszkodzone domy, pozrywane dachy, poprzewracane  drzewa, a nawet ranni ludzie. Silny wiatr oraz związane z nim poważne zagrożenia przypomniały nam o dwóch rzeczach: konieczności dostosowania przestrzeni życiowej do tak gwałtownych zmian siły wiatru oraz o zmianach klimatycznych, odpowiadających za rosnącą częstotliwość występowania tych zjawisk, które są przecież nietypowe dla naszej szerokości geograficznej.

Te oraz inne anomalie jak coraz cieplejsze zimy czy gorętsze lata stanowią wyraźny efekt postępujących zmian klimatycznych. O ile na rozwiązanie pierwszego problemu jest relatywnie łatwe  – uaktualnienie wymagań w budownictwie mieszkalnym, o tyle w drugim przypadku sprawa jest bardziej skomplikowana,

Jednym ze wskazywanych zagadnień jest konieczność redukcji emisji gazów cieplarnianych, ze szczególnym uwzględnieniem CO2. Ten postulat pojawia się od wielu lat we wszelkich dokumentach i porozumieniach, podpisywanych na międzynarodowych szczytach. Jednym z najbardziej zaawansowanych przykładów takich zobowiązań jest ogłoszony przez Unię Europejską Zielony Ład (ang. Green Deal), w myśl którego Europa ma się stać pierwszym na świecie, neutralnym klimatycznie kontynentem a zarazem liderem w zeroemisyjnych technologiach.

Zobacz także: W Polsce nawet samochody elektryczne szkodzą klimatowi [BADANIE]

Ogłoszone zmiany dotyczą przede wszystkim sektora energetycznego, opartego przez długi czas na paliwach kopalnych. Kwestia dekarbonizacji jest szczególnie problematyczna w przypadku Polski, stojącej przed wyzwaniami jak rosnące zapotrzebowanie na energię (wzrosło o 14% w stosunku do zeszłego roku) oraz coraz częściej poruszanego tematu niedoboru rezerw mocy. Wymaga to poszukiwania nowych źródeł energii, zgodnych z prowadzoną polityką klimatyczną. Z pomocą przychodzi wspomniany na początku wiatr, który oprócz zniszczeń może nieść ze sobą niewyczerpalne pokłady czystej energii. Jego potencjał nie pozostał niezauważony przez Unię Europejską podczas formułowania celów strategicznych programu transformacji energetyki w ramach Zielonego Ładu. Do głównych należy zredukowanie o 55% emisji do 2030 roku względem 1990, co ma zostać osiągnięte przez podniesienie udziału OZE z 32% do 40% przed 2030 r. W tym zawiera się potrzeba 300 GW mocy z wiatru do 2050 roku, co oznacza potrzebę podwojenia rocznego wzrostu budowanej mocy wiatru.

Dlaczego energia wiatru?

Zarówno w Polsce jak i na świecie, dominuje rozwój dwóch gałęzi OZE – źródeł słonecznych i wiatrowych. Porównując współczynnik wykorzystania mocy zainstalowanej dla obu technologii można zauważyć zauważalną przewagę energetyki wiatrowej, dla której wielkość ta zawiera się w przedziale 30-40%. W przypadku fotowoltaiki wynosi ona ok. 12%. Oznacza to, że w ciągu roku elektrownie wiatrowe są bardziej dyspozycyjne i mogą tym samym dostarczać nam więcej energii. Jak zatem wygląda proces pozyskiwania energii z wiatru.

W energetyce wiatrowej wykorzystywane jest to samo zjawisko, które pozwoliło na rozwój transportu lotniczego. W wyniku asymetrycznego przekroju łopaty turbiny wiatrowej (tzw. profilu), powstała w trakcie jej opływu przez powietrze, różnica ciśnień generuje niezrównoważoną siłę (podobną do siły nośnej w samolotach) napędzającą ruch obrotowy ruchomej części turbiny – wirnika. Sprzężony z nim system wałów oraz przekładni pozwala przenieść energię mechaniczną do generatora, w którym dochodzi do jej konwersji na energię elektryczną. Do niedawna instalacje wytwórcze realizujące wyżej opisany proces znajdowały się jedynie na lądzie. W ostatnich latach na popularności zyskują jednak rozwiązania ukierunkowane na całkowicie inną lokalizacje – morskie. Nasuwa się więc pytanie, które z rozwiązań jest lepsze i dlaczego?

Elektrownie onshore – co to takiego?

Technologia lądowych instalacji, wykorzystujących siłę wiatru, jest znana człowiekowi od wieków, choć na początku wykorzystywano ją do pokrywania bieżących potrzeb tj.  mielenia ziarna czy zasilania instalacji pompujących wodę, dopiero później zaczęto wykorzystywać tę energię do produkcji energii elektrycznej. Do głównych zalet lądowych farm wiatrowych należy przede wszystkim łatwiejsza instalacja, w dowolnej odległości od konsumentów, co redukuje koszty przesyłu energii. Dodatkowo, zarówno instalacja jak i utrzymanie urządzeń w odpowiednim stanie technicznym jest dużo mniej kosztowne i czasochłonne na lądzie niż na morzu.

Z drugiej strony, stawianie takich konstrukcji blisko siedlisk ludzi wiąże się z hałasem. Stanowi to również ingerencję w lokalny krajobraz. W efekcie skargi okolicznych społeczności na uciążliwe sąsiedztwo, zaowocowały uchwaleniem ustawy 10H, ustalającej minimalną, wymaganą odległość turbiny wiatrowej od budynków mieszkalnych. Długość ta, zgodnie z nazwą, ma wynosić dziesięciokrotność całkowitej wysokości elektrowni wiatrowej. Do innych wad należą również trudności z produkowaniem energii systematycznie – wiatr nie napędza turbin systematycznie, co jest spowodowane zmienna prędkością i kierunkiem wiatru oraz przeszkodami naturalnymi (wzgórza, skupiska drzew) lub sztucznymi (zabudowa).

Czym są elektrownie offshore?

Dopiero w roku 1991 powstała pierwsza morska farma wiatrowa, która została zainstalowana w Danii. Później, do końca pierwszej dekady XXI wieku powstawały jedynie pojedyncze instalacje wykorzystywane do testów, podczas których zaczęto poznawać zalety tej technologii, w tym większą produkcję niż w obiektach lądowych. Głównym powodem jest tak przede wszystkim dużo większa wietrzność niż na lądzie, co pozwala na większe uzyski energetyczne. W efekcie farmy morskie charakteryzują się wyższym współczynnikiem wykorzystania mocy zainstalowanej niż te na lądzie – typowe wartości wynoszą odpowiednio 39,94% i 26,46%. Dla nowo zbudowanych farm morskich ten współczynnik może wynosić nawet 58,4%.

Ponadto instalacje morskie nie stanowią już problemu dla lokalnej ludności, ze względu na ich oddalenie od siedlisk ludzkich. Na morzu nie ma również barier naturalnych ani sztucznych, mogących ograniczać przepływ wiatru.

Mimo wielu zalet, nie jest to jednak rozwiązanie idealne. Jeszcze przed rozpoczęciem budowy wymagane jest przeprowadzenie specjalistycznych badań głębinowych oraz także środowiskowych, szacujących wpływ przedsięwzięcia na faunę i florę rozważanego obszaru. Zarówno zbudowanie jak i utrzymanie turbin morskich jest bardziej kapitałochłonne niż dla lądowych. Przykładowo szacuje się, że uśredniony koszt energii elektrycznej (LCOE – levelized cost of electricity) wynosi na jedną megawatogodzinę $31,45 dla farm lądowych i $115,04 dla farm morskich. Jest to spowodowane oczywiście większymi rozmiarami samych turbin wiatrowych, a dodatkowo też trudniejszą ich instalacją i zapewnieniem odpowiedniej infrastruktury sieciowej – im dalej od brzegu, tym większe straty energii na jej przesyle. Dodatkowo farmy morskie muszą borykać się ze zwiększoną korozją spowodowaną wodą morską, powinny wytrzymać działanie fal,  w tym nawet także silnych sztormów. W związku z tym konieczne jest wykorzystanie do ich budowy dużo bardziej wytrzymałych materiałów, problematycznych z punktu widzenia późniejszej utylizacji.

Jak wygląda w Polsce energetyka wiatrowa?

Zgodnie z danymi GUS z 2019 r., energia wiatru stanowiła wtedy 10,6% pozyskanej energii, co dało jej drugie miejsce, za paliwami stałymi (73,4%). Zgodnie z danymi Urzędu Regulacji Energii, ze wszystkich rodzajów instalacji OZE, najwięcej mocy zainstalowanej wg stanu na 31.12.2020 mają instalacje wykorzystujące energię wiatru – 6,35 GW, co stanowiło ok. 63,63% całej mocy zainstalowanej w źródłach odnawialnych (9,98 GW). Ponadto w 2021 r. pojawiło się 48 nowych instalacji wiatrowych o mocy zainstalowanej 1,07 GW.

Dwie największe farmy wiatrowe w Polsce to LFW Potęgowo (woj. pomorskie i zachodniopomorskie) o mocy 219 MW (81 turbin) oraz LFW Margonin (woj. Wielkopolskie) o mocy 120 MW (60 turbin ). Najwięcej farm wiatrowych w Polsce znajduje się w północno-zachodniej części Polski, co wynika z najkorzystniejszych warunków wietrznych, związanych właśnie z bliskością Bałtyku oraz Morza Północnego. W ciągu najbliższych dwóch dekad udział energetyki wiatrowej w wytwarzaniu ma istotnie wzrosnąć, co wynika z planów przedstawionych w Polityce Energetycznej Polski do 2040 r. Szacuje się w nim, że w 2030 r. udział OZE w końcowym zużyciu energii brutto wyniesie 23%, a w 2040 r. co najmniej 28,5%.

Zobacz także: Produkcja energii z OZE w UE. Najwięcej w lutym, a najmniej we wrześniu

Jednym z elementów strategii zwiększenia udziału OZE w wytwarzaniu ma być rozwój Offshore. Przewiduje się również, że pierwsza morska farma wiatrowa zostanie włączona do systemu elektroenergetycznego w ok. 2024/2025 r. Takie obiekty mają powstawać w obszarze polskiej wyłącznej strefy ekonomicznej na Morzu Bałtyckim, ale istotne znaczenie dla powstawania tych inwestycji ma możliwość ich bilansowania w Krajowym Systemie Elektroenergetycznym oraz rozwój infrastruktury sieciowej.

Szacuje się, że produkcja z morskich farm wiatrowych będzie miała największy udział w wytwarzaniu energii elektrycznej z OZE, a ich moc zainstalowana sięgnie 5,9 GW do 2030 r., a nawet 11 GW do 2040 r. Chęć wdrożenia tej technologii wymusi rozbudowę sieci przesyłowej w północnej części kraju oraz konieczność budowy głównego terminalu instalacyjnego dedykowanego obsłudze procesów niezbędnych do rozwoju morskiej energetyki wiatrowej w Polsce. O intensywnym rozwoju tego rodzaju farm wiatrowych świadczy liczba złożonych wniosków o wydanie pozwoleń lokalizacyjnych na budowę morskich farm wiatrowych na Morzu Bałtyckim.

Przykładowo Polska Grupa Energetyczna posiada pięć złożonych wniosków a jej długoterminowym celem w obszarze morskiej energetyki wiatrowej jest zbudowanie co najmniej 6,5 GW mocy do 2040 roku. Obecnie spółka realizuje we współpracy z Orstedem projekt Baltica – morskiej farmy wiatrowej o łącznej mocy zainstalowanej do 2,5 GW. Innym dużym przedsięwzięciem jest inwestycja w MFW, realizowana przez spółki Polenergia oraz Equinor, w ramach której ma powstać farma wiatrowa na Bałtyku o planowanej mocy 1 200 MW.

Zobacz także: Start-up Ocean Grazer chce zapobiegać marnowaniu energii wytworzonej przez farmy wiatrowe

Obok wybudowania nowych mocy wytwórczych z MFW, istotnym wyzwaniem będzie konieczność rozbudowy i modernizacji istniejącej infrastruktury przesyłowej, zorientowanej dotychczas na przesył energii elektrycznej z uprzemysłowionego południa kraju na północ.

W przypadku lądowych elektrowni wiatrowych również istnieje możliwość rozbudowy tego typu instalacji. Z samego PEP 2040 wynika jednak, że dynamika wzrostu mocy w LFW będzie znacznie mniejsza niż dla jednostek morskich, co wynika głównie z barier regulacyjnych. Nie wyklucza to jednak budowy nowych jednostek lub, co bardziej prawdopodobne, zastępowania starych instalacjami o nowych, lepszych parametrach, wykorzystując już istniejącą infrastrukturę sieciową (re-powering). Na znaczny przyrost mocy w LFW może jednak wpłynąć jedynie zniesienie lub zmiana dotychczasowych przepisów (Ustawa 10H). Według dostępnych informacji planowana jest nowelizacja, mająca złagodzić dotychczasowe przepisy, regulujące kwestie lokalizacyjne dla farm wiatrowych na ladzie. Proponowane zmiany zakładają zmniejszenie wymaganej odległości od siedlisk ludzkich do 500 metrów. Ostateczna decyzja będzie jednak podejmowana po konsultacji z lokalną społecznością, co zwiększy kompetencje gminy w tym zakresie.

Energetyka wiatrowa na świecie

Na ten moment energia wiatru odpowiada za 16% produkcji energii elektrycznej w Europie, toteż postawiony przez UE cel na 2050 rok (300 GW) wymagać będzie ścisłej współpracy państw członkowskich w zakresie rozbudowy infrastruktury sieciowej. Głównym problemem w realizowaniu tych celów i założeń polityki UE nie jest technologia czy finanse, lecz przeszkody związane z procedurami i przepisami jakie regulują branżę farm wiatrowych. Głównym zadaniem UE powinno być zatem identyfikowanie i promowanie wdrażania najlepszych praktyk proceduralnych w tym zakresie.

Dobrym przykładem kraju stawiającego na energię wiatru jest Wielka Brytania. W 2021 roku to źródło energii stanowiło 21,4% wygenerowanego tam prądu. Na ten moment farmy morskie stanowią tam niecałe 11 GW mocy, a rząd planuje osiągnąć 40 GW przed 2030 rokiem, co jest najbardziej ambitnym celem w Europie. Jedna z największych farm wiatrowych na świecie znajduje się właśnie w tym kraju – Hornsea One. Posiada ona moc o wartości 1,2 GW i jest pierwszą farmą na świecie, która przekroczyła moc 1 GW.

W kraju jest bardzo wiele planów budowy kolejnych morskich farm wiatrowych. Jednym z nich jest Dogger Bank Wind Farm, będąca wspólną inwestycją firm Equinor oraz SSE Renewables. Projekt dzieli się na 3 fazy, które łącznie mają mieć moc zainstalowaną wynoszącą 3,6 GW. Pierwsza faza ma rozpocząć się w 2023 r. Do niedawna to właśnie Wielka Brytania była światowym liderem jeśli chodzi o moc energii wiatrowej. Jednak w 2021 roku Chińczycy zbudowali więcej mocy w wiatrowej energetyce morskiej, niż reszta świata razem w ciągu ubiegłych 5 lat. Dane z Chin wskazują, że niecałe 17 GW mocy zostało zainstalowane w morskich farmach wiatrowych w 2021.

Zobacz także: Chiny stały się światowym liderem energetyki wiatrowej. Mają jej więcej niż cały świat razem wzięty

Taki wzrost oznacza, że na ten moment Chiny operują prawie połową zainstalowanej na świecie morskiej energii wiatrowej, dysponując 26 GW z 54 GW na całym świecie, co oznacza jednocześnie spadek Wielkiej Brytanii z miejsca lidera, mającego 10 GW mocy, na drugie miejsce. Wiadomości te oznaczają, że Chiny, zwiększając znacznie udział OZE w swojej strukturze energetycznej, mogą być na bardzo dobrej drodze do osiągnięcia szczytu emisji dwutlenku węgla w 2030, a następnie zerową emisję netto do 2060 roku.

Również Stany Zjednoczone nie pozostają obojętne na rozwój energii wiatrowej na świecie. Joe Biden ustanowił cel zbudowania morskich farm wiatrowych o mocy 30 GW przed 2030 r. Co ciekawe, wielu projektów budowy farm wiatrowych podejmują się firmy z branży Oil & Gas. Przykładowo, do roku 2030 Equinor planuje budowę farm wiatrowych o mocy 12-16 GW, z czego dwie trzecie mają pochodzić z offshore

Podsumowując, branża energii wiatrowej, a zwłaszcza offshore, potężnie się rozwija i ten trend niewątpliwie będzie długo się utrzymywał, tym bardziej, że trwają prace nad rozwojem tzw. pływających turbin wiatrowych (ang. Floating wind turbine), które pozwalają na znaczne zwiększenie powierzchni dostępnych dla morskich farm wiatrowych. Będzie to bardzo ważne w regionach z ograniczoną ilością wód płytkich – wybrzeża Francji, Japonii czy zachodnie wybrzeże USA.

Kamil Rogoziński

PKEE: 41% Polaków jest skłonnych zapłacić więcej za energię, jeśli zostanie wyprodukowana z OZE!

Polecane artykuły

Back to top button