Bryjak: Dlaczego OZE a nie atom mają szansę ocalić planetę (POLEMIKA)

15 kwietnia 2019, 07:30 Atom

Rafał Bryjak, analityk sektora energetycznego, tłumaczy znaczenie Odnawialnych Źródeł Energii dla polityki klimatycznej w polemice na łamach BiznesAlert.pl na temat strategii energetycznej Polski.

Panele fotowoltaiczne. Fot. Pixabay

Problemy dużych elektrowni

Polemizując z autorem artykułu Dlaczego odnawialne źródła energii nie mogą ocalić planety szerzej przedstawię kwestię OZE i ich znaczenie w przyszłych latach. Parafrazując:

Kiedy byłem chłopcem… wszystko wokół wtedy wydawało się normalne – zima była zimą, lato latem, a między jednym a drugim były wiosna i jesień. Wtedy też usłyszałem po raz pierwszy o kwaśnych deszczach, zobaczyłem przetrzebione lasy w Sudetach i piłem płyn Lugola w 1986 r., a jednocześnie regulowałem temperaturę w mieszkaniu poprzez uchylanie okna, bo taniej energii nie było sensu oszczędzać, a duże systemowe elektrownie nie nadążały z jej produkcją …

Lipka: OZE zamiast atomu to eksperyment zasilany gazem (POLEMIKA)

Ktoś kiedyś stwierdził, że proste i małe jest piękne, ale o tym zapomniano i po dekadach pędu do jak największych elektrowni cieplnych (wodnych również), w których skomplikowanie układów jest tak duże, że do ich sprawnego zarządzania konieczne są całe zespoły specjalistów, nadchodzi czas „mniejszego i ładniejszego”.

Trend ten nie jest wynikiem jakiś filozoficznych przemyśleń, ale – o dziwo – uzasadnienia ekonomicznego. Oprócz właściwie jednej niewątpliwej zalety, jaką jest minimalizacja kosztów jednostkowych, duże instalacje mają właściwie więcej wad niż zalet. Potrzebują wszystkiego bardzo dużo i to o określonej precyzyjnie jakości oraz w określonym czasie i miejscu. W bardzo precyzyjnie skrojonych tego typu instalacjach jakiekolwiek odstępstwo od założonych norm generuje problemy równie wielkie, jak sama instalacja.

I może nawet byłoby to OK, gdyby nie jeden „drobny szczegół” – trend zaspokajania coraz większych i większych potrzeb – wciąż mowa o tych wielkich instalacjach – jest niemożliwy do utrzymania w nieskończoność. Dzisiaj objawia się to tym, że nie ma już paliw o wysokiej jakości i równocześnie niskiej cenie, gdyż wydobywamy węgiel, ropę i gaz z coraz głębszych pokładów, nie ma już też czystej wody dostępnej bez ograniczeń, bo trzeba ją kosztownie oczyszczać, a o tą samą wodę coraz częściej zaczynają walczyć rolnicy lub po prostu społeczności, którym wysychają studnie lub inne zbiorniki zaspokajające od zawsze ich potrzeby.

Co więcej, atmosfera jest już na tyle zapełniona różnego rodzaju emitowanych przez nas do niej substancjami, że nawet silniki samochodów dla ich prawidłowego funkcjonowania muszą mieć skuteczne filtry powietrza (ku refleksji – czy coś filtruje powietrze, które wdychamy?). Koszty eksploatacji takich elektrowni rosną proporcjonalnie do problemów, z którymi muszą się borykać. Te same koszty powodują, że – aby sprostać konkurencji – projektuje się te duże elektrownie minimalizując nakłady inwestycyjne i operacyjne. Równocześnie tanie paliwa mają gorszą jakość, co oznacza, że (pomijając inne kwestie techniczne) trzeba instalować „coś”, co brudne produkty spalania wychwyci, aby silniki spalinowe (o ludziach nie wspominając) miały akceptowalnie czyste powietrze do „oddychania”. Takie doprowadzanie produktów „po spaleniu” do jakości i stanu określonego jako bezpieczny, również kosztuje. I dotyczy to zarówno produktów spalania węgla, jak i produktów „spalania” paliwa jądrowego. Trzeba przy okazji zaznaczyć, że paliwo do elektrowni jądrowych jest również wyprodukowane z kopalin, gdyż spośród dostępnych technologii ta jest stosunkowo tania.

Kolejne zagadnienie związane z dużymi elektrowniami to konieczność wysłania tej dużej ilości energii w nich wyprodukowanej i umożliwienie jej odebrania w „malutkich porcjach” przez miliony odbiorców w sposób dla nich najbardziej komfortowy, czyli wtedy, kiedy oni chcą to zrobić (włączyć swoje urządzenie elektryczne). Dla zobrazowania skali zagadnienia – do transportu energii elektrycznej w Polsce służy blisko milion kilometrów sieci przesyłowych i dystrybucyjnych. To również są wielkie instalacje i wielkie problemy dotykające (w razie awarii) wielu odbiorców. Te problemy to oczywiście koszty związane z właściwym utrzymaniem sieci. Koszty te rosną, bo sieci nie są wieczne (również starzeją się i psują), a budowa nowych kosztuje więcej niż kiedyś, bo trzeba je przeprowadzać w terenach bardziej zurbanizowanych niż dawniej. W efekcie mamy dwa wielkie skomplikowane systemy – produkcji i dystrybucji energii elektrycznej, które dodatkowo muszą jeszcze ze sobą bardzo precyzyjnie współpracować w każdej sekundzie (podaż równa popytowi). Każda awaria (zakłócenie podaży lub popytu) jednego elementu generuje problemy w drugim. Do tej pory problemy te były rozwiązywane szybko i sprawnie, między innymi dlatego, że były na to pieniądze.

Przewagi OZE

Dochodząc do sedna zagadnienia – jeśli coś jest coraz droższe, to pojawiają się rozwiązania tańsze. Jeśli dodatkowo to tańsze może być czystsze (nie generujące tak wysokich kosztów środowiskowych i zdrowotnych), to już są dwa ważne powody do zainteresowania się tym nowym.

I tak pojawiło się OZE. OZE to rozwiązania znane od wieków, ale wygoda spowodowała, że łatwo dostępny węgiel, uran oraz ropa naftowa (czytaj: koszty ich pozyskania niewspółmiernie niskie do korzyści w postaci uwalnianej energii) spowodowały odejście na przykład od wiatraków lub żaglowców, na których miejsce weszły silniki napędzające dosłownie wszystko. Napędziły też rozwój technologiczny, którego apetyt na paliwa do niedawna wydawał się nie mieć końca. To, że obecnie OZE powoli wraca do łask wynika między innymi z opanowania tych technologii na poziomie sprawności porównywalnych z technologiami paliwowymi. Najlepsze ogniwa PV w wersjach laboratoryjnych obecnie mają już sprawność wytwarzania energii elektrycznej na poziomie maksymalnym dla obecnie eksploatowanych elektrowni atomowych.

Można dodatkowo stwierdzić, że polityka i lobbing to czynniki, które są tylko na początku katalizatorem wdrażania pewnych rozwiązań, natomiast w pewnym momencie takie wsparcie przestaje być znaczące, gdyż inne czynniki – w tym głównie ekonomiczne – już same napędzają dalszy rozwój i zmiany. Uważam, że właśnie dotarliśmy do takiego miejsca, w którym nowe technologie w postaci OZE wychodzą na prowadzenie przed technologiami paliw kopalnych – w tym głównie wyprzedzając energetykę jądrową.

Porównując:

brak paliwa (w przypadku fotowoltaiki, wiatraków …) to brak kosztów jego pozyskania, zaś brak produktów spalania („wypalania”) to brak kosztów ich utylizacji. W przypadku elektrowni jądrowych ma to niebagatelne znaczenie, czego dowodem jest fakt, że przez ponad pół wieku prawie całe zużyte paliwo wciąż „leżakuje” na terenie elektrowni atomowych oczekując, aż technologia jego ostatecznej utylizacji lub ewentualnego ponownego wykorzystania osiągnie etap dojrzałej opłacalności;
OZE z natury rzeczy musi być rozproszone, bo gęstość energii w wietrze lub nasłonecznieniu jest zdecydowanie mniejsza niż zmagazynowana w litrze/kilogramie jakiegokolwiek paliwa, choć – jak wiemy – „na słońcu” (na Ziemi) również można jajka ugotować, tylko trzeba wiedzieć jak to zrobić; metody są znane, a zagadnieniem do rozwiązania jest tylko skala i kwestie organizacyjne;
wspomniane wyżej rozproszenie jest w dzisiejszych czasach zaletą, gdyż bardzo skraca się odległość od miejsca generacji energii elektrycznej do miejsca jej zużycia, czyli kolejny element kosztów odpada;
jeśli nie można liczyć na dużą gęstość energii w jednym miejscu, to alternatywą jest pozyskanie tej energii z dużej ilości mniejszych źródeł, ale duża ilość nie w każdym przypadku oznacza konieczność koncentracji dużej ilości źródeł na jednym obszarze, bo w takim przypadku znowu dochodzą koszty przesyłu energii;
prosty rachunek wykaże, że w Polsce wystarczy pokryć panelami PV obszar około 900 km² (kwadrat 30x30km), aby zaspokoić obecne zapotrzebowanie kraju na energię elektryczną. Oczywiście jest to uproszczenie, w którym istotna jest głównie powierzchnia – w stosunku do całkowitej powierzchni kraju wynoszącej 312 000 km² te oszacowane 900 km² stanowi zaledwie 0,3%. W tym samym kraju jest około 7 mln budynków, a ich liczba również stanowi o możliwej skali rozproszenia źródeł PV. Z tej ilości budynków nietrudno znowu w prosty sposób oszacować potencjalną sumaryczną moc szczytową wszystkich instalacji PV. Choć dla instalowania paneli ze względu na nieodpowiednie ustawienie lub zacienienie nadaje się mniej niż połowa powierzchni dachów budynków, to panele można też umieszczać na terenach mniej użytecznych, np. zdegradowanych przemysłowo, a jeśli nawet są to użytki rolne, to położony pod panelami teren nadal może być wykorzystywany jako pastwisko (co nawet jest wskazane, bo dzięki temu rosnąca roślinność nie zablokuje dostępu światła do paneli).
Wracając do tematu wody – elektrownia jądrowa potrzebuje duże ilości wody do chłodzenia, dlatego często tego typu obiekty buduje się w sposób umożliwiający korzystanie z wody morskiej lub dużych rzek. W przypadku elektrowni jądrowej kwestie lokalizacyjne związane z dostępem do dużej ilości czynnika chłodzącego mają jeszcze większe znaczenie niż w przypadku innych elektrowni cieplnych – wody potrzeba jeszcze więcej nie tylko ze względów technologicznych (jak w przypadku elektrowni węglowych), ale głównie ze względów bezpieczeństwa, czego dość boleśnie doświadczyła Japonia w Fukushimie. Na tą samą wodę rośnie popyt wraz z systemowo uwarunkowanym wzrostem gospodarczym (w szczególności dotyczy to zasobów słodkowodnych). Można przypuszczać, że w dłuższym horyzoncie czasu produktami „najpierwszej” potrzeby będzie woda i żywność (w niektórych rejonach świata już tak jest), a to za sprawą postępującego wzrostu populacji oraz globalnego ocieplenia. Logika podpowiada, że należałoby wdrażać technologie przemysłowe (w tym energetyczne), które są w stanie obejść się bez wody. Wracając do Polski – zakładając, że suma rocznych opadów nie powinna w Polsce znacząco spaść, to w cieplejszym klimacie woda będzie szybciej wyparowywać, a do tego nie tylko spodziewamy się spadku opadów latem, lecz co gorsze, opady będą intensywne ale krótkie i woda nie będzie miała czasu na wsiąknięcie do ziemi. Sumarycznie będziemy to obserwować jako susze. I nie mówimy tu o odległej przyszłości, bo to już się dzieje: w okresie 1951-1981 było w Polsce 6 susz – średnio jedna co 5 lat; w okresie kolejnych trzech dekad pomiędzy latami 1982–2011 susz było aż 18 – średnio co 2 lata. W 2015 roku fala upałów spowodowała wzrost zapotrzebowania na prąd dla klimatyzacji, a jednocześnie spadek ilości wody w rzekach i wzrost jej temperatury wymusił wyłączanie elektrowni węglowych chłodzonych wodą z rzek, gdyż groziło to zbytnim dodatkowym podgrzaniem wód w tych ekosystemach – po raz pierwszy od czasów PRL-u wprowadzono ograniczenia w dostawach prądu;
W celu zaspokojenia komfortu zużywania energii „na żądanie” w ramach obecnie funkcjonującego systemu energetycznego, niestabilność generacji przez OZE (takie jak fotowoltaika czy wiatr) musi być czymś skompensowana. W tym przypadku jako pierwsze lekarstwo nasuwa się akumulacja, ale ta potrzeba istnieje również w przypadku źródeł opalanych paliwami. Dla takich bloków może nie stanowi to problemu w sensie technicznym, bo urządzenia są mimo wszystko przystosowane do pracy z mocą znacznie poniżej maksymalnej, nie mniej w grę wchodzą względy ekonomiczne wynikające z pracy poza optymalnymi (maksymalnymi) zakresami najwyższej sprawności, a ponadto zmienne obciążanie ma negatywny wpływ na trwałość urządzeń, a to z kolei przekłada się na podwyższone koszty utrzymania tych urządzeń w dobrej kondycji technicznej. Faktem również jest, że obecne potrzeby regulacyjne systemu energetycznego wynikają już po części ze współpracy systemu energetycznego właśnie z niestabilnymi źródłami energii, ale w przypadku Polski obecnie nie jest to jeszcze tak istotne zagadnienie techniczne jak na przykład w Niemczech. W Polsce istotnym zagadnieniem staje się regulacja wynikająca tylko ze zmian zapotrzebowania (zmiany w ciągu doby – niskie zapotrzebowanie nocą, wyższe w ciągu dnia), a niestabilne źródła tylko te tendencje pogłębiają. Oczywiście rosnąca zmienność popytu może być kompensowana poprzez mechanizmy rynkowe, takie jak zmienne ceny, promujące odbiór energii w okresach mniejszego zapotrzebowania na nią. Praktycznie jednak, technologia magazynowania – jaka by nie była – wspomoże również pracę obecnie działającego systemu energetycznego już zmagającego się z szybko zmieniającym się wytwarzaniem źródeł OZE, a w przyszłości zapewne umożliwi korzystanie z energii elektrycznej niezależnie od pracy niestabilnych źródeł. Kwestią do rozważenia pozostaje większe lub mniejsze wsparcie dla magazynów energii lub alternatywnie dla źródeł gazowych, których zadaniem będzie zapewnienie dostępu do energii elektrycznej kiedy nie wieje i nie świeci przez okresy powiedzmy 2-3 tygodniowe. Celowo w kontekście magazynowania energii nie wspominam o elektrowniach szczytowo-pompowych, bo są to obiekty również wielkoskalowe oraz wymagają potężnych nakładów inwestycyjnych oraz szczególnych warunków środowiskowych, aby ich budowa była opłacalna – właśnie z tych względów jest ich na świecie stosunkowo niewiele, a wydaje się, że powszechność dostępu do energii (źródeł lub generatorów o niskich cenach) będzie czynnikiem decydującym o powodzeniu wdrażania danej technologii;
Kolejną rozwiązaniem stabilizującym dostawy energii jest korzystanie równocześnie ze źródeł różnego typu. W tym przypadku do dyspozycji jest już kilka opanowanych „małych” technologii, tzn. PV, wiatraki, biogazownie+silniki tłokowe, elektrownie wodne (także MEW, nie tylko na dużych zaporach), technologie pozyskiwania i spalania wodoru oraz różnorodne akumulatory. Sposób i zakres ich wykorzystania będzie wynikał głownie z lokalnych możliwości (np. w zakresie MEW). Kilka mniejszych różnych źródeł daje możliwość ich wzajemnego uzupełniania się, a mały zasięg oddziaływania ograniczony ilością odbiorców możliwych do jednoczesnego zasilenia powoduje, że ewentualne skutki braku generacji ze wszystkich źródeł na raz dotkną tylko mały obszar, a nie pół kraju – jak ostatnio w Wenezueli (niezależnie od rzeczywistych przyczyn braku generacji). A nawet jak już coś takiego się zdarzy, to prościej (i taniej) jest zorganizować pomoc dla danej społeczności na niewielkim obszarze, niż dla całego województwa lub połowy kraju;
bezpieczeństwo również kosztuje i w tej dziedzinie raczej się nie oszczędza. Niestety koszty bezpieczeństwa rosną wraz ze świadomością zagrożeń. Znając te zagrożenia, opracowujemy nowe metody zapobiegania im, a każde takie rozwiązanie to dodatkowy koszt, dlatego właśnie obecnie realizowane projekty budowy nowych elektrowni atomowych są takie drogie. Na drugim końcu skali jest PV. Zniszczony panel PV czy poprzez coraz częstszy ponadnormatywny grad, czy „terrorystyczny” atak sąsiada szalejącego z młotkiem (nieważne czy w Europie czy w Afryce) jesteśmy w prosty sposób w stanie pozamiatać, bez specjalnych kombinezonów i umiejętności potwierdzonych licznymi certyfikatami. Jest to oczywiście uproszczenie, ale w porównaniu do Fukushimy, która wciąż podlega „zamiataniu” i końca zarówno sprzątania jak i jego kosztów nie widać, posprzątanie panelu PV jest banalnie proste. W tym porównaniu intencją nie jest podważanie kompetencji inżynierów walczących ze skutkami tsunami w Japonii, a jedynie po raz kolejny zwrócenie uwagi, że wielkie awarie (nawet nie katastrofy) pociągają za sobą wielkie koszty i o wiele większy wysiłek nie tylko społeczności lokalnej, ale i międzynarodowej; dotyczy to zarówno problemów Japończyków, jak i na przykład poważnych awarii tankowców lub wież wiertniczych;
Recykling w przyszłości będzie koniecznością, bo pewne surowce dostępne są w ograniczonej ilości, stąd ekonomia wymusi takie technologie, które będą minimalizowały zarówno zużycie energii do produkcji jej źródeł, jak i naturalnym stanie się powtórne wykorzystywanie rzadkich i stąd drogich materiałów. Celowo nie wspominam o zagrożeniu tych materiałów dla środowiska (oraz dla człowieka), bo sam fakt ich ponownego wykorzystania eliminuje problem ich składowania w niekontrolowany sposób – to się nie będzie opłacało według tej samej zasady, na podstawie której dzisiaj nie znajdziemy katalizatorów samochodowych na wysypiskach śmieci. Opanowanie technologii zamykania cyklu obiegu materiałów koniecznych do wytwarzania paneli PV w ciągu najbliższej dekady lub dwóch wydaje się i tak bardziej realne, niż wspomniane wyżej opracowanie metod akceptowalnego cenowo ponownego wykorzystywania wypalonego paliwa jądrowego.

Nowa energetyka

Podsumowując:

Poruszone wyżej wątki to tylko fragment zagadnień, które składają się na całokształt obecnie obserwowanych zmian w energetyce. Energetyka schodzi pod strzechy nie tylko poprzez dostępność cenową paneli fotowoltaicznych lub fanaberie posiadania własnego źródła czystej energii. Dzieje się to również dzięki zwiększającej się świadomości całych społeczeństw, które muszą walczyć (ponosić coraz większe koszty) z konsekwencjami globalnego ocieplenia, takimi jak pogłębiające się okresy suche, podnoszący się poziom morza wdzierającego się w gęsto zaludnione delty rzek, zasalający wody słodkie lub ekstremalnie silne wiatry niszczące zarówno lasy jak i linie energetyczne, a kończąc na tak „banalnej” rzeczy, jak niska emisja. Kiedyś paląc łajnem nie ingerowaliśmy w środowisko, bo po pierwsze nie było w nim żadnych substancji wytworzonych sztucznie, po drugie łajno było dostępne lokalnie w ilościach rozproszonych. Dziś paląc kopalinami ingerujemy w środowisko, bo w krótkim czasie uwalniamy (wydobywamy) materiał zmagazynowany pod ziemią podczas setek milionów lat i w krótkim czasie duże ilości produktów spalania wpuszczamy do atmosfery zakłócając naturalne proporcje i stężenia, których natura nie jest już w stanie skompensować w ramach naturalnych procesów.

Świat (ludzie) właśnie się w bólach umawia, że za jakieś 30 lat nie będzie spalał „drogich” paliw kopalnych. W tym przypadku „drogie” to takie, które oprócz ceny wydobycia i dostarczenia do miejsca spalenia zawierają również koszty utylizacji wszystkich szkodliwych substancji pozostających po ich spaleniu – w tym CO₂, którego do tej pory nawet nie rozpoczęliśmy utylizować (zmniejszać koncentrację w atmosferze). Trwa więc wyścig, kto spali jak najwięcej jeszcze w miarę „tanich” paliw kopalnych (nieobarczonych rzeczywistymi kosztami zagospodarowania tych odpadów) i dzięki temu tanim kosztem przestawi się na nowe bezemisyjne technologie. W tym wyścigu na razie wygrywa węgiel i gaz, a bezemisyjne elektrownie jądrowe nawet nie podejmują walki, bo ich koszty są zbyt wysokie. Dodatkowo w szybkozmieniającym się świecie nikt nie chce podejmować ryzyka związanego z finansowaniem projektów jądrowych, których realizacja i długość życia wybiega ponad czas życia osób decydujących. Dlatego ci, którzy mają pieniądze i możliwości chyba właśnie przewodzą w tym wyścigu spalania czego się da i budują coraz więcej wiatraków, farm PV i inwestują w akumulację, stąd między innymi zwiększone emisje CO₂ takich państw jak Niemcy czy Francja.

Należy również podkreślić, że ekonomicznie uzasadnione jest nie tylko przechodzenie od technologii emisyjnych na bezemisyjne, ale niebagatelne znaczenie ma również właściwe wykorzystanie energii już wytworzonej. Ma się to nijak do trendu ciągłego wzrostu zużycia energii (i emisji), gdyż potrzebny jest on do utrzymania wzrostu konsumpcji, która jest podstawą całego systemu ekonomicznego świata. Ze zrównoważoną gospodarką nie ma to nic wspólnego.

Zrównoważony rozwój jest dopiero przed nami, ale już teraz trwa globalna walka na gruncie politycznym, ekonomicznym i technologicznym o dominację w przyszłości, kiedy zrównoważony rozwój stanie się koniecznością, a nie hasłem reklamowym. Stoimy na rozdrożu: możemy dążyć do zachowania dzisiejszego ekonomicznego wspierania utopijnego nieskończonego wzrostu opartego na kopalinach lub możemy wykorzystać nieustanny postęp (leżący w naturze człowieka) do stworzenia systemu szytego na miarę ograniczonych zasobów planety. Za tym drugim stoją liczby łącznie z niewyczerpalnym źródłem energii, jakim jest słońce.

Strupczewski: Co zrobić z faktami niewygodnymi dla OZE? (POLEMIKA)