JAKUB KOZDRA – OZE

Cytując Sherlocka Holmesa, gdy wyeliminujesz wszystko, co jest niemożliwe, to cokolwiek pozostanie, jakkolwiek nieprawdopodobne, musi być prawdą. To motto domyślnie przyświeca ambitnemu planowi dekarbonizacji całej energii, który przewiduje większość entuzjastów energii odnawialnej. Do zielonej transformacji zachęca aktywnie sam papież Franciszek, który w Laudato Si’ pisze, iż istnieje pilna potrzeba opracowania polityki, tak aby w ciągu najbliższych kilku lat można było drastycznie ograniczyć emisję dwutlenku węgla i innych silnie zanieczyszczających gazów, na przykład poprzez zastąpienie paliw kopalnych i rozwój źródeł energii odnawialnej. W rzeczy samej, przeciętnej wielkości katolicki kościół, który zrealizuje projekt solarny o mocy 100 kW i przejdzie na wydajne oświetlenie LED, zrównoważy około 4/5 energii, którą tradycyjnie otrzymywałby od swojego przedsiębiorstwa energetycznego. W ciągu 25 lat ten jeden kościół wyeliminuje niemal 3000 ton metrycznych emisji dwutlenku węgla, co odpowiada ponad 7 milionom mil przejechanych przez przeciętny samochód osobowy. Czy jednak OZE to jedyna prawda, jedyne rozwiązanie?

Analizując odnawialne źródła energii, ekonomiści, a także eksperci w dziedzinie energetyki wskazują na szereg zalet i wad ich ogólnego wykorzystania. W związku z tym niektórzy podkreślają, że zastosowanie każdej energii odnawialnej wymaga analizy zrównoważonego rozwoju, która jest zależna od trzech głównych komponentów, którymi są efekty środowiskowe, koszty zewnętrzne oraz względy stricte ekonomiczne (vide finansowanie).

Precyzyjne zdefiniowanie odnawialnych źródeł energii jest wyzwaniem samym w sobie, przede wszystkim ze względu na istnienie różnorodnych zasobów i wyborów energetycznych, a także różnych celów, które promują ich działanie. W wielkim skrócie można stwierdzić, że alternatywne źródła energii to wszystkie te źródła, które są alternatywą dla zasobów kopalnych, ergo rozumie się je jako wszelkie zasoby energetyczne, które mogą być naturalnie odnawialne w tempie porównywalnym lub szybszym od tempa zużycia energii przez ten zasób, względnie jako trwałe zasoby, które są obficie dostępne w przyrodzie.

Odnawialne źródła energii można podzielić na energię wiatru, energię słoneczną, energię wodną, energię uzyskiwaną z biomasy (materii roślinnej), energię geotermalną (ciepło Ziemi) oraz energię oceanów, do której można zaliczyć energię fal, pływów i prądów morskich. Szacuje się, że światowe zużycie energii z odnawialnych źródeł energii wzrosło w ostatnim dziesięcioleciu około czterokrotnie, a obecnie przekracza 20%, wciąż rosnąc. Pewni autorzy podają energię jądrową jako jedno ze źródeł alternatywnych form energii i wybrzmiewają w tym względzie kontradyktoryjne stanowiska.

Wykorzystanie odnawialnych źródeł energii znacznie wzrosło w ostatnich latach ze względu na szereg korzyści. Primo z punktu widzenia bezpieczeństwa energetycznego, bowiem odnawialne źródła energii mogą zapewnić możliwości dywersyfikacji mieszanek paliwowych. Secundo powszechne wykorzystanie odnawialnych źródeł stopniowo neutralizuje wpływ energetyki na środowisko (zmniejszenie emisji CO2 i zanieczyszczenia powietrza via zerowy lub praktycznie zerowy ślad węglowy). Tertio odnawialne źródła energii są aktywnie wykorzystywane w pakietach środków mających na celu przywrócenie gospodarki w odpowiedzi na globalne spowolnienie gospodarcze, m.in. w dzisiejszych czasach „post-COVID” (choć oczywiście warto do takiego pojęcia podchodzić z pokorą i oczekiwać dalszych fal pandemii) i w jutrzejszych czasach powojennych. Quatro, odnawialne źródła energii mogą być jednym z najbardziej skutecznych narzędzi rozwiązywania problemu dostępu do energii.

To właśnie negatywne efekty zewnętrzne spowodowane zanieczyszczeniami pochodzącymi ze spalania konwencjonalnych, kopalnych paliw są jednym z głównych argumentów przemawiających za promowaniem produkcji energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii. Jako przyjazne środowisku zasoby energetyczne, odnawialne źródła energii pojawiają się w systemie elektroenergetycznym przede wszystkim jako dodatkowe wsparcie dla już istniejących elektrowni konwencjonalnych w dostarczaniu dodatkowych ilości energii elektrycznej. Co więcej, odnawialne źródła energii zmniejszają zależność od importu, przede wszystkim energii elektrycznej, ale także niezbędnych kopalnych surowców energetycznych, a więc m.in. węglowodorów, których znaczenie w światowej polityce dostrzegamy obecnie wyjątkowo bacznie i od importu których warto się możliwie uniezależnić.

Kolejna korzyść z wykorzystania odnawialnych źródeł energii przejawia się w sprzyjaniu rozwojowi gospodarczemu, a konkretnie rozwojowi sektora energetycznego i wszelkiej działalności związanej z tą branżą. Źródła odnawialne wywołują znaczący efekt mnożnikowy w tych krajach, których przemysł jest zdolny i potrafi produkować maszyny i urządzenia energetyczne w oparciu o innowacje technologiczne, zwłaszcza zaś w ich eksporcie.

Innowacje, które promują zmiany techniczne/technologiczne w nowych strukturach rynkowych zostały przez wielu zidentyfikowane jako najważniejsza korzyść z wykorzystania odnawialnych źródeł energii. W rzeczywistości innowacje są związane z nowymi procesami technologicznymi w sektorze energii odnawialnej, które prowadzą do poprawy procesów biznesowych i wzrostu gospodarczego. Również zmiany technologiczne i innowacje, jak stopniowy rozwój technologii odnawialnych źródeł energii, zwiększają zapotrzebowanie na wykwalifikowaną siłę roboczą, co bezpośrednio wpływa na wzrost zatrudnienia. Oprócz tego podkreśla się instrumentarium polityczne, które przyczynia się do ochrony środowiska i zrównoważonego rozwoju. Jednym z takich instrumentów jest tzw. rozwój gospodarczy oparty na energii, który integruje rozwój gospodarczy oraz politykę i planowanie energetyczne w nową dziedzinę zarządzania gospodarką narodową. Rozwój gospodarczy oparty na energii definiuje się jako proces, w którym decydenci w zakresie planowania i rozwoju gospodarczego i energetycznego, urzędnicy państwowi i reszta emanacji państwa, przedstawiciele przemysłu i inni aktorzy rynku dążą do zwiększenia efektywności energetycznej i/lub dywersyfikacji zasobów energetycznych w sposób, który tworzy nowe miejsca pracy i sprzyja dobrobytowi regionu. Istota koncepcji rozwoju gospodarczego opartego na energii polega na zaspokojeniu potrzeb rozwoju gospodarczego i energetycznego. Tak więc podstawowe cele dotyczą zwiększenia efektywności energetycznej, dywersyfikacji zasobów i samowystarczalności, poprawy przemysłu oraz wzrostu i rozwoju gospodarczego, rozwoju przedsiębiorczości, zachęcania do innowacji technologicznych, a także wzrostu poziomu zatrudnienia i specjalizacji.

Medal ma jednak zawsze dwie strony, kij zaś dwa końce. Oprócz wielu zalet wynikających z wykorzystania odnawialnych źródeł energii istnieją pewne wady i ograniczenia w ich codziennym użytkowaniu.

Przede wszystkim ze względu na swoje naturalne cechy, źródła odnawialne zależą całkowicie od położenia geograficznego i warunków pogodowych, a mianowicie zmienność i nieprzewidywalność źródła odnawialnego jest znaczącym ograniczeniem i trudnością w wytwarzaniu energii elektrycznej. Ograniczenie to może być złagodzone przez jakościowe planowanie i staranny wybór miejsca dla danego źródła energii odnawialnej, a także przez prowadzenie pomiarów i wykonywanie badań środowiskowych. Również ze względu na duże dobowe oscylacje dostępności źródła odnawialnego, na bazie którego wytwarzana jest energia elektryczna, konieczne jest rozważenie możliwości przyjęcia energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych do systemu elektroenergetycznego. W sieci systemu elektroenergetycznego zawsze musi istnieć odpowiednia rezerwa, która może zniwelować niedobór występujący w przypadku braku dostępności danego odnawialnego źródła energii. Ponadto sieć elektroenergetyczna w określonym miejscu może odebrać tylko określoną ilość energii elektrycznej bez ryzyka przeciążenia lub zakłócenia stabilności systemu elektroenergetycznego. Wskazuje się, że największe trudności w przyjęciu energii elektrycznej do sieci stwarzają farmy wiatrowe, przede wszystkim ze względu na stosunkowo dużą moc zainstalowaną farm wiatrowych.

Porównując odnawialne źródła energii z tradycyjnymi kopalnymi źródłami energii; źródła odnawialne mają braki w zakresie zdolności (wydajności) wytwarzania energii elektrycznej, nie są w stanie wyprodukować tak dużych ilości energii elektrycznej jak elektrownie wykorzystujące paliwa kopalne. Ponadto odnawialne źródła energii mają również niższy stosunek mocy (w MW) lub produkcji (w GWh) do powierzchni lokalizacji (w metrach kwadratowych) zajmowanej przez elektrownię, w porównaniu z elektrowniami na paliwa kopalne. Oznacza to, że elektrownie wykorzystujące energię odnawialną powinny mieć znacznie większą powierzchnię niż elektrownie cieplne przy produkcji tej samej ilości energii elektrycznej. Oprócz wymaganej powierzchni, odnawialne źródła energii osiągają również stosunkowo niższą sprawność energetyczną, z wyjątkiem zasobów wodnych i farm wiatrowych.

Podobnie, ze względu na swoje naturalne cechy i dostępność energii, źródła odnawialne generalnie pracują przez krótszy czas mierzony w godzinach w ciągu 1 roku przy pełnej mocy (przy maksymalnie wykorzystanej mocy) w porównaniu z elektrowniami kopalnymi. Przykładowo, zauważając, że jeden rok kalendarzowy zawiera 8760 godzin, elektrownie węglowe lub gazowe oraz elektrownie jądrowe mogą pracować średnio do 7500 h/rok przy pełnej mocy, natomiast odnawialne źródła energii (energia wiatrowa lub słoneczna) średnio pracują tylko około 2000 h/rok przy mocy maksymalnej. Stwierdza się, że lądowe elektrownie wiatrowe pracują zazwyczaj od 2000 do 2500 h/rok, natomiast morskie elektrownie wiatrowe pracują nawet 4000 h/rok przy maksymalnej mocy, przede wszystkim ze względu na mniejszą turbulencję wiatru i większą jego prędkość. Wskazuje to na pracę elektrowni tylko z mocą zainstalowaną (pełną) w ciągu 1 roku. Normalne jest oczekiwanie pracy elektrowni przez większą liczbę godzin w ciągu roku, ale nie przy maksymalnie wykorzystanej mocy produkcyjnej. Podobnie jak w przypadku tego wskaźnika należy wskazać na wskaźnik zdolności produkcyjnej, który stanowi stosunek rzeczywistej ilości energii dostarczonej do sieci elektroenergetycznej w ciągu roku do potencjalnej ilości energii, która mogłaby zostać wyprodukowana, gdyby elektrownia pracowała z maksymalną mocą zainstalowaną przez wszystkie 8760 h/rok. Równoważny z liczbą godzin pracy elektrowni z pełną mocą w ciągu 1 roku, współczynnik wykorzystania mocy odnawialnych źródeł energii jest znacznie niższy niż elektrowni na paliwa kopalne. Exempli gratia elektrownie wiatrowe mają współczynnik mocy tylko około 20 do 35% w zależności od cech naturalnych, czyli właściwości wiatru i położenia geograficznego oraz możliwości technicznych turbin wiatrowych, w porównaniu z około 60% współczynnikiem mocy innych form elektrowni w produkcji energii elektrycznej.

Istotną wadą jeszcze większego wykorzystania odnawialnych źródeł energii jest z pewnością ich stosunkowo wysoki koszt produkcji energii elektrycznej. Obserwując trzy rodzaje kosztów; koszty kapitałowe, koszty zarządzania i utrzymania elektrowni oraz koszty paliwa, widoczne są wyższe koszty produkcji energii elektrycznej w elektrowni (wyrażone w koszcie na MWh) na OZE, z wyjątkiem elektrowni biomasowych wykorzystujących paliwo torfowe w stosunku do elektrowni na paliwa kopalne. Wynika to z wysokich kosztów kapitałowych, zwłaszcza przy budowie farm wiatrowych, których koszty kapitałowe (41,9%) są zdecydowanie najwyższe w strukturze obserwowanych podmiotów, oraz prawie takich samych kosztów paliwa w postaci drewna w elektrowniach biomasowych (40,6%). Spośród obserwowanych elektrowni, elektrownie wiatrowe, wykorzystujące (w zasadzie) nieograniczone zasoby energii wiatru, jako jedyne nie mają kosztów paliwa. W obserwowanym okresie elektrownie gazowe również mają znaczne koszty paliwowe (podobnie jak elektrownie na biomasę drzewną), ale przy bardzo niskim poziomie pozostałych kosztów. Oczywiście, jeśli w kosztach wytwarzania energii uwzględnimy koszty emisji CO2 w postaci m.in. unijny system handlu uprawnieniami do emisji (EU ETS), OZE skutecznie zyskuje na konkurencyjności, lecz to jest już niwa w znacznej mierze polityczna.

OZE jest prawdą, tj. jest prawdziwym, możliwym rozwiązaniem. Czy jedynym? Z pewnością nie. Czy słusznym? Z pewnością tak. Jest rozwiązaniem drogim i często niepopularnym, a przede wszystkim dużym wyzwaniem intelektualnym. Trzeba pogodzić interes jednostki, społeczeństwa, a najlepiej jeszcze całej planety. Warto podjąć się tego wyzwania.