OD REDAKCJI: Artykuł Roberta Kojera jest głosem w debacie nt. Czy 100% OZE w Polsce jest realne? Powstał w odpowiedzi na opracowanie, które przygotowali Wojciech Gałosz we współpracy z Adamem Błażowskim, Witoldem Wysmułkiem i Pawłem Kisielem pt. ENERGIA JEST WSZĘDZIE, ALE diabeł tkwi w szczegółach. Autor pokusił się o pokazanie potencjału źródeł odnawialnych w porównaniu do zapotrzebowania na energię elektryczną. Wnioski są zaskakujące. Zwłaszcza po lekturze obydwu przeciwstawnych punktów widzenia.

Przedstawiciele starej energetyki i przemysłu paliw kopalnych na różne sposoby próbują przekonywać, że energetyka 100% OZE jest niemożliwa. A jeżeli możliwa, to strasznie kosztowna. A jeżeli możliwa i nie taka znowu kosztowna, to stanowiąca tak duże obciążenie dla środowiska, że już lepiej niech zostanie tak, jak jest…

Kasandryczne przepowiednie, jakoby duży udział OZE prowadził do rozstrojenia systemu elektroenergetycznego jakoś się nie potwierdzają, pomimo coraz większego udziału źródeł pogodowozależnych w różnych krajach. Co prawda wiatraków czy fotowoltaiki nie można uruchomić na żądanie, lecz po pierwsze: można je w każdej chwili wyłączyć (gdy w sieci jest zbyt dużo energii) i po drugie: można z dużą dokładnością prognozować ich pracę. Gdy źródła te nie zapewniają wystarczającej ilości energii, do pracy wchodzą istniejące elektrownie cieplne. Oczywiście, czym więcej elektrowni wiatrowych i słonecznych pracuje w systemie, tym rzadziej potrzebne są elektrownie cieplne i tym mniej godzin w roku muszą pracować.

W mit drogiej energetyki odnawialnej wierzą już chyba tylko niektórzy pracownicy Ministerstwa Energii,więc nie będę tego wątku rozwijał. Pozostaje aspekt środowiskowy. Czy 100% OZE w Polsce oznacza monokultury rzepaku na biopaliwa i kukurydzy dla biogazowni? Czy musimy przerobić lasy na pellet? Czy wszyscy będziemy żyć w cieniu wiatraków? Czy olbrzymie połacie kraju przykryjemy panelami?

Jak realnie może wyglądać 100% OZE W Polsce?

Załóżmy, że:
• nie spalamy biomasy;
• nie marnujemy ziemi ornej na uprawy energetyczne;
• nie budujemy zapór na rzekach;
• nie czekamy na nowe przełomowe wynalazki, używamy znanych i opanowanych technologii;
• jesteśmy w skali kraju w 100% samowystarczalni energetycznie, co oznacza, że nie importujemy węgla, gazu ani ropy naftowej oraz rezygnujemy z krajowego wydobycia węgla i gazu.

W zasadzie wystarczą nam trzy technologie wytwarzania:
• wiatr na morzu i na lądzie;
• fotowoltaika;
• elektrownie cieplne zasilane biometanem.

Jak taki system będzie działał?

Podobnie jak każdy klasyczny system elektroenergetyczny. Gdy energii produkowanej przez wiatraki i fotowoltaikę będzie za mało, do pracy wejdą elektrownie cieplne. Prognozowanie pogody, a zatem i produkcji z wiatraków i fotowoltaiki pozwala na wcześniejsze przygotowanie elektrowni cieplnych do pracy. Współpraca OZE z elektrowniami cieplnymi jest na przykład doskonale opanowana u naszych zachodnich sąsiadów.

Różnica w stosunku do starej energetyki polega na tym, że w miarę wzrostu zainstalowanych mocy wiatrowych i fotowoltaicznych coraz częściej będziemy mieli zjawisko nadmiaru produkcji energii w stosunku do potrzeb. Ta nadmiarowa energia w nowej energetyce będzie wykorzystywana do bezemisyjnej produkcji wodoru oraz do celów grzewczych.

Ile energii potrzebujemy?

Zakładamy, że nasza przyszłość 100% OZE będzie całkowicie elektryczna. To znaczy elektryfikujemy ciepłownictwo, transport, przemysł chemiczny, hutnictwo itd. Poza lotnictwem dalekiego zasięgu i transportem dalekomorskim elektryfikacja tych sektorów gospodarki jest już dzisiaj całkowicie możliwa.

Według obliczeń prof. Jana Popczyka, eksperta w sprawach energetyki, w perspektywie roku 2050 – pomimo elektryfikacji całej gospodarki – zużycie energii elektrycznej w Polsce utrzyma się na dzisiejszym poziomie, tzn. około 170 TWh rocznie. Będzie to osiągnięte dzięki rosnącej efektywności energetycznej naszej gospodarki.

Załóżmy jednak, że będziemy dużo bardziej rozrzutni i nieefektywni, niż zakładają to akademickie obliczenia. I przyjmijmy, że docelowo będziemy potrzebować dwa razy więcej energii elektrycznej niż obecnie, to znaczy 340 TWh rocznie.

Fotowoltaika produkuje najwięcej energii w letniej połowie roku, wiatraki w zimowej, elektrownie cieplne będą uzupełniać energię w czasie ciemnej ciszy, zatem przyjmijmy produkcję roczną:
• wiatr 150 TWh
• fotowoltaika 150 TWh
• elektrownie cieplne 40 TWh

Dużo to, czy mało?
1Wiatr

Teoretyczna ilość energii elektrycznej, możliwa do uzyskania w Polsce to 2000 TWh rocznie dla wiatru na lądzie i 400 TWh rocznie na morzu [->]. Taką ilość energii moglibyśmy otrzymać, stawiając wiatraki na całej powierzchni kraju i na całej dostępnej przestrzeni morza. Nie brzmi to dobrze. Ale na szczęście nie potrzebujemy 2400 a zaledwie 150 TWh. Oznacza to na przykład 6% powierzchni kraju dla energetyki lądowej (120 TWh) i 8% obszaru morskiego (30 TWh).

Inaczej mówiąc 94% powierzchni Polski może być wolna od wiatraków, podobnie wolne od wiatraków może być 92% powierzchni naszego morza, a i tak energii mamy tyle, ile chcemy (choć nie zawsze wtedy, kiedy chcemy).

Trzeba podkreślić, że nowoczesne elektrownie wiatrowe, dzięki dużej długości łopat umieszczonych na wysokim maszcie, pracują nawet przy słabym wietrze, bardzo rzadko produkując mniej niż 10% swojej mocy – chociaż z drugiej strony trzeba pamiętać, że produkcja z pełną mocą też nie zdarza się często. Również problem hałasu (w tym infradźwięków) został w nowych konstrukcjach zdecydowania ograniczony (choć nie wyeliminowany do zera).

Okazuje się, że morskie farmy wiatrowe zdecydowanie korzystnie wpływają na ekosystem wodny [->]. Ponadto farmy takie, jako obszary niedostępne dla kutrów rybackich, stanowią enklawy chroniące ryby przed połowem.

Chociaż zagrożenie dla ptaków powodowane przez wiatraki nie jest tak duże, jak się powszechnie sądzi, to jednak problem ten nie powinien być bagatelizowany. Wiatraki okazują się niebezpieczne zwłaszcza dla dużych ptaków drapieżnych. Rozwiązania polegające na montażu czujników wykrywających obecność ptaków i zatrzymujących pracę wiatraka lub odstraszanie ptaków od wiatraka przez drony są możliwe do zrealizowania. Jednak konieczne jest wprowadzenie przepisów wymuszających stosowanie tego rodzaju zabezpieczeń.

2Słońce

Gdybyśmy chcieli wytworzyć nasze 150 TWh energii elektrycznej rocznie, a takie założenie przyjęliśmy, to musielibyśmy zbudować farmę fotowoltaiczną o powierzchni 4,5 tys. km2, czyli kwadrat 68 na 68 kilometrów. Mówimy tu o farmie fotowoltaicznej, z dosyć dużymi odstępami pomiędzy rzędami paneli, a nie o powierzchni samych paneli.

Część paneli można umieścić na dachach. W Polsce jest ok 5,5 mln domów jednorodzinnych. Średnia powierzchnia dachu to 100 m2. Nie każdy dach nadaje się do montażu instalacji PV, nie każdy właściciel dachu zgodzi się na taką instalację. Przyjmując zatem wykorzystanie tej powierzchni w 25% i zakładając moc paneli na poziomie 300W/m2 otrzymamy roczną produkcję 40 TWh energii elektrycznej.

fot. pxhere.com

Założenie wykorzystania jednej czwartej dostępnych dachów jest może nieco na wyrost, ale braliśmy pod uwagę tylko domy jednorodzinne. Uwzględniając dachy hal fabrycznych, zadaszenia parkingów, dachy i elewacje bloków czy dachy budynków gospodarczych na wsi możemy powyższy wynik przyjąć jako realistyczny.

Instalacja paneli na dachach i fasadach domów ma ogromną zaletę, jaką jest… nieoptymalne ustawienie paneli względem słońca. Dlaczego nieoptymalne ustawienie jest zaletą? Skierowanie paneli bardziej na wschód i zachód, a nie tylko na południe, powoduje, że słoneczna energia pojawia się w sieci wcześniej i produkowana jest dłużej. Inaczej mówiąc, zmniejsza się zapotrzebowanie na energię uzupełniającą w szczytach porannym i wieczornym. Podobnie umieszczenie paneli pod nieoptymalnym kątem, zwłaszcza na pionowych fasadach domów, zwiększa uzysk energii w miesiącach zimowych, gdy słońce chodzi nisko nad horyzontem.

Pozostaje nam do posadowienia na gruncie instalacja, która wyprodukuje 110 TWh. Do tego potrzebna jest powierzchnia 3300 km2, czyli jeden procent powierzchni kraju. Dla porównania, tereny zdegradowane zajmują ok. 3% powierzchni Polski [->]. Dla malkontentów dodajmy jeszcze, że fotowoltaika jest przyjazna dla pszczół i… dla piwa [->].

Na tym można chyba zakończyć rozważania, czy w Polsce jest wystarczająco dużo miejsca na wiatraki i fotowoltaikę.

3Biogaz

Cieszymy się energią ze słońca i wiatru, ale co, gdy nie świeci i nie wieje dostatecznie mocno? Wtedy cieszymy się energią z elektrowni cieplnych. Nie chcemy spalać biomasy, Polska ma zbyt słabe usłonecznienie, by działały u nas siłownie heliotermiczne, źródła geotermalne też nie mają temperatury wystarczającej do produkcji prądu. Dlatego w Polsce warto postawić na biogaz.

Zacznijmy od podstaw – czym jest biogazownia? Otóż jest to zakład przetwarzający substancje organiczne pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego. Wsadem do biogazowni może być słoma, trawa, zepsuta czy przeterminowana żywność, odpadki z rzeźni, serwatka z mleczarni, gnojowica, pomiot kurzy i tak dalej. Jako wsad stosuje się również kiszonkę kukurydzy, specjalnie w tym celu uprawianej. Produktem biogazowni jest biogaz oraz tzw. poferment, czyli pozostała po fermentacji masa organiczna, będąca doskonałym nawozem.

Przyjęliśmy założenie, że nie będziemy przeznaczać ziemi ornej na uprawy energetyczne, czyli do dyspozycji pozostaje nam biomasa odpadowa z rolnictwa, przetwórstwa żywności oraz biodegradowalna frakcja odpadów komunalnych.

Naukowcy z Instytutu Przyrodniczego w Poznaniu szacują, że opierając się wyłącznie na biomasie odpadowej możemy produkować ok. 13,5 mld m3 biogazu rocznie [->]. Przy czym nie chodzi tu o maksymalną wartość teoretyczną, lecz o wartość możliwą realnie do uzyskania, przy ostrożnych szacunkach. Przykładowo, z rocznej produkcji słomy, szacowanej na ponad 30 mln ton, założono przeznaczenie na cele biogazowe zaledwie 8 mln ton.

Biogaz jest mieszaniną metanu (ok. 60%), dwutlenku węgla i niewielkich ilości innych gazów, czyli 13,5 mld m3 metanu oznacza roczną produkcję 8 mld m3 metanu.
Biogaz można użyć bezpośrednio w biogazowni, na przykład do produkcji energii elektrycznej, jak to się obecnie na ogół odbywa. Ale można zrobić inaczej. Gdybyśmy nasze 13,5 mld m3 biogazu oczyścili, usuwając z niego dwutlenek węgla, to otrzymamy ok. 8 mld m3 gazu (o jakości gazu ziemnego), który można wtłoczyć do sieci gazowej i zmagazynować. A następnie użyć do zasilania elektrowni cieplnych.

Oczywiście wymaga to przebudowy sieci gazowych na pracę w dwóch kierunkach, ale wedle wszelkich przewidywań na takie projekty będzie stosunkowo łatwo uzyskać dofinansowanie.
Możemy pójść jeszcze dalej – dwutlenek węgla, usuwany z biogazu, możemy w osobnym bioreaktorze połączyć z wodorem (wytworzonym w procesie elektrolizy) – technologia jest znana pod nazwą biologicznej metanizacji wodoru.

Zatem, bazując wyłącznie na realnie dostępnym strumieniu biomasy odpadowej, bez upraw celowych, mamy do dyspozycji 8 mld m3, a stosując powszechnie biometanizację wodoru nawet 12 mld m3 metanu rocznie. Przy sprawności produkcji prądu z gazu na poziomie zaledwie 35% otrzymamy 46 TWh energii elektrycznej rocznie. Energii w pełni sterowalnej, dostępnej na żądanie.

Nie trzeba pozyskiwać energii wszędzie. Wystarczy wykorzystać część tego, co i tak się marnuje.

Robert Kojer

Artykuł 100% OZE w Polsce, czyli energia jest wszędzie, a nam potrzeba tylko trochę pochodzi z serwisu REO

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Please enter your comment!
Please enter your name here