Czy wiatr może zastąpić elektrownie atomowe w Polsce?

fot. vaxomatic/flikr.com

W związku z ogłoszeniem przez rząd projektu Polityki Energetycznej Polski do 2030 roku wykazującego potrzebę wprowadzenia energetyki jądrowej, pojawiło się znów wśród działaczy antynuklearnych hasło „Wiatraki zamiast atomu”.

Twierdzi się, że „Duńczykom niepotrzebna jest energia jądrowa, a mimo to mają zapewnione bezpieczeństwo energetyczne". Greenpeace twierdzi nawet, że „Energia jądrowa nie jest konkurencyjna w stosunku do energii wiatrowej (...) przy takim samym poziomie inwestycji wiatr pozwala uzyskać 2,3 razy więcej energii niż reaktor jądrowy^[1] Czy to prawda? Przyjrzyjmy się faktom.

Sprawa zasługuje na rozważenie, bo w grę wchodzi wysoka stawka - niezawodność dostaw energii elektrycznej i jej niska cena warunkują dobrobyt gospodarczy. Jeśli wybierzemy strategię energetyczną, która spowoduje utratę stabilności sieci i duży wzrost kosztów energii elektrycznej, to nie tylko o rozwoju, ale nawet o utrzymaniu obecnej sytuacji nie ma co marzyć. Tymczasem częste zmiany siły wiatru - proponowanego nam jako najlepsze źródło energii - powodują niestabilność mocy wiatraków, a to skutkuje niskim współczynnikiem wykorzystania ich mocy, wysokimi kosztami wytwarzania energii i trudnościami w zaspokojeniu potrzeb odbiorców. Przykład Danii, podawanej jako wzór kraju skutecznie rozwijającego energetykę wiatrową, dobrze ilustruje problemy, jakie czekają nas w przypadku poważniejszego udziału elektrowni wiatrowej w systemie wytwarzania energii elektrycznej.

Według powszechnej opinii, prawie 20% zapotrzebowania Danii na energię elektryczną pokrywają turbiny wiatrowe, a przemysł produkcji turbin kwitnie. Informacje te jednak przedstawiają tylko część obrazu, a pomijają sprawę kosztów, dyspozycyjności, średniego rocznego wykorzystania mocy zainstalowanej i trudności eksploatacyjnych. Przemilczają istnienie potężnej sieci energetycznej w krajach skandynawskich i w Niemczech, pozwalającej kompensować falowanie dostaw energii wiatru. Przede wszystkim zaś nie wspomina się, że wiatr jest zmienny, niepewny i nieprzewidywalny, podczas gdy odbiorcy energii elektrycznej potrzebują dostaw energii dostarczanej niezawodnie, ciągle i tanio.

Problem okresowych zaników wiatru

Zmienność wiatru jest wręcz przysłowiowa. Widać ją też wyraźnie na wykresach zmienności siły wiatru w ciągu roku^[2]. Przy nominalnej mocy wiatraka np. 2 MW w praktyce daje on moc od 2 MW do zera - średnio 0,4 MW, jeśli znajduje się w miejscowości o dobrych warunkach wiatrowych. Ale nawet na tę moc średnią nie można liczyć. Są bowiem okresy, gdy cały system wiatrowy nie dostarcza wcale energii elektrycznej. Tak było np. w sierpniu 2002 r. gdy przez tydzień moc

dostarcza przez elektrownie wiatrowe była bliska zeru (rys. 1 ). Łącznie w 2002 roku było w Zachodniej Danii 52 dni, gdy wiatr dostarczał mniej niż 1 % zapotrzebowania. Tak więc moc systemu energetycznego musi być wystarczająca dla pokrycia potrzeb odbiorców niezależnie od mocy wiatraków^[2].

Rys. 1 Brak energii wiatru w okresie słabych wiatrów w Danii zachodniej.

Wg niemieckiej firmy EON, w której w końcu 2005 r. pracowały wiatraki o łącznej mocy szczytowej 7,600 MW udział energii wiatrowej w pokryciu dziennego zapotrzebowania szczytowego sieci energetycznej waha się od 0.1% do 32%. Doświadczenie wykazało, że gdy zapotrzebowanie energii elektrycznej było wysokie wskutek mrozów zimowych czy upałów letnich, elektrownie wiatrowe dawały minimalny wkład w pokrycie tego zapotrzebowania^[3].

W 2004 roku przeprowadzono w Niemczech dwie duże prace studialne, które stwierdziły, że wskutek niskiej dyspozycyjności wiatraków względne wykorzystanie ich mocy do pokrycia potrzeb szczytowych maleje. Przewiduje się, że w 2020 r. przy planowanej mocy zainstalowanej w wiatrakach wynoszącej ponad 48,000 MW , można będzie zastąpić nimi tylko 2,000 MW tradycyjnych źródeł energii"(EON raport 2005 ).

A jakie są możliwości wyrównania chwilowych spadków mocy wiatraków? Szybkie zmiany prędkości wiatru

Zmiany siły wiatru zachodzą zbyt szybko, by dało się je skompensować włączając lub wyłączając elektrownie węglowe. Przyznaje to nawet Greenpeace^[4], który gorąco popiera wprowadzanie wiatraków. Jednakże doświadczenie wykazało, że nie tylko elektrownie węglowe, ale i znacznie bardziej od nich elastyczne elektrownie gazowe nie dają się uruchomić dostatecznie szybko. Wzrost prędkości wiatru od 9 do 11.5 metrów na sekundę w morskiej farmie wiatrowej Homs Rev może spowodować podwojenie jej mocy z 80 do 160 MW w ciągu kilku minut^[5] .

Rys. 2 Gwałtowny spadek mocy wiatraków - przykład jeden z wielu.

Przykładów takich gwałtownych zmian jest wiele. Np. firma EON pokazała w swym raporcie, jak w wigilię 2004 r. o 9.15 moc wiatraków osiągnęła maksimum roczne równe 6,024 MW, a następnie spadła poniżej 2,000 MW w ciągu zaledwie 10 godzin, co stanowiło różnicę ponad 4,000 MW. W drugim dniu świąt moc wiatru w sieci E.ON spadła jeszcze bardziej - poniżej 40 MW."^[6] Te zmiany mocy wiatraków musiały wyrównać elektrownie systemowe opalane gazem lub węglem, albo - import energii z Norwegii (hydroelektrownie) i Szwecji (elektrownie jądrowe).

Możliwości przewidywania zmian siły wiatru

Doświadczenie duńskie wskazuje, że przewidywanie zmian prędkości wiatru jest zbyt mało trafne, by na tej podstawie dało się planować uruchomienie lub wyłączenie elektrowni ^[7]. W Niemczech wiodąca firma E.ON Netz wykorzystuje skomplikowany system oparty na danych Niemieckiej Służby Meteorologicznej, ale wyniki nie są lepsze niż w Danii. Jak wszystkie prognozy pogody, prognoza prędkości wiatru jest tylko częściowo trafna.