Zmienny jak wiatr, pali jak słońce. Ciemna strona energii odnawialnej

Odnawialne źródła energii to nie tylko marzenia, nadzieje i optymistyczne prognozy. Prawda jest również taka, że ​​odnawialne źródła energii powodują wiele zamieszania w świecie energetycznym i powodują problemy, z którymi tradycyjne sieci i systemy nie zawsze mogą sobie poradzić. Ich rozwój niesie ze sobą wiele przykrych niespodzianek i pytań, na które nie potrafimy jeszcze odpowiedzieć.

Energia produkowana w odnawialnych źródłach energii – farmach wiatrowych i instalacjach fotowoltaicznych – jest prawdziwym wyzwaniem dla krajowych systemów energetycznych.

Pobór mocy sieci nie jest stały. Podlega dziennym wahaniom w dość dużym zakresie wartości. Jego regulacja przez system elektroenergetyczny pozostaje trudna, gdyż wiąże się z koniecznością zapewnienia odpowiednich parametrów prądu sieciowego (napięcie, częstotliwość). W przypadku elektrowni konwencjonalnych, takich jak turbina parowa, redukcja mocy jest możliwa poprzez zmniejszenie ciśnienia pary lub prędkości obrotowej turbiny. Taka regulacja nie jest możliwa w turbinie wiatrowej. Gwałtowne zmiany siły wiatru (takie jak burze) mogą wprawdzie generować znaczną moc w krótkim czasie, ale są one trudne do wchłonięcia przez sieć energetyczną. Przepięcia w sieci lub chwilowa ich nieobecność stanowią z kolei zagrożenie dla użytkowników końcowych, maszyn, komputerów itp. inteligentne sieci, tzw wyposażone w odpowiednie narzędzia, w tym systemy magazynowania energii, wydajne i kompleksowe systemy dystrybucji. Jednak na świecie wciąż jest niewiele takich systemów.

Grafika australijskich Zielonych świętująca zerową emisję gazów cieplarnianych

Wyjątki i niewykorzystane uprawnienia

Awarie, które nawiedziły Australię Południową we wrześniu ubiegłego roku, były spowodowane problemami w dziewięciu z trzynastu farm wiatrowych, które dostarczają energię elektryczną do regionu. W rezultacie z sieci stracono 445 megawatów energii elektrycznej. Wprawdzie operatorzy farm wiatrowych zapewniali, że przerwy nie są spowodowane wahaniami typowymi dla energetyki wiatrowej – czyli wzrostem lub spadkiem mocy wiatru – ale problemami z oprogramowaniem, wrażenie nie do końca niezawodnej energii odnawialnej było trudne do zniwelowania.

Dr Alan Finkel, który później badał rynek energii na zlecenie władz australijskich, doszedł do wniosku, że rozwój odnawialnych źródeł energii dyskryminuje biedniejsze warstwy społeczeństwa. W jego opinii, ponieważ branża intensywnie inwestuje w energię odnawialną, ceny energii powinny wzrosnąć, najmocniej uderzając w najniższe dochody.. Dotyczy to Australii, która zamyka tanie elektrownie węglowe i próbuje zastąpić je odnawialnymi źródłami energii.

Na szczęście ostatnia elektrownia węglowa we wspomnianej wyżej awarii w Australii Południowej została zamknięta tuż przed opisanymi problemami, w maju 2016 roku. Zmienność podaży jest dobrze znanym, ale wciąż mało znanym problemem związanym z energią odnawialną. Znamy go też z Polski. Jeśli połączyć 4,9 GW mocy turbin wiatrowych osiągnięte 26 grudnia 2016 r., kiedy uderzył huragan Barbara, z generacją krajowych turbin tydzień wcześniej, okazuje się, że była wtedy siedemdziesiąt razy niższa!

Niemcy i Chiny już zdały sobie sprawę, że nie wystarczy budować wiatraki i panele słoneczne, aby nowa energia działała wydajnie. Niemiecki rząd został ostatnio zmuszony do zapłaty właścicielom turbin wiatrowych uprawiających grzyby za odcięcie energii, ponieważ sieci przesyłowe nie były w stanie obsłużyć dostarczanego obciążenia. W Chinach też są problemy. Tam elektrownie węglowe, których nie da się szybko włączyć i wyłączyć, powodują, że turbiny wiatrowe stoją bezczynnie przez 15% czasu, ponieważ sieć nie może odbierać energii z elektrowni i turbin. To nie wszystko. Elektrownie słoneczne budowane są tam w takim tempie, że sieć przesyłowa nie może odebrać nawet 50% wytwarzanej przez nie energii.

Turbiny wiatrowe tracą moc

W ubiegłym roku naukowcy z niemieckiego Instytutu Maxa Plancka w Jenie opublikowali w prestiżowym czasopiśmie naukowym Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) artykuł pokazujący, że sprawność dużych farm wiatrowych jest znacznie niższa niż to, co mogłoby być po prostu wynikiem ich skala. Dlaczego ilość odbieranej energii nie zależy liniowo od wielkości instalacji? Naukowcy sugerują, że to same wiatraki spowalniają wiatr wykorzystując jego energię, co oznacza, że ​​jeśli na danym terenie jest ich dużo zainstalowanych, to część z nich nie otrzyma go w ilości wystarczającej do pracy z maksymalną wydajnością.

Naukowcy wykorzystali dane z wielu dużych farm wiatrowych i porównali je z danymi z poszczególnych turbin wiatrowych, aby stworzyć model oparty na znanych już modelach mechaniki wiatru. Umożliwiło to obserwację klimatu w rejonie wiatraków. Jak zauważył dr Lee Miller, jeden z autorów publikacji, obliczona sprawność energetyczna izolowanych turbin wiatrowych jest znacznie wyższa niż obserwowana dla całych ich instalacji.

Naukowcy ustalili, że w skrajnym przypadku turbina wiatrowa zlokalizowana na obszarze o dużym zagęszczeniu takich instalacji mogłaby wyprodukować tylko 20% potencjalnie dostępnej energii elektrycznej, gdyby była zlokalizowana sama.

Naukowcy wykorzystali opracowany model wpływu turbin wiatrowych do oszacowania ich globalnego wpływu. Umożliwiło to obliczenie, ile energii

Energia elektryczna może być wytwarzana na skalę globalną za pomocą turbin wiatrowych. Okazuje się, że tylko około 4% powierzchni Ziemi może potencjalnie generować więcej niż 1 W/m.²i średnio około 0,5 W/m² – To wartości zbliżone do wcześniejszych szacunków opartych na zaawansowanych modelach klimatycznych, ale około dziesięciokrotnie niższe od szacunków opartych wyłącznie na lokalnych średnich prędkościach wiatru. Oznacza to, że przy zachowaniu optymalnego rozmieszczenia turbin wiatrowych planeta będzie mogła otrzymać nie więcej niż około 75 TW energii wiatrowej. To jednak wciąż znacznie więcej niż obecnie zainstalowana moc elektryczna na świecie (ok. 20 TW), więc nie ma powodów do zmartwień, biorąc pod uwagę, że na Ziemi działa obecnie tylko ok. 450 MW elektrowni wiatrowych.

Masakra latających stworzeń

W ostatnich latach pojawiły się doniesienia i informacje o zabijaniu ptaków i nietoperzy przez turbiny wiatrowe. Znane są obawy, że wirujące na pastwiskach maszyny straszą krowy, poza tym powinny wytwarzać szkodliwe infradźwięki itp. Nie ma na ten temat przekonujących badań naukowych, chociaż doniesienia o hekatombach latających stworzeń są stosunkowo wiarygodnymi danymi.

Obraz z kamery termowizyjnej przedstawiający nietoperza przelatującego nocą w pobliżu turbiny wiatrowej.

Co roku setki tysięcy nietoperzy atakuje farmy wiatrowe. Ssaki gnieżdżące się na drzewach mylą prądy powietrzne wokół wiatraków z prądami wokół swoich domów, jak donosiła strona w 2014 roku. Elektrownie powinny też przypominać nietoperzom wysokie drzewa, w koronach których spodziewają się chmary owadów lub własnego gniazda. Zdaje się to potwierdzać materiał z kamery termowizyjnej, który pokazuje, że nietoperze zachowują się tak samo na farmach wiatrowych, jak na drzewach. Naukowcy twierdzą, że gdyby zmieniono konstrukcję łopat wirnika, przeżyłyby setki tysięcy nietoperzy. Rozwiązaniem jest również zwiększenie progu, przy którym zaczyna się kręcić. Naukowcy zastanawiają się również nad wyposażeniem turbin w ultradźwiękowe alarmy ostrzegające nietoperze.

Rejestr zderzeń tych zwierząt z turbinami wiatrowymi, np. dla Niemiec, prowadzony przez Brandenburską Agencję Ochrony Środowiska potwierdza masowość zgonów. Amerykanie również zbadali to zjawisko, potwierdzając wysoką śmiertelność wśród nietoperzy i zauważono, że częstość kolizji była silnie uzależniona od warunków pogodowych. Przy dużych prędkościach wiatru współczynnik uderzeń był niższy, a przy mniejszych prędkościach wiatru zwiększała się liczba ofiar uderzenia. Graniczną prędkość wiatru, przy której prędkość zderzeń znacząco spadła, określono na 6 m/s.

Nad kompleksem Ivanpa spłonął ptak

Jak się okazało, niestety, zabija też wielka amerykańska elektrownia słoneczna Ivanpah. Wkrótce po uruchomieniu The Wall Street Journal ogłosił, że kalifornijski projekt może być ostatnim tego typu w USA, właśnie ze względu na ptasie hekatomby.

Kompleks zajmuje 1300 hektarów na jednej z kalifornijskich pustyń, na południowy zachód od Las Vegas. Posiada trzy wieże o wysokości 40 pięter i 350 tys. luster. Lustra odbijają światło słoneczne w kierunku kotłowni znajdujących się na szczytach wież. Produkowana jest para, która napędza generatory do produkcji energii elektrycznej. Wystarczy na 140 tys. w domu. Jednakże system luster podgrzewa powietrze wokół wież do 540°C, a ptaki latające w pobliżu po prostu płoną żywcem. Według raportu Harvey & Associates w ciągu roku w zakładzie zginęło ponad 3,5 osób.

Za dużo szumu medialnego

Na koniec warto wspomnieć o jeszcze jednym niekorzystnym zjawisku. Wizerunek energii odnawialnej często cierpi z powodu przesady i nadmiernego szumu medialnego, który może wprowadzać w błąd co do rzeczywistego stanu rozwoju tej technologii.

Na przykład nagłówki gazet ogłosiły kiedyś, że miasto Las Vegas przechodzi na całkowicie odnawialne źródła energii. Brzmiało sensacyjnie. Dopiero po dokładniejszym i głębszym wczytaniu się w podane informacje dowiedzieliśmy się, że tak – w Las Vegas przechodzą na 100% odnawialne źródła energii, ale tylko… budynki komunalne, które stanowią ułamek procenta zabudowy w tym aglomeracja.

zapraszamy do lektury NUMER TEMATU w najnowszej wersji.