Warunki pogodowe a odnawialne źródła energii

     Czy odnawialne źródła energii są ekologiczne? Nie w pełni. A czy środowisko jest przyjazne dla OZE? Nie zawsze. Jakie ograniczenia i skutki uboczne niesie za sobą technologia energii odnawialnej? Postaram się kompleksowo wyjaśnić wady tego typu rozwiązań, a także porównać je do płynących z ich wykorzystania korzyści. W artykule omówimy różne sposoby generowania energii odnawialnej, skupiając się na panelach fotowoltaicznych oraz turbinach wiatrowych. Są to dwa najbardziej powszechne i aktualne sposoby produkcji energii odnawialnej na dzień dzisiejszy w Polsce. Przyjrzymy się kosztom produkcji, utrzymania, efektach użytkowania, demontażu oraz recyklingu. Zapraszamy na rozliczenie z OZE.

     Rozsądna strategia energetyczna Państwa powinna opierać się na dywersyfikacji źródeł pozyskiwania energii. Najlepiej widać to na przykładzie Chińskim – do 2025 roku OZE miało zaspokoić ponad 50% potrzeb zużycia energii. Udało się to już w 2023 r. Dodajmy, że Chiny są globalnym liderem produkcji energii z każdego źródła. Do 2060 r. planują osiągnąć neutralność klimatyczną. Patrząc na tempo zmian, niewykluczone, że wielkie Chiny osiągną ten cel szybciej niż mała Polska. Nie zapominajmy jednak, że w energetyce najważniejsze jest bezpieczeństwo. Warto zadbać o niewykorzystany zapas produkcyjny energii z atomu czy paliw kopalnianych, ponieważ OZE jest znacznie bardziej zależne od czynników pogodowych. Wymaga też dostosowania rozbudowanej infrastruktury (np. domowe „farmy" fotowoltaiczne). W wyborze elektrowni, po zamożności, najważniejszy czynnik stanowią uwarunkowania naturalne na danym obszarze. W grę wchodzą także ideologie (przykład Niemieckiego atomu), stopień zależności od czynników zewnętrznych (np. import uranu czy węgla) lub dostępne technologie (w przyszłości fuzja termojądrowa). Z powodu wymienionych czynników, polityka energetyczna każdego Państwa jest inna. Przykładowo, kraje takie jak np. Norwegia, Kirgistan czy Etiopia korzystają w ponad 90% z energii wodnej. W przypadku tego sposobu pozyskiwania energii, uprzywilejowane są kraje górzyste i z dużą ilością rzek. Doskonałym przykładem jest Brazylia, gdzie tym sposobem produkuje się ok. 65% energii. Spore osiągnięcie jak na tak duży kraj. Innym ciekawym sposobem wytwarzania energii jest biomasa i biopaliwo. Prowadzi Wielka Brytania z udziałem 15% w całkowitej produkcji. Warto wspomnieć o energii geotermalnej, która ma znaczenie w Indonezji, Australii, Nikaragui czy Islandii. Wróćmy jednak na Stary Kontynent. Jedynie jeden kraj w UE opiera się w ponad 50% na energii odnawialnej. Jest to Szwecja (dane za 2021 r. – Eurostat). Większość pozostałych nie korzysta z OZE nawet w 25%. Tym niemniej, średnia UE wynosi 21,77%. Cel na 2030 r. to 32%. Dla kontrastu, Islandia i Norwegia zostawiły konkurencję daleko w tyle, opierając się na OZE w ponad 75%. Przypomnę, że w Polsce jest to 15,62%. Zdarzają się jednak dni, gdzie zapotrzebowanie jest średnio niższe, a produkcja z OZE średnio wyższa tak, że samo OZE prawie zaspokaja potrzeby obywateli. Dodajmy tylko, że moc dostępnych elektrowni musi się w najbliższych latach znacznie zwiększyć ogółem, jeśli mamy dążyć do społeczeństwa opartego na prądzie bez paliw kopalnianych. To tyle jeśli chodzi o ogólny przegląd energetyczny.

     Nie tylko warunki atmosferyczne, ale również cykl doby ma znaczenie dla OZE. Panele fotowoltaiczne, jak wiadomo – produkują energię prawie wyłącznie od wschodu do zachodu słońca. Tymczasem zapotrzebowanie na energię jest najwyższe tuż po zachodzie. Od świtu do wieczora zapotrzebowanie na energię można opisać krzywą w kształcie litery „U". Podobnie wygląda krzywa od zmierzchu do jutrzenki. Wynika z tego, że w momentach największego zapotrzebowania panele słoneczne nie pracują z pełną efektywnością, a więc prawdopodobnie nie wystarczą do zapewnienia wystarczającej ilości energii społeczeństwu. Innego rodzaju elektrownie muszą maksymalizować produkcję energii w momentach szczytowego zapotrzebowania, co zwiększa koszt energii. Z drugiej strony, między 8 a 16 panele fotowoltaiczne mogą znacząco obniżać ceny za prąd, ponieważ zapotrzebowanie jest niższe, a ich efektywność najwyższa. Fakty te skłaniają do łączenia sposobów pozyskiwania energii w celu optymalizacji zużycia prądu, zależnie od czasu oraz warunków. Gospodarstwo domowe z fotowoltaiką zyskuje, ponieważ jest mniej podatne na wahania cen, obniżają się rachunki za prąd, a sama instalacja zapewnia większą niezależność energetyczną. Warto wspomnieć, że dla indywidualnego inwestora okres zwrotu za panele to ok. 6 – 8 lat.

     Co więcej, należy uwzględnić koszty środowiskowe. Szacuje się, że co roku globalnie na śmieci trafia 100 000 ton zużytych paneli fotowoltaicznych. Zależnie od popytu na energię solarną, do 2050 r. tonaż odpadów wzrośnie do 60-80 milionów ton. Z czego to wynika? Otóż wydajność paneli spada co rok o kilka % . To, czy to będzie 3% lub też 8% zależy od warunków atmosferycznych właśnie. Okazuje się, że okoliczności ciągłego nasłonecznienia nie są idealne, ponieważ przegrzewanie paneli przyspiesza ich zużycie. Pomaga za to wiatr, który działa jak chłodziwo. Na podstawie m.in. wymienionych czynników określa się żywotność paneli fotowoltaicznych na 20, maksymalnie 30 lat. Co dalej? Ministerstwo Środowiska w 2016 r. postanowiło narzucić koszt recyklingu na producenta lub importera. Na każdy kilogram wprowadzonego do obrotu panelu fotowoltaicznego odprowadzano opłatę 1,8 zł na poczet recyklingu. Niestety przepisy zmieniły się, a podmioty importujące panele zobowiązane są jedynie do kilkunastogroszowej opłaty na rzecz odbioru zużytych paneli przez firmy zajmujące się recyklingiem. Na ten moment mało kto utylizuje panele, dlatego takich firm działa bardzo niewiele. Jak to rozwiązanie sprawdzi się za kilkanaście lat? To jak zwykle okaże się w praktyce. Z drugiej strony rząd łatwo może stymulować popyt na recykling paneli, ponieważ surowce użyte w ich produkcji są proste i korzystne do odzyskania. Główny składnik to szkło – odzyskiwalne w 95 %. Do tego dochodzi aluminiowa ramka, którą nietrudno przetopić. Bardziej zaawansowane metody odzysku pozwolą na ponowne użycie krzemu, miedzi czy srebra. Planuje się także wprowadzenie na rynek warstwy perowskwitowej, która miałaby poprawić wydajność i żywotność paneli fotowoltaicznych. Na ten moment, temat recyklingu w Polsce pozostaje w dużej mierze zagadką na przyszłość.

     Przyjrzyjmy się teraz cechom turbin wiatrowych. Ich największą zaletą jest brak zanieczyszczeń generowanych w procesie eksploatacji. Pozwala to więc uniknąć opłat za emisję CO2. Co więcej, pojedyncza turbina zajmuje mniejszą powierzchnię od tradycyjnych elektrowni. Może być wybudowana na trudnym terenie, np. na dnie morza gdzie pęd wiatru jest szybszy niż na lądzie. Jeśli turbina znajduje się w pobliżu zabudowań, zwiększa dochód do gminy z tytułu podatków od elektrowni wiatrowych. Korzystają również mieszkańcy, płacący mniej za prąd. Inwestor indywidualny zanotuje zwrot inwestycji w wiatrak po ok. 10 latach. Podobnie jak w przypadku paneli fotowoltaicznych, żywotność wiatraków to ok. 20 – 30 lat. Turbiny stanowią sensowne uzupełnienie tzw. dużej energetyki, które łagodzą lub niwelują potencjalne braki w dostawach energii z dużych elektrowni. Jest to technologia bardzo podatna na rozwój. Przykładowo, w 2018 opatentowano w UK turbinę typu O, która pozwala na pozyskiwanie energii z wiatru z wszystkich kierunków, w tym w obszarach intensywnie zabudowanych.

     Dodajmy, że turbina wiatrowa jest najbardziej podatna na niekorzystne warunki atmosferyczne. Dopóki wiatr wieje z prędkością od 5 do 25 m/s – turbina pracuje i generuje prąd. Dla mniejszych wartości się to nie opłaca, a dla większych istnieje ryzyko uszkodzeń mechanicznych. Docelowo, średnia roczna prędkość wiatru powinna oscylować w ok. 7 m/s. Liczba dni wietrznych również ma znaczenie. W Polsce jest ich 250, o średnim pędzie 3-4 m/s. Lokalizowanie turbin wiatrowych w Polsce opłaca się najbardziej na wąskim pasie północnym, przy wybrzeżu Morza Bałtyckiego oraz na Suwalszczyźnie. Są to dość specyficzne warunki, które warto wziąć pod uwagę przy planowaniu tego typu inwestycji. Turbiny wiatrowe to też spore wyzwanie dla recyklingu. Fundament wieży to jedynie beton i stal. Gondola składa się ze stali, miedzi oraz krzemionki. Natomiast najbardziej problematyczne są łopaty. Złożone z polimerów zbrojonych włóknami (FRP) – zawierają włókna szklane, węglowe, aramidowe i bazaltowe. Około 80-90% wiatraka podlega recyklingowi. Pozostałe 10-20% to właśnie łopaty składające się owych polimerów. Ten materiał jest obecnie złomowany poprzez pocięcie łopat i zakopanie. Alternatywne rozwiązania stosuje się w Niderlandach i Danii, gdzie wkomponowane elementy zużytych wiatraków wykorzystuje się w architekturze miejskiej. Odpady po recyklingu służą jako np. przystanki, place zabaw czy ławki. Tego typu rozwiązania są bardzo sensowne gdy weźmiemy pod uwagę, że popyt na FRP w UE stale rośnie, z 5 tys. ton w 1991 do 346 tys. ton w 2015. Szacuje się, że do 2030 r. na same instalacje turbin wiatrowych zużyje się 4 mln ton FRP. Złomowanie takich ilości nie opłaca się. Dlatego raczkują także inne, zaawansowane metody recyklingu FPR. To poddawanie polimerów procesom chemicznym w celu otrzymania granulatów tworzyw sztucznych dla budownictwa. To również piroliza, czyli odzyskiwanie włókien do ponownego wykorzystania w produkcji betonu, farb czy kleju. Turbiny wiatrowe mają również wiele wad środowiskowych i społecznych. Degradacja krajobrazu, zagrożenie dla ptaków czy zacienienie spowodowane dużymi gabarytami wiatraka to jedne z nich. Do tego dochodzi rzekomy Syndrom Turbin Wiatrowych przejawiający się problemami ze snem, koncentracją i bólami głowy u osób mieszkających w pobliżu wiatraków. Prowadzone obecnie badania zalecają odległość od 2,5 do 3 km od zabudowań mieszkalnych. Wpływ ma także szum turbin oraz wydzielane niesłyszalne infradźwięki, powodujące zmęczenie. Dochodzą koszty związane z rekultywacją terenu, a nie pomaga obniżenie wartości gruntów ulokowanych w pobliżu turbin. Nieprzypadkowo w Polsce o wiele lepiej przyjęły się panele fotowoltaiczne.

     I choć OZE znacząco podlegają wahaniom rynkowym, dostępności surowców czy wojnom handlowym na linii Chiny – USA / UE – okazują się być tańsze od energetyki konwencjonalnej. Wynika to także z polityki UE, która wspiera OZE dopłatami, a stopniowo niweluje energetykę paliw kopalnianych opłatami za emisję. Przykładowo, w 2015 za 10 mln euro można było wybudować farmę wiatraków o mocy 6 MW, a w 2021 r. farmę o mocy 8 MW. Od tamtego czasu zmiany cenowe na rynku są bardziej dynamiczne. Jeśli mówimy o elektrowniach wiatrowych na morzu („offshore"), są one średnio trzy razy droższe i adekwatnie - do trzech razy potencjalnie bardziej wydajne od lądowych („onshore"). Państwa Skandynawskie, a w szczególności Dania przoduje w morskiej energetyce wiatrowej. Płytkie przybrzeżne wody oraz silny wiatr sprzyjają ekspansji tego typu elektrowni. W ten sposób udało się Duńczykom zejść kosztowo do poziomu 2,1 mln euro za MW, co w przypadku morskiej energetyki wiatrowej robi wrażenie. Z kolei pozyskiwanie energii ze słońca okazuje się być w zasięgu przeciętnego, Europejskiego obywatela. Międzynarodowa Agencja Energetyczna szacuje, że w 2030 r. 100 milionów gospodarstw domowych na świecie korzystać będzie z paneli fotowoltaicznych. W naszym kraju to już ponad 1,2 miliona. Biorąc pod uwagę powyższe prognozy, zalety, wady, korzyści i koszty OZE – jak oceniasz perspektywy odnawialnej energii w Polsce?

Jeśli chciałbyś lepiej poznać substancje wykorzystywane do produkcji paneli czy wiatraków, możesz to zrobić w laboratorium. Pomożemy je zaprojektować oraz urządzić. Wiemy co robić, ponieważ od prawie 30 lat POLFLEX dostarcza nowoczesne rozwiązania pomagające badać to, co nieznane. Wspieramy w dokonaniu optymalnego wyboru. Skontaktuj się z nami pod adresem polflex@polflex.pl lub zadzwoń: 56 654 45 25

Zapraszamy na naszą stronę!
https://polflex.pl/