Streszczenie wpisu, który ukazał się w dniu 6.11.2015 r. na blogu Energy Matters [1], poświęconemu perspektywom energetyki:

Głównym założeniem zwolenników energetyki wiatrowej jest to, że „wiatr zawsze gdzieś wieje”, a zatem możliwe jest „wygładzenie” chimerycznej produkcji energii z wiatru w skali regionalnej. Jest to półprawda, tak jak wiele ich twierdzeń. Jeśli już w ogóle mamy instalować turbiny wiatrowe, to oczywiście sensownie jest rozmieścić je w przestrzennie rozrzuconych lokalizacjach, bo prawdopodobnie pomoże to bilansować występowanie silnych i słabych wiatrów.

Jednak prawdziwym problemem nie są codzienne kaprysy wiatru, lecz sytuacje skrajne, kiedy wiatr wieje wszędzie lub, co gorsza, kiedy nie wieje nigdzie. Występowanie okresów bez wiatru determinuje konieczność utrzymywania rezerwowych mocy produkcyjnych. Najniższy poziom dostępnego wiatru określa, ile takich mocy rezerwowych trzeba utrzymywać.

W styczniu br. Roger Andrews opublikował na naszym blogu artykuł „Wind Blowing Nowhere” (patrz polskie tłumaczenie: „Czy w Europie zawsze gdzieś wieje? Od odpowiedzi zależy nasza przyszłość” [1] – redakcja), w którym zestawił roczne dane dotyczące warunków wiatrowych w siedmiu krajach europejskich. Andrews wykazał jednoznacznie, że w skali całej Europy nie jest możliwa znacząca niwelacja siły wiatru. Podobne wyniki uzyskał też Hubert Flocard.

Mimo to mit, że warunki wiatrowe da się ujednolić na odpowiednio dużym obszarze geograficznym, wciąż żyje.

W zeszłym tygodniu opublikowałem wpis pt. „Flat Calm Across the UK” (Cisza w całej Wielkiej Brytanii) [3], który dotyczył okresu wyjątkowo bezwietrznej pogody w Wielkiej Brytanii i w Europie Północnej. Do danych wskazanych tamże obecnie chcę dodać dane z Danii i Niemiec za miesiące wrzesień i październik.

W dniu 19 października przez kilka godzin turbiny wiatrowe o łącznej mocy 55 GW wyprodukowały mniej niż 1.5 GW. Jest to mniej niż 3% ich mocy. W całej Europie Północnej panowały warunki praktycznie bezwietrzne, nie tylko wtedy, ale także w innych okresach w trakcie tych dwóch miesięcy.

Surowe dane dla produkcji energii z wiatru w odcinkach godzinnych w okresie września i października przedstawiono na poniższym rysunku. Kolor czerwono oznacza produkcję w Danii, niebieski – w Wielkiej Brytanii, a zielony – w Niemczech.

 6 30 247 0
Wyraźnie widać dominację ogromnej floty wiatraków w Niemczech. Niemieckie dane pokazują wyraźnie skoki produkcji energii z wiatru z jednej skrajności w drugą. W dniu 29 października o godz. 18:00 niemieckie farmy wiatrowe wyprodukowały tylko 331 MW, a 6 września o godz. 13:00 – 24.127 MW. Współczynnik zmienności (dynamic range factor) wynosi 73.

Widać wyraźnie wysoki poziom korelacji najniższych wartości występujących w analizowanych krajach. Zwróćmy uwagę na przykład na warunki w dniach 17, 18, 19 i 20 października. Kiedy panuje wyż, nigdzie nie wieje.
 
Aby rozproszenie geograficzne było czynnikiem „wygładzającym” produkcję energii z wiatru, między różnymi obszarami powinna występować ujemna korelacja. Tymczasem Niemcy i Dania są skorelowane dodatnio. Dane z analizowanego okresu dowodzą zatem, że Dania i Niemcy nie są w stanie wzajemnie „bilansować” swojej produkcji elektryczności z wiatru. Z kolei współczynnik korelacji z Wielką Brytanią wynosi zero, a więc nie jest to ujemna zależność, która jest warunkiem bilansowania zasilania.

Kolejny wykres przedstawia sumaryczną produkcję tych trzech krajów (niemiecka produkcja ukazana jest jako obszar zaznaczony na zielono, brytyjska – obszar niebieski, a duńska – obszar zaznaczony na czerwono).

6 30 247 1

Na wykresie cyframi od 1 do 9 oznaczono dziewięć okresów, kiedy łączna produkcja tych trzech krajów wyniosła mniej niż 5.000 MW. Zwróćmy uwagę na okres 17-20 października. Przez większość tego okresu łączna produkcja spadła poniżej 2.500  MW (poniżej 5% mocy zainstalowanej).

Takich zastojów w produkcji energii z wiatru NIE MOŻNA OBECNIE I NIGDY NIE BĘDZIE MOŻNA pokryć z zasobów dostępnych w magazynach energii. Nie da się też ich pokryć energią elektryczną z wiatru importowaną skądinąd.

Przyjmijmy dla przykładu, że rolę tego „skądinąd” miałaby wypełnić Hiszpania. W takiej sytuacji Hiszpania musiałaby zagwarantować wytworzenie nadwyżki energii z wiatru rzędu 10 GW (tj. ponad własne potrzeby) przez okres 4 dni. Energię tą trzeba by było przesłać do Europy Północnej liniami przesyłowymi wysokiego napięcia o pojemności 10 GW.

Jednak Hiszpania nigdy nie będzie w stanie zagwarantować, że wypełni tę lukę. W związku z tym branie pod uwagę takiego scenariusza to czyste szaleństwo.

JAK SOBIE PORADZIŁA DANIA?

Dania ma to szczęście, że jest małym krajem i posiada połączenia wzajemne (zwane interkonektorami) z Norwegią, Szwecją i Niemcami. Poniższy rysunek dowodzi, że Dania poradziła sobie z zastojem w produkcji energii z wiatru importując energię.

6 30 247 2 
Rysunek: Produkcja energii z wiatru a import energii w Danii
Na osi rzędnych zaznaczono import/eksport energii w MW
Na osi odciętych zaznaczono produkcję energii z wiatru w danym czasie

Kiedy zabrakło wiatru, Dania po prostu sprowadziła energię elektryczną od sąsiadów. Dania importuje energię z norweskich elektrowni wodnych oraz energię pochodzącą z elektrowni atomowych i wodnych ze Szwecji. W istocie Dania pasożytuje na energii produkowanej przez jej skandynawskich sąsiadów.

Zwróćmy uwagę, że w ciągu tych dwóch miesięcy eksport energii z Danii wynosił praktycznie zero. Przy tym Dania kupuje energię po wysokich cenach, a sprzedaje po niskich. Wydaje się, że jest to najgłupszy sposób funkcjonowania na rynku. Zatem pasożytowanie Danii sporo ją kosztuje.

Faktycznie jednak obraz wymiany międzynarodowej jest dużo bardziej złożony. Inne dane pokazują, że Dania, importując elektryczność z Norwegii i Szwecji, jednocześnie wysyłała energię elektryczną do Niemiec przez większość analizowanego okresu. W rzeczywistości to Niemcy importowały prąd elektryczny z Norwegii i Szwecji za pośrednictwem Danii.

Według moich obliczeń, Norwegia i Szwecja wyeksportowała 1,23 TWh elektryczności do Niemiec.

WNIOSKI

Zasadnicze pytanie dotyczy sensu wytwarzania energii w systemie rozproszonym. Jeśli produkujesz energię z wiatraka na potrzeby swojego gospodarstwa lub zainstalowałeś ogniwa fotowoltaiczne na dachu swojego domu, to wydaje się to być super pomysłem na powrót do naturalnych, zielonych źródeł energii. To znaczy do momentu, kiedy wiatr przestaje wiać i słońce świecić, a ty stajesz się zależny od właściciela długiej na 5.000 km wysokonapięciowej linii przesyłowej o przepustowości 200 GW, która prowadzi do Arabii Saudyjskiej. Czy nie lepiej być zależnym od linii energetycznej o długości 150 km i przepustowości 1 GW, prowadzącej do lokalnej elektrowni gazowej lub nuklearnej?      

Redakcja

PRZYPISY
[1] Wind Blowing Nowhere – Again, wpis z 6.11.2015 - http://euanmearns.com/
[2] http://stopwiatrakom.eu/aktualnosci/1370-czy-w-europie-zawsze-gdzie%C5%9B-wieje-od-odpowiedzi-na-to-pytanie-zale%C5%BCy-nasza-przysz%C5%82o%C5%9B%C4%87.html
[3] http://euanmearns.com/flat-calm-across-the-uk/