Jak bardzo fluktuują źródła odnawialne?

Niezależnie od tego, jak mocno byśmy kochali źródła odnawialne, nie uciekniemy od faktu, że wiatr wieje lub nie wieje.

Przeciwnicy energetyki odnawialnej twierdzą: „Energetyka wiatrowa jest nieprzewidywalna, nie zapewnia stabilnej produkcji energii, nie poprawia więc bezpieczeństwa dostaw. Jeżeli postawimy wiele farm wiatrowych, będziemy musieli utrzymać wiele elektrowni na gaz i węgiel, jako zabezpieczenie okresów bezwietrznych”. Nagłówki w prasie typu: „Słaby wiatr przyczyną problemów sieci energetycznej w Teksasie” jeszcze podsycają takie opinie.

Zwolennicy energii wiatrowej umniejszają wagę problemu, twierdząc: „Spokojnie.

Pojedyncze farmy wiatrowe może nie zapewniają stabilnej produkcji, ale wszystkie farmy wiatrowe w sumie dają znacznie większą stabilność”.

Przyjrzyjmy się danym i znajdźmy zrównoważony punkt widzenia. Rys. 26.2.

pokazuje całkowitą produkcję sektora energetyki wiatrowej w Irlandii od kwietnia 2006 do kwietnia 2007 roku. Jasno widać, że produkcja nie jest stabilna, nawet jeżeli zbierzemy wiele turbin pokrywających cały kraj. Wielka Brytania jest nieco większa niż Irlandia, ale problem jest ten sam. Między październikiem 2006 a lutym 2007 roku było 17 dni, kiedy 1632 brytyjskich wiatraków pracowało z wydajnością poniżej 10% mocy zainstalowanej. W tym okresie przez 5 dni wydajność wynosiła 5%, zdarzył się też dzień z zaledwie 2-procentową wydajnością.

Przełóżmy na liczby fluktuacje energii wiatrowej w skali kraju. Ważne są dwie kwestie – zmiany w krótkim czasie i długie okresy bezwietrzne. Poszukajmy największej zmiany chwilowej w miesięcznym zestawieniu dla irlandzkiej energetyki wiatrowej.

11 lutego 2007 roku produkcja energii z wiatru w Irlandii spadała nieprzerwanie z 415 MW o północy do 79 MW o 4 nad ranem. To tempo zmiany rzędu 84 MW na godzinę dla całego sektora energetyki wiatrowej o mocy zainstalowanej 745 MW (tempo zmiany to szybkość, z jaką produkcja spadała lub rosła – zbocze wzgórka na wykresie z 11 lutego). Jeśli więc zwiększymy moc zainstalowaną w brytyjskiej energetyce wiatrowej do 33 GW (co oznaczać będzie średnią produkcję 10 GW), tempo zmiany może wynieść:

	     33 000 MW
84 MW/h x ------------ = 3700 MW/h
	      745 MW

przy założeniu, że warunki są u nas podobne do irlandzkich. Więc albo będziemy musieli podnosić produkcję w źródłach zastępczych w tempie 3,7 GW na godzinę – to tak, jakby co godzinę uruchamiać 4 elektrownie jądrowe ze stanu postoju do pracy z pełną mocą – lub też nauczymy się obniżać popyt w tempie 3,7 GW na godzinę.

Czy da się spełnić te wiatrowe wymogi? By odpowiedzieć na to pytanie, musimy nieco bliżej przyjrzeć się gigawatom. Gigawaty to wielkie jednostki energii, używane w skali kraju. Są dla kraju tym, czym dla pojedynczej osoby jest kilowatogodzina dziennie – miłą i wygodną jednostką miary. Średnie zużycie energii elektrycznej w Wielkiej Brytanii wynosi około 40 GW. Możemy przełożyć krajową liczbę na osobiste zużycie – 1 kWh na osobę dziennie odpowiada 2,5 GW w skali kraju. Jeżeli każdy zużywa 16 kWh prądu dziennie, wówczas krajowe zużycie wynosi 40 GW.

Czy tempo zmiany rzędu 4 GW na godzinę w skali kraju to jakaś kosmiczna wartość? Nie, każdego ranka, jak widać na Rys. 26.3., popyt w Wielkiej Brytanii skacze o jakieś 13 GW pomiędzy godz. 6:30 i 8:30 rano. To tempo zmiany rzędu 6,5 GW na godzinę. Nasi energetycy codziennie radzą sobie w krajowej sieci energetycznej z tempem zmiany większym niż 4 GW na godzinę. Sporadyczne dodatkowe wahnięcia rzędu 4 GW na godzinę, spowodowane nagłymi zmianami siły wiatru, nie powinny nas odwieść od stawiania wiatraków. To po prostu problem, który inżynierowie już rozwiązali podobnie jak wiele innych.

Musimy jedynie wymyślić, jak zharmonizować zawsze zmienny podaż i popyt bez użycia paliw kopalnych. Nie twierdzę, że problem niestabilności produkcji energii z wiatru już został rozwiązany, nie jest jednak trudniejszy niż inne, już załatwione problemy.

Zanim przejdziemy do innych rozwiązań, musimy przełożyć na liczby inny problem wiatru – długotrwałe okresy bezwietrzne (nazwijmy je z żeglarska flautą). Na początku lutego 2007 roku w całej Irlandii nie wiało przez 5 dni. Nie było to nic niezwykłego, co można zobaczyć na Rys. 26.2. Pogoda bezwietrzna, utrzymująca się przez 2–3 dni zdarza się kilkanaście razy w roku.

Z brakiem wiatru można sobie radzić na dwa sposoby. Możemy zgromadzić gdzieś energię, zanim wiatr ucichnie, redukować zapotrzebowanie w całym okresie bezwietrznym lub jedno i drugie. Jeżeli mamy turbiny o mocy zainstalowanej (maksymalnej) 33 GW, dostarczające średnio 10 GW, wówczas ilość energii, którą musimy zawczasu zmagazynować (lub też bez której musimy obejść się w ciągu 5 dni bez wiatru), wyniesie.

10 GW × (5 × 24 h) = 1200 GWh.

(Gigawatogodzina (GWh) to w skali kraju nader wygodna jednostka miary energii. Zużycie prądu w Wielkiej Brytanii wynosi mniej więcej 1000 GWh dziennie).

Wrzućmy tę wartość do ogródka przeciętnego Brytyjczyka – magazyn energii dla całego kraju o pojemności 1200 GWh odpowiada magazynowi energii na osobę o pojemności 20 kWh. Dzięki takim zapasom kraj mógłby przez 5 dni obejść się bez dostaw 10 GW prądu, a każdy obywatel – bez produkcji 4 kWh prądu dziennie.

W Polsce obecne średnie dzienne zużycie energii elektrycznej wynosi obecnie 400 GWh (jest nas mniej i zużywamy mniej elektryczności na osobę).

Magazyn o pojemności 1200 GWh wystarcza na zmagazynowanie jednodniowej produkcji energii przez brytyjskie lądowe farmy wiatrowe.

Zgodnie z wyliczeniem z Rozdziału 4. w Polsce dysponujemy lepszym potencjałem wiatrowym niż Brytyjczycy (30 kWh/d/o w stosunku do 20 kWh/d/o). Zmagazynowanie tych 30 kWh na osobę dziennie wymagałoby (przy uwzględnieniu liczby Polaków równej 40 mln) magazynu o pojemności 1200 GWh – identycznego jak dla Wielkiej Brytanii. Dzięki takim zapasom nasz kraj mógłby przez 5 dni obejść się bez dostaw 10 GW prądu, a każdy Polak – bez produkcji 6 kWh prądu dziennie.

elektrownia      moc    różnica poziomu wód    objętość    zmagazynowana
                (GW)    w zbiorniku górnym    (milion m3)    energia
                             i dolnym)
                               (m)                              (GWh)		
------------------------------------------------------------------------
Ffestiniog      0,36       320 – 295             1,7           1,3
Cruachan        0,40       365 – 334            11,3          10
Foyers          0,30       178 – 172            13,6           6,3
Dinorwig        1,80       542 – 494             6,7           9,1
------------------------------------------------------------------------