STABILNA SIEĆ WIATRAKÓW – JAK WIELKI OBSZAR MUSI ZAJĄĆ?

Zwolennicy oparcia energetyki na sieci wiatraków przyznają, że wiatr jest zmienny i chimeryczny. Pojedyncza farma wiatrowa nigdy nie zapewni stabilnych i ciągłych dostaw energii do sieci.

Twierdzą jednak, że jeśli połączymy w jedną sieć wiatraki rozproszone na wystarczająco dużym obszarze, to produkcja energii z energii z wiatru może stać się zasadniczo przewidywalna -- bo w końcu wiatr rzekomo zawsze gdzieś wieje. Na tej podstawie na przykład Komisja Europejska naciska tak bardzo na połączenie w jeden system sieci energetycznych krajów członkowskich, w tym i Polski.

Rząd niemiecki, który jest głównym rozgrywającym w sprawach polityki klimatycznej/energetycznej w Europie, zdaje się wierzyć, że stabilna i przewidywalna energetyka wiatrowa może powstać poprzez integrację sieci energetycznych „tylko” 10 krajów członkowskich, w tym Polski [1]. Wcześniej proponowano integrację mniejszych obszarów w ramach Unii Europejskiej, w tym przyłączenie polskiego Pomorza Zachodniego do międzynarodowej sieci energetycznej.

Parę miesięcy temu główny analityk Deutsche Banku ds. OZE informował natomiast niemieckich inwestorów, że aby uzyskać względnie stabilną produkcję energii z wiatru należałoby zbudować zintegrowaną sieć na obszarze obejmującym Portugalię, Czad w Afryce oraz Azerbejdżan na wschodzie [2]. Takiej zintegrowanej sieci energetycznej nie da się oczywiście stworzyć, choćby ze względów politycznych.

Pisaliśmy już, że pozornie oczywiste przypuszczenie, że w każdym momencie wiatr zawsze gdzieś wieje nawet na całym kontynencie europejskim, nie znajduje poparcia w empirycznych obserwacjach [3].

STO DZIEWIĘĆ „AWARII” CAŁEGO SYSTEMU FARM WIATROWYCH WE WSCHODNIEJ AUSTRALII W CIĄGU ROKU

Jak stabilne są zatem istniejące już sieci rozproszonych farm wiatrowych? Instalacje wiatrakowe we wschodniej Australii funkcjonują w ramach jednej z największych zintegrowanych sieci energetycznej na świecie, która rozciąga się 1.200 km ze wschodu na zachód (odpowiada to odległości między Warszawą a Paryżem) i 500 km z północy na południe.

Na tym obszarze w 2010 r. pracowały już wiatraki o łącznej nominalnej (teoretycznej) mocy 2.500 MW. Operator sieci wschodniej Australii AEMO publikuje codziennie dane dotyczące produkcji wszystkich wytwórców energii w systemie, mierzonej w odstępach 5 minutowych. Daje to w sumie 288 pomiarów w ciągu doby dla każdego wytwórcy elektryczności.

Na podstawie tych danych Paul Miskelly, inżynier elektryk, zbadał kształtowanie się produkcji energii ze wschodnio-australijskich wiatraków w ciągu całego roku kalendarzowego 2010 [4].

Okazuje się, że pomimo tak dużego rozproszenia wiatraków, ich produkcja wcale nie ulega „wygładzeniu” i stabilizacji. Przeciwnie, w ciągu całego roku 2010 dochodziło często do sytuacji, które używając języka technicznego należy określić jako awarie całej „floty” farm wiatrowych, wywołane wspólną przyczyną („common mode failures”). Tą wspólną przyczyną były oczywiście warunki meteorologiczne, to jest jednoczesny brak wiatru na całym obszarze sieci wschodnio-australijskiej.

W swojej analizie Miskelly potraktował farmy wiatrowe z wielką wyrozumiałością. Normalnie inżynierowie uznają produkcję na poziomie 5% zainstalowanej mocy danego zakładu energetycznego za minimalny akceptowalny poziom. Dla energetyki wiatrowej Miskelly przyjął za taki minimalny poziom wytwarzanie energii tylko na poziomie 2%.

Nawet przy takim kryterium Miskelly doliczył się stu dziewięciu (109) awarii całego „parku farm wiatrowych” we wschodniej Australii w ciągu jednego roku (365 dni).

W 2010 r. łączna moc zainstalowana elektrowni wiatrowych (2.500 MW) wynosiła więcej niż zdolność wytwórcza pojedynczej elektrowni węglowej. Wobec tego sensownie jest porównać „awarie” takiej elektrowni z wynikami całej „floty” farm wiatrowych. W przypadku elektrowni węglowej już jeden przypadek w roku niezaplanowanej przerwy w produkcji elektrowni węglowej uznany zostałby za „nieakceptowalny” przez energetyków. Gdyby wszystkie konwencjonalne jednostki energetyczne doznały jednocześnie awarii, takie zdarzenie określono by jako „katastrofalne”. A właśnie z takim zdarzeniem mieliśmy do czynienia – 109 razy w ciągu jednego roku -- w przypadku farm wiatrowych we wschodniej Australii w 2010 r.

NIESTABILNOŚĆ PRODUKCJI ENERGII Z WIATRAKÓW A REDUKCJA EMISJI CO2

Redukcja emisji CO2 jest to „korzyść klimatyczna”, która stanowi pierwotne i podstawowe uzasadnienie dla forsowania za publiczne pieniądze ekspansji energetyki wiatrowej.

Niezależnie od wyżej wspomnianych przerw w produkcji, Miskelly zaobserwował częste gwałtowne spadki poziomu produkcji sieci wiatraków australijskich. W takiej sytuacji niezbędne było błyskawiczne uruchomienie produkcji rezerwowych turbin gazowych dla zachowania stabilności sieci energetycznej. Konieczność błyskawicznego reagowania obniża oczywiście efektywność eksploatacji rezerwowych elektrowni gazowych, co z kolei powoduje zwiększone emisje CO2.

Opierając się na ostrożnych założeniach, H. Inhaber obliczył [5], że w momencie kiedy farmy wiatrowe stanowić będą 20 % łącznej zainstalowanej mocy wytwórczej w systemie energetycznym, nieefektywność funkcjonowania zakładów zapewniających energię rezerwową – nieefektywność, dodajmy, której przyczyną jest konieczność reagowania na skrajną niestabilność produkcji turbin wiatrowych -- całkowicie wyeliminuje jakiekolwiek korzyści klimatyczne wynikające z produkcji farm wiatrowych.

Pytanie, ile dokładnie CO2 eliminują wiatraki – po uwzględnieniu emisji z produkcji energii rezerwowej – jest oczywiście kwestią życia i śmierci dla branży wiatrakowej. Między innymi dlatego, że jej zyski uzależnione są bezpośrednio, jak w Australii, od wielkości tej redukcji. Temat ten był przedmiotem szeregu wystąpień przed specjalną komisją Senatu Australii w sprawie farm wiatrowych, która właśnie zakończyła swoje prace [6]. Dane empiryczne z Australii, Irlandii i innych krajów wskazują, że im więcej wiatraków, tym mniejsza ich efektywność, jeśli idzie o redukcję CO2. Będziemy o tym pisali szczegółowo w przyszłości.

PRZYPISY

[1] Consentec i r2b, „System Adequacy for Germany and its Neighbouring Countries: Transnational Monitoring and Assessment”, opracowanie zlecone przez niemieckie federalne ministerstwo spraw gospodarczych i energii, marzec 2015 (angielskie streszczenie). Pełen raport w języku niemieckim, jak i angielskie streszczenie dostępne są na oficjalnej stronie w/w ministerstwa - http://bmwi.de/DE/Mediathek/publikationen,did=695676.html,did=695676.html

[2] Dr. Björn O. Peters, Deutsche Asset & Wealth Management, „Raus aus dem Wolkenkuckucksheim der Energiepolitik”,

http://www.deutscherarbeitgeberverband.de/aktuelles/2015_04_22_dav_aktuelles_energiepolitik.html

[3] 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

[4] Paul Miskelly, „Wind Farms in Eastern Australia – Recent Lessons”, Energy and Environment 23(8), 1233-1260 (2012); także: „Letter to the Editor”, Accoustics Australia, vol. 41, no. 2, August 2013.

[5] H. Inhaber, „Why wind power does not deliver the expected emissions reductions?”, Renewable and Sustainable Energy Reviews 15(6), 2557-2562 (2012).

[6] Senat Australii, Select Committee on Wind Turbines, Final Report, sierpień 2015, stron 350. Oryginał o nazwie senat_australii_raport_kocowy_select_committee_on_wind_turbines_08-2015.pdf znajduje się tutaj: http://stopwiatrakom.eu/biblioteka/category/1-dokumenty.html. Polskie streszczenie w przygotowaniu.