Które OZE produkują najwięcej energii na każdy megawat mocy?

• Ilość energii wprowadzanej do sieci nie jest równoznaczna z produkcją energii – szczególnie w przypadku fotowoltaiki.
• Czy powinniśmy kłaść większy nacisk na uzupełnianie energetyki wiatrowej i słonecznej innymi OZE, aby ułatwić stabilizowanie pracy sieci?
• Biogaz i biomasa mimo małej mocy zainstalowanej notują dobre wyniki w energii wprowadzanej do sieci – czy powinniśmy bardziej docenić te źródła energii?

Duży nacisk na słońce i wiatr – trendy polskiej energetyki

Jeśli spojrzeć na miks energetyczny Polski z 2024 roku pod kątem mocy zainstalowanych i ilości energii wprowadzanej do sieci, można dostrzec między nimi wyraźne różnice. Znaczenie OZE pod kątem mocy zainstalowanej jest dużo większe niż w przypadku energii, jaką wprowadzają one do sieci. Szczególną uwagę może przyciągać tutaj fotowoltaika, której udział w produkcji energii wydaje się być trzykrotnie mniejszy, niż wskazywałaby na to moc. Na pierwszy rzut oka można by wysnuć wniosek, że czerpanie energii ze słońca jest technologią wyjątkowo mało wydajną, a jej wyniki są co najmniej niezadowalające. W takiej sytuacji nasuwa się więc pytanie, dlaczego tak dużo inwestujemy w fotowoltaikę i wprowadzamy tyle programów wsparcia, które zachęcają do jej zakupu? Czy nie lepiej byłoby postawić przykładowo na biogaz i biomasę, które mają większy udział w produkcji energii, niż wskazuje na to moc? Zaraz to wyjaśnimy. 

Źródło: Agencja Rynku Energii

Źródło: Agencja Rynku Energii

W Polsce przez lata najbardziej popularnym odnawialnym źródłem energii była energia wiatru. W roku 2010 moc zainstalowana instalacji wiatrowych w naszym kraju przewyższyła moc elektrowni wodnych, co uczyniło z turbin wiatrowych najintensywniej rozwijaną, zieloną technologię energetyczną. Po 12 latach pozycja lidera mocowego pośród OZE ponownie uległa jednak zmianie, tym razem na korzyść fotowoltaiki, która od 2022 roku zdecydowanie dominuje w tym aspekcie. W międzyczasie inne źródła odnawialne nie mogą pochwalić się porównywalnymi przyrostami mocy do słońca i wiatru, które notują wzrosty na poziomie kilkuset lub nawet kilku tysięcy megawatów rocznie. Moce wody, biogazu i biomasy w dobrych latach mogą liczyć z kolei na przyrosty oscylujące w granicach kilkudziesięciu, a czasem zaledwie kilkunastu megawatów. Nie dziwi fakt, że pewne technologie są bardziej rozwijane od innych, ale czy tak duża dysproporcja jest zasadna?

Jakie OZE charakteryzują się najwyższą wydajnością?

Dodatkowych informacji, pozwalających odpowiedzieć na to pytanie, może dostarczyć wykres prezentujący ilość energii, jaką poszczególne OZE wprowadzały do sieci w przeliczeniu na megawat mocy. Porównane zostały wyniki miesięczne dla miesięcy, w których każde źródło zanotowało najwyższą oraz najniższą produkcję w ciągu roku. 

Źródło: Agencja Rynku Energii

Różnice między technologiami są dość duże. Najlepiej wypadające biogaz i biomasa, w najlepszym miesiącu, jakim w tym przypadku był grudzień, z każdego megawata swojej mocy wprowadzały do sieci niemalże 700 MWh energii. To około 6 razy więcej niż w przypadku najlepszego miesiąca fotowoltaiki, jakim był maj. Wyższy wynik oznacza, że dostępna moc biogazu i biomasy jest znacznie lepiej wykorzystywana od innych OZE, których każdy megawat mocy jest “mniej wartościowy”. Nie należy jednak pochopnie stwierdzać, że w takim wypadku powinniśmy odwrócić trendy panujące w energetyce i wszystkie nasze środki przeznaczyć na biogaz i biomasę. Istnieje wiele aspektów, które rzucają inne światło na dane ukazane na powyższym wykresie. 

Ukryta produkcja z fotowoltaiki

Fotowoltaika w grudniu wprowadziła do sieci jedynie 20 MWh energii z każdego swojego megawata mocy. Tego typu wynik mógłby sugerować, że moduły PV pracowały w grudniu albo z wyjątkowo małą mocą przez długi czas, albo przez zaledwie 20 godzin z nominalną mocą na przestrzeni całego miesiąca, który liczy sobie 744 godziny. Nie da się ukryć, że grudzień posiada mało optymalne warunki dla pracy modułów PV, ale ten skrajnie niski wynik jest w dużej mierze efektem rodzaju danych, które analizujemy. Musimy pamiętać o znaczącej różnicy pomiędzy braną tu pod uwagę energią wprowadzoną do sieci, a rzeczywistą produkcją energii danego źródła. 

Fotowoltaika w Polsce to przede wszystkim prosumenci, czyli osoby produkujące energię z OZE na własny użytek i wyprowadzający do sieci elektroenergetycznej jedynie nadwyżki produkcji, której sami nie są w stanie spożytkować. W wielu przypadkach, szczególnie w dobie wzrastającej popularności magazynów energii, oznacza to, że większość produkowanej przez instalację PV energii nigdy nie trafia do sieci, a idzie na autokonsumpcję. Operatorzy systemu energetycznego monitorują przede wszystkim ilość energii wprowadzanej do sieci, ponieważ to jej bazie oraz zapotrzebowania dostosowują pracę systemu. Energia produkowana i wykorzystywana prywatnie w gospodarstwach domowych, choć ma wpływ na zapotrzebowanie, to nie musi być bezpośrednio monitorowana, a więc ciężko powiedzieć, jaka jest rzeczywista produkcja energii z modułów PV. Nie ulega jednak wątpliwości, że stoi ona na wyższym poziomie niż pokazują to dane z powyższego wykresu. Fotowoltaika jest więc nie bez przyczyny bardzo cenioną technologią, a gdy pomyśleć o jej dostępności na rynku, prostocie montażu w gospodarstwie domowym oraz wielu innych zaletach, można to łatwo zrozumieć. Mało kto mógłby sobie pozwolić na własną mikroinstalację wodną czy biogazową ze względu na ograniczenia w dostępnie do rzek czy też wymagania związane z wytwarzaniem lub kupnem biogazu. Moduły PV może mieć natomiast praktycznie każdy, kto posiada kawałek niezacienionego terenu lub dachu. 

Nie da się jednak ukryć, że fotowoltaika odznacza się bardzo dużą zmiennością produkcji na przestrzeni całego roku. W słonecznych miesiącach, jak maj, jest w stanie wytworzyć kilka razy więcej energii niż w pochmurnych, jak grudzień. Ten problem jest bardzo znaczący dla przechodzenia systemu elektroenergetycznego na OZE, ponieważ uniemożliwia obniżanie mocy konwencjonalnych elektrowni nawet mimo wzrostu mocy źródeł odnawialnych. Latem i wiosną można polegać na fotowoltaice, ale zimą i jesienią jest to w Polsce niemożliwe. 

Farmy wiatrowe – czy mają sens?

Technologie wiatrowe również nie zachwycają, jeśli chodzi o wykorzystanie swojej mocy. Oczywiście spoglądając na wykres, liczby dla wiatru są znacznie lepsze od fotowoltaiki, ale wciąż ustępują innym OZE. W tym przypadku nie jest to również kwestia autokonsumpcji, ponieważ wiatrowy rynek prosumencki jest nieporównywalnie mniejszy od całkowitej mocy zainstalowanej wszystkich instalacji. Piętą Achillesową turbin wiatrowych jest niestabilność ich produkcji, która wynika oczywiście z tego, że aby była produkcja, to musi wiać wiatr, a do tego najlepiej żeby wiał z odpowiednią prędkością. Elektrownie wiatrowe nie zawsze są w stanie pracować ze swoją mocą nominalną, a to przekłada się na obniżenie potencjalnej produkcji. Brak wiatru i przerwy w pracy turbin są w tej kwestii równie dużym problemem, który dotyczy nie tylko skali dobowej, ale także okresowej. Pewne miesiące są bardziej wietrzne od innych, gdzie latem wieje rzadziej niż w zimie, co widać na wykresie, gdy spojrzy się na najlepszy i najgorszy miesiąc dla wiatru. Pewnym pozytywem może być fakt, że mniej wietrzne miesiące są bardziej słoneczne i odwrotnie, dzięki czemu produkcja jednego ze źródeł częściowo zastępuje produkcję drugiego. 

Stosunek produkcji energii do mocy elektrowni wiatrowych jest dodatkowo zaniżany przez konieczność włączania ich w okresach zbyt dużej produkcji. Nie zdarza się to często, ponieważ są inne sposoby bilansowania sieci, ale jednak czasami jest to konieczne wyjście. Łatwiej jest zatrzymać pracę turbiny wiatrowej niż pracę ogromnego kotła w elektrowni węglowej.  Magazynowanie energii na dużą skalę może co prawda częściowo rozwiązywać ten problem, ale będzie to wymagać ogromnych nakładów finansowych. 

Mimo tego energetyka wiatrowa, podobnie jak słoneczna, posiada szereg zalet, które mimo braku stabilności uzasadniają inwestowanie w nią. Przede wszystkim będziemy tu mówili o relatywnie niskich ograniczeniach dotyczących miejsca, w którym może stać turbina. Co prawda nie mamy tu aż takiego komfortu, jak w przypadku modułów PV, ale wciąż możliwości w na terenie Polski są znacznie większe niż w przypadku elektrowni wodnych czy biogazowych i biomasowych. Jest to spowodowane tym, że elektrownie wiatrowe o dużej mocy można stawiać na morzu, a także na lądzie znajdzie się miejsce, choć aspekty prawne redukują lądowe możliwości. Turbiny wiatrowe nie potrzebują również źródeł dostaw żadnego surowca, co daje im przewagę nad biomasą i biogazem. 

Duża elastyczność powodem wahań w produkcji energii elektrowni wodnych

Choć energetyka wodna prezentuje swój stosunek energii wprowadzanej do sieci do mocy zainstalowanej bardzo podobnie do wiatru, to przyczyny takiego stanu rzeczy są całkowicie odmienne. Woda stanowi szczególne źródło energii nie tylko pośród OZE, ale wszystkich znanych nam form pozyskiwania energii. Wszystko za sprawą niezrównanej w świecie energetyki elastyczności, która czyni z elektrowni wodnych najlepszy środek bilansowania sieci elektroenergetycznej. Żaden inny typ elektrowni nie jest w stanie tak szybko modulować swojej mocy w tak szerokim zakresie, od zera do pełnych możliwości. Co więcej, elektrownie wodne są jedynym typem elektrowni, który jest w stanie uruchomić się od zera bez zewnętrznej pomocy innej elektrowni. Jest to kluczowa cecha, która sprawia, że elektrownie szczytowo pompowe stanowią infrastrukturę krytyczną, służącą do podniesienia sieci elektroenergetycznej w przypadku awarii skutkującej jej całkowitym wyłączeniem się. Z tych powodów praca ellektrowni wodnych rządzi się innymi zasadami od klasycznych elektrowni. Potrzeba bilansowania sieci oraz utrzymywania bezpieczeństwa sprawia, że struktura produkcji energii elektrowni wodnych jest w Polsce w pełni podporządkowania tym zadaniom. Stworzenie większej liczby instalacji wodnych mogłoby sprawić, że elektrownie wodne mogłyby być mniej podporządkowane stanowi systemu, ale możliwości ich budowy są ograniczone przez dostęp do rzek lub dużych zbiorników wodnych. W Polsce istnieje jednak wiele miejsc, gdzie istnieje infrastruktura, którą można by wykorzystać jako podstawę elektrowni małej mocy. Tego typu obiekty nadałyby nieco rozpędu energetyce wodnej w naszym kraju, przy dużej oszczędności kosztów. 

Ważnym wydarzeniem w tym aspekcie będzie natomiast uruchomienie wyczekiwanej elektrowni szczytowo pompowej w Młotach. Inwestycja powoli brnie do przodu, ale jej realizacja ma zostać zakończona dopiero w 2030 roku, a więc będziemy musieli na nią jeszcze poczekać. Być może elektrownia w Młotach rozbudzi na nowo zainteresowanie specjalistów energetyką wodną i zaobserwujemy wzrost tempa jej rozwoju. Elektrownie wodne nie tylko są potrzebne, ale są także ekologiczne, wobec czego warto w nie inwestować, nawet mimo umiarkowanych możliwości. Być może zwiększenie ich mocy sprawiłoby, że ilość wytwarzanej energii z wody byłaby mniej zależna od pracy innych źródeł energii. 

Stabilność to klucz do wysokiej wydajności biomasy i biogazu

Na koniec warto przyjrzeć się kombinacji biomasy i biogazu, które wypadają najlepiej w kwestii wykorzystywania swojej mocy. Nie jest to oczywiście przypadek, instalacje biogazowe lub biomasowa pracują w zasadzie podobnie do węglowych, a więc spalają surowiec, który podlega stałym dostawom. W tym przypadku będą to różnego typu biodegradowalne odpady, produkty przemysłu leśniczego, rolniczego i innych, a także osady ściekowe. Część z nich jest przy tym przetwarza. Biomasa i biogaz nie są więc zależne od pogody, a stworzenie odpowiedniego łańcucha produkcji, dostaw i magazynowania surowca zapewnia stabilność również na przestrzeni całego roku. Produkcja energii elektrycznej z biomasy i biogazu jest zależna od konieczności dostosowywania się do reszty systemu, ale nie w takim stopniu jak w przypadku elektrowni wodnych. Co więc sprawia, że źródła tenie są szczególnie popularne?

Po pierwsze aspekt ekologiczny, ponieważ trzeba pamiętać, że choć spalanie biomasy i biogazu jest znacznie mniej szkodliwe dla środowiska niż spalanie węgla lub gazu, tak wciąż mamy tu do czynienia z emisją zanieczyszczeń, których nie w trakcie swojej pracy nie wytwarzają ani moduły PV, ani turbiny wiatrowe. Po drugie pozyskiwanie surowca do pracy instalacji wymaga tworzenia skomplikowanej sieci współprac różnych spółek, co nie zawsze jest takie proste. Ostatecznie biogaz często spotyka się z oporem społecznym, co odpycha potencjalnych inwestorów. 

Podsumowując to wszystko, czy tak duża dysproporcja w tempie rozwoju poszczególnych OZE jest zasadna? Choć faworyzowanie fotowoltaiki i wiatru broni się ze względu na pewne aspekty, tak wydaje się, że większy balans byłby najpewniej wskazany. Woda, biomasa i biogaz posiadają argumenty, dla których zdecydowanie warto inwestować w nie nieco więcej, niż robi się to obecnie.