Bieszczady, dzień siódmy

 230824

Rankiem, po lekkim śniadaniu, wyjechaliśmy na północ, w stronę naszych domów. Nie bezpośrednio, jako że pociąg wnuczki odjeżdżał z Lublina po godzinie 17, a na dworzec mogliśmy dojechać w 4 godziny. Mieliśmy więc kilka godzin wolnego czasu i zgodnie z planem pojechaliśmy do Soliny, a więc niemal po drodze, zobaczyć największą w Polsce zaporę wodną i malownicze jezioro.

 Garść informacji podsuniętych przez Google: "Jezioro Solińskie ma powierzchnię 22 km2, długość ponad 26 km i rekordową pojemność 472 mln m3. Linia brzegowa jeziora liczy sobie ok. 156 km, a jego głębokość sięga miejscami 60 m." Od siebie dodam, że elektrownia działająca przy zaporze wytwarza 120 GWh energii elektrycznej rocznie. Ile to jest? Zakładając, że za jedną kilowatogodzinę płacimy złotówkę, to wartość energii z Soliny wyniosłaby 120 milionów złotych (bo 1 gigawatogodzina = milion kilowatogodzin). Aby wytworzyć taką ilość energii korzystając z węgla kamiennego, trzeba by spalać go w ilości 15-20 tysięcy ton rocznie; czyli jeden wielki wagon towarowy dziennie.

Skoro już dałem upust swojej skłonności do rachowania, wrócę do Soliny.

Byliśmy tam przed dziewiątą, wszystko jeszcze było zamknięte. Nawet na płatnym parkingu nie było biletera, zapłaciliśmy po powrocie. Planów szczegółowych nie mieliśmy, ale widząc kolejkę linową nad zaporą, od razu uznaliśmy, że trzeba z niej skorzystać. Jako jedni z pierwszych pojechaliśmy. Widoki warte są niemałej ceny biletu.

 

Sama zapora robi wrażenie wielkością, ale… mając w pamięci stuletnią zaporę na Bobrze w Pilchowicach w pobliżu Jeleniej Góry, spodziewałem się większej. Dla odmiany: tak wielkich i licznych ryb, jakie widziałem w jeziorze przy zaporze, nie spodziewałem się. Największe okazy miały jakiś metr długości. Jezioro ma bardzo urozmaiconą linię brzegową pełną półwyspów, zatok, wysokich brzegów, a wokół dużo jest szlaków z punktami widokowymi. Sama wioska Solina jest w istocie ośrodkiem turystycznym. Wszędzie komercja: płatne parkingi, bary, sklepiki, budki, mnóstwo domów i domków do wynajęcia, wesołe miasteczko, park linowy, statki wycieczkowe (z głośną „muzyką” słyszaną z daleka) i sam nie wiem co jeszcze. Wiem: ludzie. Wszędzie było mnóstwo ludzi. Wspomnianą kolejką wjeżdża się na wysoką górę, a tam restauracja i bar oraz... wieża widokowa – jakby mało było wysokości i widoków – oczywiście osobna płatna, i nie kilka złotych jak za wejście do Parku Narodowego. Z wagonika widziałem w dole gęstą zabudowę, domek stoi tam przy domku, co widać na zdjęciu. 

Trzeba płacić za nie kilkaset złotych za dobę, a mimo tej ceny, tłoku i hałasu, są chętni. Dziwne to dla mnie. Kiedy wychodziliśmy z nowoczesnego, bogato wyposażonego budynku dolnej stacji, widzieliśmy długą kolejkę ludzi chcących kupić bilety.

Pięć godzin później wniosłem walizkę wnuczki do pociągu i uściskałem ją na pożegnanie, a po następnej godzinie byłem w domu. Mam nadzieję na zaszczepienie w niej potrzeby bieszczadzkich wędrówek. Niekoniecznie po Solinie.

Obrazki ze szlaku

 Czady – dobry tekst i sympatyczny pomysł na budowanie swojej legendy. Takie tabliczki wiszą w barze przy górnej stacji kolejki linowej.

 Wypasione ryby. A może to jakieś rekiny słodkowodne? :-) Gdybym miał wędkę i umiał jej używać, na pewno kombinowałbym jak złowić taką sztukę mającą na około metr długości.

BIESZCZADZKIE BUKI

 Nie pisałem o bukach. Dzisiaj niewiele ich widziałem, ale w poprzednie dni bardzo dużo. Ich wygląd zaciekawiał, intrygował a nawet oszałamiał. Były chwile, gdy patrząc na wyjątkowo egzotycznie wyglądające te drzewa, miałem wrażenie przebywania w jakiejś baśniowej krainie elfów i czarodziei. W dolnych partiach lasów młodsze buki mają typowe pokroje, czyli rosną prosto, starsze natomiast są bardzo pokrzywione. Można pomyśleć, że z powodu ciężkich warunków, ale dopiero zobaczenie krzewiastych form rosnących przy granicy z połoninami, czyli dość wysoko, budzi wątpliwości pokazując, jakie kształty przyjmuje drzewo pod wpływem surowych warunków. Wyjaśnienie znajdujemy na tabliczkach informacyjnych: jeszcze 80 lat temu w dolnych partiach tych gór wypasano zwierzęta hodowlane, a te po prostu ogryzały młode drzewka. Zapewne większość nie przetrwała takich zabiegów, a te, które przeżyły, już do końca życia będą nosić na sobie blizny. Pierwsze zdjęcia zrobione były wysoko, widać na nich krzewiaste formy buków.

Panele i wiatraki a ceny prądu

 140724

W polskim krajobrazie szybko przybywa elektrowni wiatrowych i słonecznych. Rząd i lokalne samorządy chwalą się nimi jako symbolami nowoczesności i walki ze zmianami klimatu. Faktycznie, skala dokonywanych inwestycji w naszej energetyce wspomagana strumieniem rządowych dopłat jest wielka, ale czy jest się czym chwalić? We mnie coraz częściej budzą się obawy związane z nieracjonalnością, nieskutecznością, a nawet szkodliwością tych poczynań. Czytam, liczę, porównuję i w rezultacie nie wiem, jak nazwać te bezsensowne z technicznego, ekonomicznego i ekologicznego punktu widzenia działania. Co myśleć o władzach forsujących takie przepisy, skoro po niedługim zastanowieniu przeciętny technik jest w stanie ułożyć racjonalniejszy plan działania i znaleźć kilka dużo tańszych i skuteczniejszych sposobów na złagodzenie naszej presji na klimat? Czy mamy do czynienia z aż takimi dyletantami, czy może...

Nie znam się zbytnio na polityce, unikam tłumaczenia rzeczywistości spiskami, chcę tylko napisać o stronie technicznej, bo po prostu coś o niej wiem. Potrafię zebrać dane, zinterpretować je, przeliczyć i wyciągnąć wnioski. Sam, bez opierania się na wnioskach innych, aczkolwiek, muszę to zaznaczyć, nie tak dogłębnie i całościowo, jak mogą to zrobić praktycy inżynierowie. Tyle jednak wystarczy, wszak nie mierzę się tutaj z zamiarem napisania wyczerpującej analizy.

Energii elektrycznej, popularnego „prądu” (i dla uproszczenia tak dalej nazywanej), nie da się magazynować, ponieważ prąd jest w istocie zorganizowanym ruchem elektronów; taką definicję zapamiętałem jeszcze w szkole. Ruch nie może być stanem spoczynku, zmagazynowaniem. W praktyce ta cecha oznacza konieczność jednoczesnego wytwarzania prądu i jego zużywania, przy czym różnice między popytem a podażą nie mogą być znaczące. Skutek nadmiaru prądu można porównać do jazdy samochodem na niskim biegu z góry tak stromej, że silnik nie jest w stanie hamować i w rezultacie kręci się coraz szybciej. Po przekroczeniu pewnej granicy po prostu się uszkodzi albo wprost rozleci. Zbyt duży pobór prądu w stosunku do jego produkcji jest jak jazda samochodem na wysokim biegu pod zbyt stromą górę. Silnik nie będzie miał dość mocy by napędzić pojazd i kręcił się będzie coraz wolniej aż w końcu… staniemy. Zapadnie ciemność.

Tradycyjne elektrownie są w stanie wytwarzać prąd równomiernie przez całą dobę, mają jednak kłopoty z szybką zmianą wielkości tej produkcji, a zapotrzebowanie na prąd nie jest jednakowe; są rytmy dobowe, tygodniowe i roczne. Wiadomo, że w niedzielne ciepłe południe będzie dużo mniejsze niż w zimowy poniedziałek. Rocznym wahaniom łatwiej zaradzić, z dobowymi trudniej, ale pewnym ułatwieniem jest ich przewidywalność, powtarzalność. Nauczono się radzić z problemem, między innymi przy pomocy specjalnych elektrowni wodnych zwanych szczytowo-pompowymi.

Zdjęcie z tej strony: 

Oto elektrownia szczytowo-pompowa. Ogromna konstrukcja betonowo-ziemna, mnóstwo zajętego terenu, poważne zmiany otoczenia, ujemny bilans energii (więcej jej zużywa niż produkuje), a to wszystko dla zrównoważenia popytu i podaży energii. Ta elektrownia jest w istocie wielkim magazynem energii.

Tutaj jest ciekawy artykuł o takich elektrowniach.

* * *

Nim przejdę do dalszej części, przypomnę znaczenie symboli.

W symbolach jednostek ważna jest wielkość liter. "M" to mega, czyli milion, "m" to mili, czyli jedna tysięczna. "k" to kilo, czyli tysiąc, "K" to stopień Kelvina albo potas, taki pierwiastek.

kWh – kilowatogodzina, podstawowa jednostka energii, do tej pory kosztująca złotówkę. Ledowa żarówka zużyje 1kWh w około 100 godzin, czajnik w pół godziny. Jednorodzinny dom zużyje od kilku do kilkunastu kilowatogodzin dziennie, a włożona do gniazdka ale nieużywana ładowarka do telefonu zużyje 1 kWh w około pół roku albo i w rok.

MWh – megawatogodzina, tysiąc kWh, dotychczasowa wartość to około tysiąc złotych.

GWh – gigawatogodzina -- milion kWh, wartość milion złotych

TWh – terawatogodzina – miliard kWh o wartości miliarda złotych

Wat to jednostka mocy, czyli jakby siły. Symbol: W

kW – kilowat = tysiąc watów.

MW – megawat, tysiąc kW.

GW – gigawat, milion kW. Większych jednostek mocy praktycznie się nie używa.

Żarówka ma moc rzędu 0,01 kW, czajnik 2 kW, silnik w hulajnodze elektrycznej ma ok. 0,4 kW, w samochodzie osobowym 50 – 100 kW, w wielkiej ciężarówce 300 – 500 kW. Dziesięć paneli fotowoltaicznych na dachu domu ma moc 4 kW, duże wiatraki lądowe 1 – 4 MW, czyli tysięcy kilowatów, duża tradycyjna elektrownia ma moc liczoną w setkach, a nawet tysiącach MW. Wszystkie elektrownie w Polsce mają moc ponad 50 GW czyli 50 milionów kW.

V – wolt, jednostka napięcia elektrycznego. Aby prąd płynął, musi być do tego zmuszany, a wymusza różnica potencjałów elektrycznych, czyli napięcie mierzone w woltach. Bateria ma kilka lub kilkanaście V, w sieci domowej jest 230 V, napowietrzne linie energetyczne mają napięcie od 20 do kilkuset tysięcy V. Piorun jest tak wielkim widowiskiem, ponieważ widzimy efekt wyrównania różnicy napięcia między chmurami a ziemią wynoszącej dziesiątki milionów woltów. Tak ogromna różnica potencjałów wymusza przepływ wielkiego prądu mimo braku połączenia, po prostu przez powietrze, które nie było już w stanie działać jako izolator. Tak przy okazji: ile energii mają pioruny? Energia jest iloczynem mocy i czasu. Moc piorunów jest różna, zawsze ogromna, wielokrotnie przekracza moc wszystkich polskich elektrowni, ale jednocześnie wyzwalana jest na bardzo krótko, tysięczne części sekundy, co radykalnie zmniejsza ilość energii. Może jednorodzinny dom dałoby się zasilić przez parę miesięcy, raczej parę tygodni. Piorun jest tak potężny, ponieważ wielka moc wyzwalana jest niemal natychmiast. Przy okazji: dlaczego drzewo trafione piorunem pęka? Bo jego pień w środku jest wilgotny. "Piorun" ma temperaturę do 30 tysięcy stopni, więc ta wilgoć natychmiast zamieniona w parę rozsadza drzewo. Powietrze podgrzane do tej kosmicznej temperatury świeci oślepiającym blaskiem, a że przez rozgrzanie gwałtownie się rozszerza, wytwarza potężną falę uderzającą w nasze uszy, słyszaną jako grzmot.

Moc znamionowa to największa moc jaką urządzenie może bezpiecznie osiągać w pracy ciągłej, czyli przez wiele godzin a nawet dni.

* * *

W ostatnich latach promuje się i dofinansowuje olbrzymimi sumami budowę instalacji fotowoltaicznych, czyli paneli słonecznych. Obecnie ich łączna moc przekroczyła już 17 GW, czyli istotny procent całej mocy generowanej w naszym kraju. Z panelami jest jednak problem (i nieco tylko mniejszy z wiatrakami), ponieważ ich produkcja prądu jest skrajnie nierównomierna w ciągu doby i roku. W grudniu jest czterokrotnie mniejsza niż w maju czy czerwcu, a w nocy nie mam jej wcale. Kiedy najbardziej jest potrzebna, kiedy jej pobór osiąga szczyty, a więc popołudniami i wieczorami przez cały rok i przez większość czasu zimowych dni, fotowoltaika jej nie zapewnia. Na początku zimy przed godziną 16 zapalane są lampy, telewizory i kuchenki, a w tym czasie spada do zera wytwarzanie prądu w panelach. Aby zrównoważyć popyt i podaż, uruchamia się elektrownie szczytowo-pompowe, ale ich łączne moce wynoszą 1,4 GW, ponad dziesięć razy mniej niż paneli. Dlatego prowadzi się działania nieracjonalne z technicznego i ekonomicznego punktu widzenia: w czasie dużej podaży prądu z OZE tłumi się elektrownie węglowe, zwalnia jak to tylko możliwe, ale nie wyłącza się całego systemu pieców i gromadzenia pary, aby móc szybko doprowadzić je do działania z pełną mocą. Pali się w piecach węglowych tylko dla utrzymania gotowości. Takie praktyki prowadzą do szybkiego zużywania się elektrowni, których niespecjalnie się remontuje, ani tym bardziej nie buduje nowych – z wiadomego powodu: wszak mamy zwiększać źródła OZE. To jak jazda samochodem na najwyższym biegu z szybkością 20 km/godz, jak niewyłączenie silnika tylko dlatego, że za kilka godzin mamy jechać.

Coś się robi, owszem. Na przykład budowana jest u nas spora elektrownia zasilana gazem. Tego rodzaju elektrownie można szybciej uruchomić niż węglowe, więc ta budowana będzie stabilizować system, ale i jej mało. Ma mieć moc około 0,8 GW, czyli drobny ułamek mocy OZE, a co ważne, to gaz kupowany za granicą i tłoczony specjalnie zbudowanym gazociągiem. Poza tym zgodnie z planami Unii jest to tymczasowy sposób, wszak docelowo mamy całkowicie zrezygnować z kopalin. Nie wiadomo w którym roku dostaniemy zakaz jej używania, bo o naszych ważnych sprawach już nie my decydujemy.

Wielu właścicieli paneli na dachach swoich domów oburza się znaczną różnicą między ceną sprzedaży prądu u nich wytworzonego, a ceną zakupu z sieci. Odpowiem tak: gdyby nie przymus prawny, firmy energetyczne nie chciałyby odbierać tego prądu, bo dla nich więcej z nim kłopotów niż pożytku, a dla wszystkich dodatkowe koszta. Jakie? Różnorakie. Na przykład takie: jeśli w systemie jest nadmiar prądu, dyspozytorzy odłączają elektrownie wiatrowe i słoneczne, a mogą to robić zdalnie. Zgodnie z umowami, w takiej sytuacji właścicielom należy się odszkodowanie w wysokości wartości prądu, który ich elektrownie mogły wytworzyć, a który nie był odebrany. Coraz częściej są wyłączane i w coraz większej ilości, ale nadal się je stawia, ponieważ największy zysk jest nie z wartości wyprodukowanego prądu, a z wszelakich dopłat. A wiecie, kto ostatecznie płaci za ten niewytworzony prąd? Skąd pochodzą pieniądze na dopłaty? Pytania retoryczne. Jeśli więc zobaczycie gdzieś nieruchome wiatraki mimo wiania wiatru, będzie wiedzieli, co się dzieje; kto na tym traci, kto zarabia.

O niewykorzystanej energii z OZE przeczytacie tutaj i tutaj.

Na tych stronach znalazłem informację o nieodebranych w ten sposób w Polsce w ciągu niecałych pięciu miesięcy tego roku 330 GWh (330 milionów kWh) energii. W innym miejscu dowiedziałem się, że w Niemczech w 2022 roku niewykorzystana energia z OZE osiągnęła łącznie 8 TWh, czyli 8 miliardów kilowatogodzin. To tyle, ile potrzebuje Warszawa przez rok (według szacunku inżyniera energetyka), a przyjmując cenę kilowatogodziny na poziomie 1 zł, uzyskamy kwotę ośmiu miliardów złotych, chociaż trzeba zaznaczyć, że w hurcie cena jest sporo niższa. Warty ponownego zaznaczenia jest fakt zapłacenia tych miliardów bez jakiegokolwiek ograniczenia emisji CO2. To wyłącznie odszkodowanie dla właścicieli paneli i wiatraków, bo przecież oni nie mogą mieć strat finansowych. My owszem, możemy płacić i tracić, wszak to wszystko dzieje się (jakoby) dla naszego dobra.

Podobnie, chociaż wyraźnie lepiej, jest z wiatrakami, wszak i w nocy mogą generować prąd, ale i one nie dają jego stabilnej ilości. Można na czas nadmiaru prądu uruchamiać energochłonne procesy technologiczne, jak chociażby uzyskanie wodoru z wody, ale przygotowanie takich zakładów też kosztuje i trwa, a parcie odgórne, polityczne, ogranicza się głównie do zwiększenia mocy OZE. Można liczyć na przesyłanie z miejsc gdzie wieje i jest nadmiar energii tam, gdzie jest deficyt, ale wymaga to wielkiej przebudowy systemu przesyłania energii. Każde z tych rozwiązań jest bardzo drogie, droższe od i tak bardzo drogich elektrowni tradycyjnych, zwłaszcza jeśli uwzględni się mniejszą efektywność energetyczną i krótszą żywotność paneli i wiatraków. Żywotność akumulatorów też jest znacznie krótsza niż tradycyjnych elektrowni. Inaczej mówiąc: nawet jeśli byłoby u nas więcej energii z OZE i odpowiednia zdolność jej magazynowania, energia będzie droga. Nawet gorzej: w miarę przybywania instalacji OZE będzie coraz droższa, chyba że nastąpi jakaś rewolucja technologiczna.

 Oto nowa linia energetyczna dużej mocy biegnąca przez wzgórza w Sudetach; zdjęcia są moje, wykonane w czerwcu 2024r. Pomagają wyobrazić sobie skalę prac: karczowanie zboczy, poprowadzenie drogi dojazdowej dla sprzętu, zwiezienie kilkudziesięciu ton stali i betonu, montaż i przeciąganie ciężkich lin (nad jezdnią zbudowano tymczasowe podpory), a to wszystko dla postawienia ledwie jednego słupa i niewielkiego odcinka linii! Aby odnowić stare linie przesyłowe i zbudować całą sieć nowych, umożliwiających przesyłanie energii z farm wiatrowych i słonecznych tam, gdzie energii brakuje, potrzebnych jest wiele tysięcy takich słupów. Zwłaszcza, że trzeba cały system rozbudować i wzmocnić aby dostarczyć prąd do kroci tysięcy planowanych ładowarek samochodów elektrycznych.

Najlepszym sposobem na tę matnię byłoby wybudowanie elektrowni atomowych, takich, o których tylko mówimy od 50 lat, a rozbudowę OZE, jeśli już muszą być, ściśle wiązać z budową magazynów energii, ale przecież czas nas goni bo „planeta płonie” i mamy tylko rok czy 10 (nie pamiętam aktualnych „prognoz”) na jej uratowanie. Wiadomo też, że najskuteczniej uratujemy płacąc podatek za CO2, stawiając panele i wiatraki oraz jeżdżąc elektrykami, ale nie chińskimi, bo te nie ratują planety.

Gdzie można (a mało jest takich miejsc), należy budować elektrownie szczytowo-pompowe, a wszędzie magazyny akumulatorowe. Jednak są kłopoty z dostępnością pierwiastków potrzebnych do produkcji akumulatorów, nie ma mocy produkcyjnych, a my nie mamy tyle pieniędzy, aby stawiać tysiące kontenerów wypełnionych akumulatorami. Można liczyć na nowe technologie, pracuje się nad nimi, ale to pieśń przyszłości. Wcześniej pisałem już o niedostatkach magazynów, i dla zobrazowania problemu posłużyłem się przykładem farmy wiatrowej na Roztoczu. Ma ona moc znamionową 36 MW, a budowany największy w Polsce akumulatorowy magazyn energii ma mieć pojemność 900 MWh, czyli przy optymalnym wietrze ta roztoczańska farma, jedna z setek w kraju, zapełni go w dobę, ponieważ energia to iloczyn mocy i czasu jej pobierania lub wytwarzania, a więc 36 MW razy 24 h = 865 MWh. Detaliczna wartość tej energii wynosi blisko milion złotych. Dużo, ale tylko dla prywatnego domu, w skali kraju to bardzo mało. Zaznaczę jeszcze, że powyższe wyliczenie jest prawidłowe przy skrajnie sprzyjających warunkach, zwykle wytworzonej energii jest kilka razy mniej, bo albo wieje za mocno, albo za słabo.

Dla właścicieli prywatnych domów najlepszym rozwiązaniem (ale nadal dużo droższym od dotychczasowego systemu zapewnienia prądu) jest posiadanie własnego magazynu energii. Jakiej pojemności? Średnioroczne zużycie energii elektrycznej dla jednorodzinnego domu waha się w zależności od jego powierzchni, sposobu ogrzewania i ilości mieszkańców od 1,5 do 5 tysięcy kWh rocznie. Przyjmę, że będzie to średnio 10 kWh dziennie, czyli (do tej pory) rachunek wynosiłby 300 zł miesięcznie, więc raczej bliżej górnych granic Próbując oszacować wielkość domowego magazynu energii uznałem, że skoro w uproszczeniu przez połowę doby panele nie dają prądu, więc połowę dobowego zapotrzebowania należy zmagazynować, ale to ilość absolutnie minimalna, wprost niewystarczająca, skoro drugi dzień, a nawet kilka następnych dni, mogą być chmurne, więc produkcja energii będzie sporo mniejsza, a poza tym w zimie panele dają mniejszy prąd i tylko kilka godzin dziennie. Aby uniezależnić się od takich wahań, pojemność powinna być przynajmniej dwu- a raczej czterokrotnie większa od dziennego zużycia, czyli 20 do 40 kWh. Dla porównania: pojemność akumulatorów dużych modeli samochodów elektrycznych sięga 100 kWh. Podawane koszty domowego magazynu 40 kWh wynoszą ok. 60 tys zł, a całość instalacji, z panelami, grubo przekracza sto tysięcy.

Na tej stronie podają ilości energii wytworzonej w różnych źródłach.

Instalacje fotowoltaiczne w Polsce wyprodukowały w minionym roku 11,3 TWh, czyli 11,3 miliona MWh energii, co daje średnią dzienną 31 GWh, a więc 31 tysięcy MWh. Oczywiście to uśrednienie, w lecie ten parametr będzie kilkukrotnie większy niż w zimie. Nie znalazłem informacji o kosztach budowy wielkich magazynów; na fachowych stronach nie podają ich cen, a proszą o kontakt. Na tej stronie piszą o cenie magazynu 200 kWh na poziomie kilkuset tysięcy zł. Weźmy do obliczeń 400 tysięcy złotych, wtedy magazyn o pojemności 1 MWh kosztowałby 2 miliony.

Jeśli chcielibyśmy zmagazynować energię ze słońca produkowaną w ciągu jednego dnia, koszt akumulatorowych magazynów wyniósłby 2 mln zł (cena za pojemność 1 MWh) razy 31 tysięcy (megawatogodzin wygenerowanej energii), czyli 60 miliardów złotych. Liczę tutaj jeden do jednego, a dobrze by było móc gromadzić prąd z parodniowej produkcji, jak to wyżej uzasadniłem. Porównam raz jeszcze: średnia dzienna produkcja to 31 000 MWh, a my się chwalimy „wielkim” magazynem mieszczącym 900 MWh!

Dla porównania dane elektrowni szczytowo-pompowej Żarnowiec: ta strona informuje o zgromadzonej energii (w postaci wody w górnym zbiorniku) wielkości 3,6 GWh czyli 3600 MWh. Jednorazowo, a elektrownię w ciągu doby można dwukrotnie przygotować i uruchomić. W stosunku do potrzeb to nadal niewiele, chociaż (dotychczasowa) wartość detaliczna tej energii to około 3,5 mln zł. Jednak taka elektrownia będzie pracować wiele dziesiątków lat, czego nie można powiedzieć o magazynach akumulatorowych: ich żywotność szacowana jest na 15 lat. Nawiasem mówiąc, w Sudetach oglądałem elektrownie wodne pracujące od stu lat.

Te wyliczenia dotyczą jedynie paneli, a uwzględniając wiatraki, dysproporcje i koszta znacznie wzrosną.

Reasumując: zmagazynować możemy tylko bardzo niewielką ilość energii ze słońca (i z wiatru). Resztę albo musimy zużyć na bieżąco, albo się zmarnuje. Ogromna ilość energii nierównomiernie produkowanej i niemagazynowanej jest przyczyną wielkich obciążeń całego systemu, skutkuje jego szybszym zużywaniem i radykalnym zwiększeniem kosztów prądu przy minimalnym zmniejszeniu emisji CO2.

Stan tak pracującego systemu energetycznego porównałbym do jazdy samochodem z wciśniętym gazem i regulacją szybkości wyłącznie przy pomocy hamulca.

Aby zrównoważyć popyt i podaż, przy obecnych technologiach musielibyśmy wydać setki miliardów złotych, których po prostu nie mamy. W mediach niewiele się o tym wszystkim mówi, bagatelizuje problem lub wprost ukrywa stan rzeczywisty, zachłystując się rosnącą mocą OZE. Wobec opisanych faktów należy dbać o istniejące elektrownie i bezzwłocznie budować atomowe, ale i z tym mamy kłopot, chyba nie tylko finansowy.

Będziemy więc mieli prawdziwy kłopot z zapaleniem światła wieczorem w domu, o ile nie urealnimy procesu transformacji systemu energetycznego. Jeśli nie odsuniemy działaczy i polityków od decydowania o kształcie energetyki, a racjonalnością i nauką nie zastąpimy biurokratycznego oszołomstwa i dążeń do dzielenia naszych pieniędzy (a tym samym zwiększenia władzy), będzie nam się żyło biedniej i trudniej. Nie trochę, a dużo biedniej z oczywistego powodu: znaczny wzrost cen prądu i paliw powoduje znaczny wzrost cen wszystkiego. Każdego produktu i każdej usługi.

* * *

O czystości energii słów kilka

Konstrukcja wiatraka jest stalowa lub betonowo-stalowa. Stal jest produktem końcowym długiego łańcucha technologicznego: kopalnie rud i węgla, koksownia, huta, walcowania. Jeśli beton, to kopalnie kruszyw, wielkie młyny oraz energożerne piece. Śmigła robione są ze szkła i żywic. Jeśli szkło, to znowu kopalnie i huty, a żywice i farby produkuje przemysł chemiczny bazujący na ropie naftowej nie jako źródło energii, a jako podstawowy surowiec. Tak więc bez wielu różnych kopalin w niemałych ilościach, w tym także tych nielubianych jak węgiel i ropa, nie postawi się wiatraka. Elektrownie słoneczne wymagają mniejszej ilości materiałów, ale i w nich jest szkło, plastik, metal, beton. Magazyny akumulatorowe to (obecnie, w przyszłości na pewno inaczej) baterie litowe, jak się wydobywa lit, możecie poczytać tutaj:

Wyprodukowanie, przewiezienie, zmontowanie i użytkowanie wiatraka kosztuje określoną, możliwą do obliczenia, ilość energii oraz emisji CO2. Tak samo jest z każdym innym źródłem prądu. Różnego rodzaju elektrownie mają określoną żywotność, a więc można policzyć, ile energii wyprodukują. Stosunek ilości energii włożonej przy budowie do uzyskanej w czasie całej eksploatacji, w przypadku elektrowni atomowej (i niewiele mniej w węglowej) jest wielokrotnie większy niż z wiatraków. Wielokrotnie!

Przy obecnej technice jest tylko jeden sposób na całkowicie czystą, i z naszego punktu widzenia odnawialną, energię: stanąć w nasłonecznionym miejscu i grzać się jak jaszczurka. Wszystkie inne czyste nie są, aczkolwiek jedne są bardziej zanieczyszczające, inne mniej. Nawet zagrzanie słońcem wody w misce czy balii nie jest już całkiem czyste, ponieważ używa się stali lub plastiku, produkowanych przy użyciu węgla i ropy, a więc z emisją nie tylko CO2.

* * *

Szukając konkretnych danych na fachowych stronach technicznych, znowu widziałem częste mylenie jednostek elektrycznych. Na przykład podaje się, że łączna moc przydomowych magazynów wynosi 100 MW. Moc nie jest właściwą jednostką dla określenia pojemności, czyli zdolności magazynowania energii, a daje jedynie przybliżone wyobrażenie, ponieważ mówi o maksymalnej wielkości pobieranego prądu, ale nic o czasie pobierania. W efekcie czasami nie wiadomo, czy autor ma na myśli moc, czy energię, tylko zapomniał o literce „h” na końcu symbolu.

Chcąc zobrazować różnicę, pokuszę się o przybliżone porównanie: mamy butelkę wypełnioną wodą i informację o wielkości największego możliwego do uzyskania strumienia wody lejącej się z niej. Jaka jest pojemność tej butelki? Nie możemy wiedzieć, ponieważ podany parametr mówi nam coś o średnicy szyjki, a nie o zapasie nagromadzonej wody.

Uwaga techniczna: wszystkie rodzaje akumulatorów nie gromadzą prądu, a używają go w procesie ładowania do zmian chemicznych swojej struktury, przy czym zmiany te są odwracalne, to znaczy ponownie zamieniane na prąd. Gromadzą więc energię, ale niebezpośrednio elektryczną. Podobnie jest z wodnymi elektrowniami szczytowo-pompowymi: energia elektryczna zasila turbiny pompujące wodę do górnego zbiornika po to, aby w razie potrzeby puścić ją w dół i napędzić te same turbiny, tym razem wytwarzające prąd. Ten sposób magazynowania energii jest u nas najistotniejszy, gromadzi jej najwięcej, ale nadal żałośnie mało i coraz mniej w miarę szybkiego przybywania mocy OZE.

Nie tylko o wiatrakach

 070424

WIATRAKI

Będąc na Roztoczu zobaczyłem w oddali kilka wiatraków, których rok temu nie było, i oczywiście poszedłem zobaczyć je z bliska. Okazało się, że stoi tam 10 dużych turbin o mocy 3,6 MW każda. Dla porównania: średnie zapotrzebowanie jednorodzinnego domu mieszkalnego wynosi ok. 2 kW, czyli taki wiatrak pracujący pod pełnym obciążeniem zasili 2 tysiące domów, a więc duże osiedle w mieście. Porównanie czyni wrażenie, ale czytajcie dalej. W internecie trafiłem na stronę poświęconą energetyce, a na niej informację o kosztach budowy farm wiatrowych.

Dla nieobeznanych: 1 GW (gigawat) = tysiąc MW (megawatów) = milion kW (kilowatów) = miliard W (watów). Moc żarówki to 5-20 W, telewizora 70-150 W, a czajnika 2000 W czyli 2 kW.

Na wspomnianej stronie podawany jest koszt wiatraków w granicach 5 do 7 milionów złotych za 1 MW; to znaczy, że każdy z widzianych dzisiaj wiatraków kosztował jakieś 20 mln, a cała farma 200. Ogromne pieniądze, ale każdy rodzaj elektrowni kosztuje bardzo dużo. Parę lat temu oglądałem nową elektrownię wodną na Bobrze pod Jelenią Górą. W skałach wydrążone są kanały, położone wielkie rury, stoi duży budynek wypełniony specjalistycznymi urządzeniami, a to wszystko w górach, z dala od dróg. Moc? Raptem 1 MW. Kosztów tej konkretnej inwestycji nie poznałem, ale dowiedziałem się, że średni koszt jednego megawata elektrowni wodnej wynosi w Polsce 8,5 mln zł. Dla porównania: w elektrowni atomowej ten współczynnik wynosi 14,5 mln, czyli jeden zespół prądotwórczy (reaktor atomowy, turbina i generator) o mocy 1 GW kosztuje kilkanaście miliardów.

MOC A ENERGIA

Bardzo często w internecie, nawet na technicznych stronach, piszą bzdury myląc moc z energią. Moc to waty, energię liczy się w watogodzinach. Nie można pisać o mocy 100 watów na godzinę, bo to dokładnie tak, jakbyśmy napisali, że nasz termos mieści litr herbaty na godzinę, a silnik samochodu ma moc 100 kW na pół godziny.

Tak właśnie napisane jest tutaj:

Moc po prostu nie ma związku z czasem, to inna jednostka niż energia, aczkolwiek możemy powiedzieć, że ów przykładowy silnik rozwijał moc 100 kW przez 30 minut, a litr herbaty z termosu wypijemy w ciągu godziny.

Płacimy za zużytą energię, czyli mocy pobieraną w określonym czasie. Jeśli nasz telewizor pobiera 100 watów (czyli 0,1 kW), to w godzinę swojej pracy zużyje 0,1 kWh, czyli jedną dziesiątą kilowatogodziny energii elektrycznej, i za taką ilość zapłacimy. Ledowa żarówka o mocy 10 W, czyli 0,01 kW, świecąca cały zimowy wieczór, powiedzmy, że 10 godzin, zużyje energii 0,01 kW razy 10 h = 0,1 kWh, a czajnik wykorzysta tyle energii w ciągu paru minut.

Jeszcze o nazewnictwie. Wiatraki nazywane są też turbinami albo elektrowniami wiatrowymi. Uważam, że wszystkie te nazwy są prawidłowe, a tutaj wyjaśnię znaczenie technicznego określenia „turbina”. Otóż jest to rodzaj silnika, w którym obrót uzyskiwany jest przez działanie wiatru, wody, spalin lub pary wodnej na łopatki zamocowane na osi. Tak więc dziecięcy wiatraczek jest turbiną, w elektrowniach wodnych są turbiny obracane lejącą się z wysokości wodą (bo wtedy z większą siłą działa na łopatki), a w omawianych wiatrakach łopatkami turbiny jest trzyramienne śmigło na które działa wiatr. Generator natomiast to urządzenie generujące czyli wytwarzające coś technicznego, na przykład prąd. Najmniejszy i kiedyś powszechnie stosowany był montowany w rowerach i wytwarzał prąd do oświetlenia. Żeby generator działał, musi się kręcić. W elektrowniach napędzany jest turbinami, w rowerze wiadomo, a po co w takim razie reaktor w elektrowniach atomowych? Bo my nie potrafimy wytwarzać energii elektrycznej bezpośrednio z rozpadu pierwiastków promieniotwórczych, a to właśnie się dzieje w reaktorach atomowych. Robimy to okrężną i dość prymitywną drogą: w czasie tego rozpadu pierwiastków uwalniana jest ogromna ilość ciepła, które wykorzystuje się do gotowania wody i zbierania pary pod dużym ciśnieniem. Dalej jest tak samo jak w elektrowniach opalanych węglem lub gazem: owa para puszczana jest na łopatki turbiny, ta się kręci i napędza generator. No i mamy prąd w gniazdku.

 Tutaj są zdjęcia turbin parowych stosowanych w elektrowniach, a jak wyglądają turbiny wiatrowe, widać na moich zdjęciach wyżej albo w ręku dziecka.

POJEMNOŚĆ

Skoro już się wymądrzam, wyjaśnię często spotykane nieporozumienie związane z pojemnością akumulatorów. Ta pojemność jest oczywiście miarą ich zdolności przechowywania energii elektrycznej, i do tej pory używano do tego celu jednostki zwanej amperogodziną, w skrócie Ah. Ten parametr wskazywał, ile amper prądu może oddać akumulator przez określony czas, a tworzony był przez pomnożenie prądu i czasu jego pobierania. Na przykład typowy akumulator samochodu osobowego mający 50 Ah pojemności, jeśli jest w dobrym stanie i w pełni naładowany, może dać 5 A przez 10 godzin albo 1A przez 50 godzin. Iloczyn w obu przypadkach wynosi 50 Ah, czyli znamionową pojemność akumulatora. Ta jednostka wystarczała do określania wielkości akumulatorów rozruchowych w samochodach spalinowych, jednak do wielkich baterii akumulatorów w samochodach elektrycznych się nie nadaje, bo tak naprawdę nic nie mówi o ilości zgromadzonej energii. Dlaczego? Bo energia elektryczna to moc pobierana w określonym czasie. Moc, nie prąd (ampery), a moc jest iloczynem napięcia i prądu. Aby naprawdę wiedzieć, ile energii gromadzi akumulator, trzeba uwzględnić napięcie mnożąc przez nie amperogodziny, a wtedy otrzymujemy znane już watogodziny (Wh) i tysiąc razy większe kilowatogodziny (kWh). Przykład obrazujący różnicę: akumulator o napięciu 12 V i pojemności 50 Ah, czyli jak w naszych osobówkach, zgromadzić może 0,6 kWh energii (12 V razy 50 Ah = 600 Wh = 0,6 kWh). Akumulator o takiej samej pojemności 50 Ah ale napięciu 120 V, ma dziesięciokrotnie większą zdolność przechowywania energii, ponieważ 120 V razy 50 Ah = 6 kWh. Na pierwszym samochód elektryczny przejedzie około 3 km, na drugim 30.

Tak więc aby mieć pełne rozeznanie w wielkości baterii samochodów elektrycznych, dodano napięcie otrzymując kilowatogodziny i takich jednostek się używa.

MAGAZYNOWANIE ENERGII

Energii elektrycznej nie da się wytworzyć i odłożyć na półkę jak zwykłego towaru. Musi być jednocześnie wytwarzana i pobierana czyli zużywana. Prąd jest zorganizowanym ruchem elektronów, zatrzymanie tego przepływu to zanik prądu. Żadne akumulatory nie przechowują prądu, a w procesie ładowania wykorzystują jego energię do procesów chemicznych, które są odwracalne, to znaczy przebiegając jakby w drugą stronę wytwarzają prąd.

Największą wadą wiatraków i paneli słonecznych jest nierównomierne wytwarzanie energii elektrycznej. Nie ma słońca albo wiatru, nie ma prądu. Mocno wieje nad ranem, jest nadmiar, itd. Niemal jedynym sposobem na usunięcie tej wady jest budowa magazynów energii, których głównym składnikiem są wielkie baterie akumulatorów. W samochodach elektrycznych ich pojemności wynoszą do 100 kWh, co wystarczy na przejechanie do około 800 kilometrów albo do zasilania domu przez 2-4 tygodnie. Te porównania pozwalają na wyobrażenie sobie wielkości akumulatorów potrzebnych w zawodowym systemie energetycznych. Są takie budowane, to dziesiątki kontenerów wypełnionych akumulatorami i elektroniką. Koszta? Ogromne, więc u nas powstaje ich mało. Powiem tylko, że taki magazyn przeznaczony do jednorodzinnego domu kosztuje 40 tysięcy złotych, ale są i droższe. Jeśli współpracuje z panelami słonecznymi odpowiedniej wielkości, zapewni stałą dostawę energii do domu i niezależność od sieci zewnętrznej. Do 40 tysięcy (sam magazyn, bez paneli) na jeden dom, a większe? Znalazłem ofertę jakiejś chińskiej firmy oferującej magazyn o pojemności 5 MWh za 4,5 miliona złotych. Na ile taki magazyn wystarczy? Przeliczyłem dane podawane przez GUS i okazało się, że 5 MWh wystarczy do zasilania przez całą dobę 450 większych domów jednorodzinnych, ale jednocześnie prosty rachunek wskazuje, że jeden z oglądanych wiatraków w ciągu niecałych dwóch godzin przy wietrznej pogodzie zapełni cały ten magazyn. Jeden wiatrak! (3,6 MW jego mocy razy 2 godziny = 7,2 MWh. To znaczy, że aby zapewnić stabilizację systemu, czyli stałą dostawę energii, do kosztów wiatraków trzeba doliczyć przynajmniej drugie tyle pieniędzy na akumulatorowe magazyny. Przy tym trzeba wiedzieć, że podaż litu stosowanego w akumulatorach jest ograniczona i niewielka, a jego uzyskanie bardzo, bardzo nieekologiczne.

Bez magazynów energii elektrownie słoneczne i wietrzne są swoistą zabawką, niewiele przydatną w systemie energetycznym. Z wielu przykładów podam jeden: jeśli jest wietrzna pogoda, zdarza się nierzadko, że dyspozytor mocy zarządza wyłączanie wiatraków, bo jest nadmiar prądu z którym nie ma co w tej chwili robić (bo brakuje magazynów energii). Zgodnie z umowami, właścicielom takich wyłączonych wiatraków wypłaca się odszkodowania, no bo przecież są stratni…

O DZIWNEJ ELEKTROWNI

Są alternatywne sposoby przechowywania energii, ale i one mają poważne wady. Wspomniałem o wielkich akumulatorach jako niemal jedynym sposobie, ponieważ od dziesiątków lat stosuje się inny sposób magazynowania energii: elektrownie szczytowo-pompowe. To dwa wielkie zbiorniki wody, jeden jest w dole, drugi dużo wyżej. Między nimi biegną monstrualne rury oraz zamontowane są turbiny z generatorami. Jeśli w systemie energetycznym jest niedobór mocy, na polecenie bardzo ważnej w kraju osoby, mianowicie głównego dyspozytora mocy, otwierane są zawory, woda płynie z góry, turbiny się obracają, generatory dają prąd. System uruchamia się w ciągu minut. Kiedy jest nadmiar mocy, dyspozytor decyduje o inicjacji procesu odwrotnego: generatory dostają prąd stając się silnikami napędzającymi turbiny pracujące wtedy jako pompy. Milion ton wody pchany jest pod górę i napełnia górny zbiornik. W ten sposób zużywa się nadmiarową moc, szkodliwą jak i niedobór, oraz przygotowuje elektrownię do nowego cyklu pracy.

Słyszałem, że planowana jest u nas budowa kolejnej takiej elektrowni. Na koniec ciekawostka obrazująca skalę trudności w zapewnieniu równowagi między podażą energii a popytem na nią: taka elektrownia więcej zużywa prądu niż go wytwarza.

W starych zbiorach znalazłem zdjęcie mojej rodziny na tle jednej z dwóch rur takiej elektrowni działającej w pobliżu Władysławowa. Co powiecie o jej wielkości?

 

PIENIĄDZE I SENS

Dlaczego o tym piszę? Bo jestem technikiem, bo kiedyś policzyłem, ile dodatkowej mocy będziemy musieli mieć, jeśli wszystkie spalinowe samochody osobowe będą zmienione na elektryczne. Ta dodatkowa moc wyniesie 7 GW czyli 7000 MW! Zaznaczam raz jeszcze: tylko do ładowania osobówek! Znalazłem w internecie informacje o stopniu wykorzystania mocy wiatraków, wynosi 27 do 40%, a to oznacza, że jeśli brakująca moc miałaby być uzyskania tylko z wiatraków, to wtedy takich ponadstumetrowych kolosów jak te dzisiaj widziane trzeba będzie postawić 6 tysięcy za jakieś 120 miliardów. Oczywiście pod warunkiem dalszego działania naszych starych elektrowni węglowych, a tak nie będzie.

Zmiana samochodów na elektryczne wymusza też radykalną zmianę i rozbudowę sieci przesyłania energii, tych wielkich słupów z rozciągniętymi między nimi przewodami, stacji transformatorowych i dziesiątków tysięcy stacji ładowania. Koszta tych ostatnich zaczynają się od dziesiątek, kończą na setkach tysięcy w przeliczeniu na jedno stanowisko do szybkiego ładowania.

W skali całego kraju potrzebne są setki miliardów, może nawet biliony, na przebudowę systemu energetycznego. Nie mamy możności sfinansowania tych wszystkich wydatków. Piszę o tym, ponieważ będąc za OZE, za dbałością o przyrodę, widzę, że nas nie tylko nie stać na całkowite przejście na odnawialne źródła energii, to jeszcze te źródła są niedopracowane, kosztowne i niezbyt – delikatnie mówiąc – ekologiczne w wytworzeniu i późniejszej utylizacji.

Wszystkie kraje Unii wytwarzają około 7% globalnej produkcji CO2, a gaz ten jest odpowiedzialny w kilku tylko procentach na efekty cieplarniane. Kilka procent z kilku procentów do drobne ułamki na poziomie pojedynczych promili, czyli tysięcznych części. Inaczej mówiąc: nawet jeśli u nas wszystko się zamknie i zaorze, to w skali świata nic to nie zmieni nie tylko dlatego, że atmosferę mamy jedną, nieznającą granic państwowych, ale po prostu z mikroskopijności efektów.

Dlaczego więc zmusza się nas do tych działań, ustala nierealne terminy i grozi karami? Dobre pytanie…