„Wiatr nie wieje ciągle, jednak jeśli gdzieś przestaje wiać, to jest to generalnie bez znaczenia – ponieważ wiatr zawsze wieje gdzieś indziej. Dlatego wiatr można wykorzystać jako źródło niezawodnej energii elektrycznej, nawet jeśli w jakimś konkretnym miejscu nie występuje przez cały czas.”

Tak zapewnia nas Europejskie Stowarzyszenie Energetyki Wiatrowej (organizacja lobbystyczna -EWEA). Na tym przekonaniu opiera się polityka energetyczna w znacznej części Europy. Decydenci polityczni zakładają, że połączenie źródeł generacji energii wiatrowej rozmieszczonych w różnych miejscach na dużym obszarze może umożliwiać wyrównanie znacznych wahań pomiędzy mocą szczytową i minimalną, dzięki czemu wiatr będzie można „wykorzystać jako źródło niezawodnej energii elektrycznej”, zgodnie z zapewnieniem EWEA.

Czy to fundamentalne założenie jest słuszne sprawdził Roger Andrews w artykule pt. Wind Blowing Nowhere zamieszczonym na specjalistycznym blogu Energy Matters (Energy, Environment and Policy) 23 stycznia 2015 r. (Zachęcamy do zapoznania się z całym oryginalnym artykułem, który dostępny jest na: http://euanmearns.com/ .

W tym celu Andrews posłużył się znakomitą bazą danych dla dziewięciu krajów Europy Zachodniej za rok 2013, opracowaną przez Paula-Frederika Bacha (http://pfbach.dk/firma_pfb/time_series/ts.php). Te dziewięć krajów to: Belgia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Irlandia, Niemcy, Hiszpania i Wielka Brytania. Łącznie obejmują one obszar 2,3 miliona kilometrów kwadratowych, który rozciąga się na ponad 2000 km ze wschodu na zachód i 4000 km z północy na południe.

Rys. 1: Dziewięć krajów objętych analizą

Andrews stopniowo dodawał do siebie dane na temat energii wiatrowej generowanej w jednostkach godzinnych we wspomnianych dziewięciu krajach, zwracając przy tym szczególną uwagę na okresy czasowe, w których „wiatr gdzieś wieje”. Zaczął od Hiszpanii, która była największym producentem energii wiatrowej w Europie w 2013 r. Poniższy wykres przedstawia generację energii wiatrowej, mierzoną w odcinkach godzinnych, w tym kraju od stycznia do grudnia 2013. Zwróćmy uwagę na cztery okresy cechujące się niską produkcją energii wiatru (oznaczone na wykresie numerami 1, 2, 3 i 4.

Rys. 2: Godzinna produkcja energii wiatrowej w Hiszpanii w 2013 r.

Następnie do danych hiszpańskich Andrews dodał analogiczne dane dla Niemiec (kolor niebieski), drugiego pod względem wielkości producenta energii z wiatraków w Europie w 2013 r. Wynika z tego, że równoczesny skok siły wiatru w Niemczech skompensował z nawiązką okres „4” niskiej produkcji w Hiszpanii. Jednak wiatr w Niemczech nie zrównoważył okresów  „1”, „2” i „3” słabego wiatru w Hiszpanii.

Rys. 3: Godzinna produkcja energii wiatrowej w Hiszpanii i w Niemczech w 2013 r.

Z kolei dodano dane z Wielkiej Brytanii, trzeciego producenta w Europie w 2013 r. (oznaczone kolorem czerwonym). Również i w tym państwie w okresach „1”, „2” i „3” energia wiatru kształtowała się na minimalnym poziomie.

Rys. 4: Hiszpania + Niemcy + Wielka Brytania, 2013 r.

To samo zdarzyło się we Francji (czwarty pod względem wielkości produkcji). Dane francuskie oznaczone są na zielono.

Rys. 5: Hiszpania, Niemcy, Wielka Brytania, Francja, 2013 r.

Jak i w pozostałych pięciu krajach (dane łączne oznaczone na pomarańczowo).

Rys. 6: Pozostałe kraje

Na rys. 7 przedstawiono powiększony fragment wykresu dla okresu 2 – 15 lutego, czyli okresu słabego wiatru  „2”. Pokazuje on, że 8 lutego wcześnie rano w całej Europie Zachodniej wiatr praktycznie zamarł.

Rys. 7 Fragment wykresu dla okresu 2-15 luty 2013 r.

Niemniej te wyniki mogą być potencjalnie mylące, biorąc pod uwagę duże różnice w wielkości produkcji energii z wiatru w krajach objętych analizą. W istocie wiatr mógł wiać w Finlandii i w Czechach, ale rys. 7 tego nie wykazuje ze względu na małą produkcję tej energii w tych krajach. 

Aby uporać się z tym problemem, Andrews przypisał produkcji każdego kraju wartości procentowe od 0% do 100%, przy czym 100% odpowiadało maksymalnemu poziomowi produkcji w danym kraju w 2013 r. W ten sposób Niemcom przypisuje się 100% przy produkcji 26,000MW i 50% przy produkcji 13,000MW, a Finlandii 100% w przypadku wygenerowania tylko 222MW i 50% dla 111MW energii z wiatru.
Wynik naniesienia danych wyrażonych w powyższych wartościach procentowych na wykresie pokazuje rysunek 8 (zauważmy przy tym, że maksymalna teoretyczna produkcja dla 9 krajów wynosi tutaj 900%). Wykres pokazuje, że w istocie 8 lutego wiatr wiał w Irlandii, choć z siłą poniżej 50% wartości maksymalnej (kolor żółty).

Rys. 8

Ale w momencie minimum produkcyjnego (około 5 rano) bardzo mało wiatru zawitało nawet do Irlandii. Na rys. 10 na mapie Europy przedstawiano wartości procentowe (w stosunku do teoretycznego maksimum) produkcji energii wiatrowej w poszczególnych krajach w tym czasie.  Można założyć, że  5% i mniej oznacza “brak wiatru”. Oznacza, 8 lutego o 5 rano brak było wiatru na obszarze o szerokości 1000 km, rozciągającego się od Gibraltaru aż po północny kraniec Finlandii, a prawdopodobnie do Morza Białego.

Rys. 9: Mapa ukazująca wartości ułamkowe maksymalnej produkcji energii z wiatru, luty 2013

Andrews konkluduje, że jest oczywiste, iż – wbrew zapewnieniom lobby wiatrakowego -- w tym czasie wiatr nie wiał „gdzieś indziej”. A podobne sytuacje występują częściej.

Ponadto połączenie produkcji energii z wiatru w dziewięciu krajach nie wyrównało szczytów napięciowych. Po nałożeniu danych z badanych krajów krzywa wykresu pokazuje równie raptowne wahania jak wyjściowe dane dla Hiszpanii. Różnica polega jedynie na tym, że szczyty napięciowe przesunęły się w czasie.

Rys. 10: Produkcja energii z wiatru w Hiszpanii w porównaniu z analogiczną produkcją we wszystkich 9 krajach (skala skorygowana dla zapewnienia optycznego podobieństwa obu wykresów)

Andrews pisze, że połączenie produkcji energii wiatrowej w skali Europy Zachodniej nie zapewni rzecz jasna „niezawodnej energii elektrycznej”, jak twierdzą zwolennicy energetyki wiatrowej.
Zintegrowanie energii wiatrowej w jednej sieci europejskiej zrodzi tak wiele problemów, jak te które towarzyszą wprowadzaniu brytyjskiej energii z wiatru do sieci brytyjskiej, czy szkockiej do sieci szkockiej, tylko na zacznie większą skalę.
W 2013 r. integracja łącznej produkcji dziewięciu krajów w sieci europejskiej nie powodowałaby jakichś wyjątkowych problemów, ponieważ w tym roku energetyka wiatrowa odgrywała jeszcze niewielką rolę w skali rynku energii w Europie, zaspokajając jedynie 8,8% zapotrzebowania.

Rys. 11: Produkcja energii wiatrowej wobec zapotrzebowania na energię elektryczną; łączne dane dla dziewięciu krajów

Integracja staje się jednak co raz bardziej problematyczna, w miarę jak wzrasta udział energetyki wiatrowej. Andrews przeprowadził symulację dla wyższych poziomów udziału produkcji wiatrowej w zaspokojeniu zapotrzebowania na energię. Wykresy na rys. 12 pokazują wzrastającą niestabilność w zaspokajaniu popytu na elektryczność dla dziewięciu krajów łącznie w podziale na okresy godzinne – kiedy udział energetyki wiatrowej wynosi 8,8% jak w 2013 r., 20% i 40%.

Według Andrewsa, 20% procentowy udział energetyki wiatrowej być może da się osiągnąć; 40% jest absolutnie niemożliwe.

Podobną analizę przyprowadził niedawno Hubert Flocard.

[Komentarz redakcji]:
Roger Andrews analizuje problem niestabilności energii z wiatru z punktu widzenia energetyka, tj. ocenia możliwości techniczne sieci energetycznej. Wykresy na rys. 8 wystarczą za cały komentarz do „planu energetycznego Europy”.
Konieczne będzie utrzymywanie ogromnych rezerw mocy konwencjonalnych, gdyż tylko w ten sposób zapewnić będzie można stabilizację poziomu mocy wytwórczej. Zniweluje to do minimum „korzyści klimatyczne” w postaci redukcji emisji CO₂.
Dla nas jako dla społeczeństwa te coraz bardziej dramatycznie wyglądające wykresy oznaczają dodatkowe i dramatycznie rosnące koszty, które wyznaczać będą nieprzewidywalne zjawiska meteorologiczne (wiatr). Pisaliśmy już o tym, że „oficjalne” prognozy kosztów związanych z rozwijaniem obecnie dostępnych technologii przemysłowej skali OZE (farmy wiatrowe i solarne) okazują się po czasie potężnie zaniżone - http://stopwiatrakom.eu/ze-swiata/1197-niemcy-jak-oni-to-liczyli-dziwne-prognozy-u-podstaw-strategii-rozwoju-oze.html
Niedawny raport grupy szwajcarskich ekonomistów na temat wniosków z niemieckiej Energiewende („Development And Integration Of Renewable Energy: Lessons Learned From Germany” – Hans Poser, Jeffrey Altman, Felix ab Egg, Andreas Granata i Ross Board, lipiec 2014) – dodajmy deklarujących się jako zdecydowani zwolennicy OZE – stwierdza m.in. że pogoda (wiatr i słońce) determinują ceny na niemieckim rynku energii. Coraz wyraźniej widać, że niemieccy politycy chcą ratować swój system energetyczny i „transformację energetyczną” poprzez „integrację” swojej sieci energetycznej m.in. z siecią naszego kraju, co zapewni Niemcom rynek zbytu i na wiatraki i na prąd.
Dalszy wzrost udziału energetyki wiatrowej oznacza także takie zjawiska, jak milionowe płatności „za powstrzymania się od produkcji” dla operatorów farm wiatrowych w przypadku występowania gwałtownych wiatrów itp. Powtarzające się informacje o tej kolejnej już formie dotowania przemysłowych OZE (i jeszcze jednym źródle zysków ich operatorów) bulwersują coraz bardziej brytyjską opinię publiczną. W końcu to nie wiatr napędza wiatraki tylko dotacje budżetowe.